BE1021480B1 - Additif pour carburant diesel - Google Patents
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Abstract
L'additif pour carburant a un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à environ 10 000 et est sélectionné parmi un acide ou anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci et une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle. L'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
Description
Description
Additif pour carburant diesel Domaine technique
La divulgation concerne des additifs pour carburant et en particulier des additifs pour carburant diesel qui assurent une meilleure performance de 1'injecteur.
Arrière-plan et résumé
Le moteur diesel à injection indirecte a cédé sa place sur le marché à présent presque entièrement à des moteurs diesel plus modernes à injection directe de série légère pour des raisons d'économie de carburant, de performance et de faibles émissions. Cependant, les moteurs diesel à injection directe sont beaucoup plus sophistiqués que les moteurs antérieurs à injection indirecte et exigent qu'un étalonnage plus précis soit maintenu pour maintenir leur performance de conception. Les injecteurs, les pompes, les filtres et d'autres composants du système d'alimentation en carburant du moteur sont susceptibles d'avoir leur fonctionnement perturbé par l'encrassement provenant des dépôts résultants de la combustion du carburant.
Les moteurs à injection directe peuvent aussi utiliser un système de carburant à rampe commune à haute pression. De récents problèmes sont apparus avec l'utilisation de carburants diesel à taux très bas de soufre quand ils sont utilisés dans ces systèmes de carburants à rampe commune à haute pression. Par « haute pression » on entend ici ces pressions dans les systèmes de carburant diesel qui sont égales ou supérieures à 1000 bars (égales ou supérieures à 15 000 psi) . Ces problèmes sont évidents suite à l'apparition de sédiment dans les compositions d'additifs pour carburants, les dépôts d'injecteurs internes et l'adhérence de l'injecteur. Par conséquent, il existe un besoin de découvrir la source de dépôts et du problème de l'injecteur quand les moteurs fonctionnent avec des carburants à taux très bas de soufre, c'est-à-dire, des carburants contenant environ 15 ppm en poids de soufre ou moins.
En vue de répondre aux besoins précités et d'autres, une forme de réalisation de la divulgation fournit une composition d'additifs pour carburant diesel qui a un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à environ 10 000. L'additif est sélectionné parmi un acide ou un anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci, et une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle, où l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
Dans une autre forme de réalisation de la divulgation, on fournit un procédé pour réduire ou prévenir l'adhérence de l'injecteur ou les dépôts dans un moteur diesel à rampe commune à haute pression ayant des injecteurs et brûlant un carburant diesel contenant 15 ppm en poids de soufre ou moins. Le procédé inclut la combustion dans le moteur d'une composition contenant le carburant diesel et un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000. L'additif est sélectionné parmi un acide ou un anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci, et une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle, où l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage du polystyrène. L'utilisation du carburant contenant l'additif est efficace pour réduire l'apparition de l'adhérence de l'injecteur par rapport à l'apparition de l'adhérence de l'injecteur dans un moteur comparable brûlant un carburant contenant un additif pour carburant similaire ayant une distribution de poids moléculaire telle que plus de 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC.
Une autre forme de réalisation de la divulgation fournit un procédé pour améliorer un additif pour un carburant diesel à taux très bas de soufre pour réduire les dépôts et l'adhérence de l'injecteur dans un système à injection de carburant diesel à haute pression. Le procédé inclut le chargement d'un composant hydrocarbyle dans un récipient à réaction. Le composant hydrocarbyle est ensuite distillé sous vide à une température supérieure à environ 200°C pendant une période de temps suffisante pour éliminer au moins une portion des composants hydrocarbyle de sorte qu'un résidu de distillation du composant hydrocarbyle distillé est efficace pour fournir un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, où moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage du polystyrène. L'additif est sélectionné parmi un acide ou un anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci, et une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle. Le résidu de la distillation du composant hydrocarbyle est ensuite mis à réagir avec un composant sélectionné parmi un acide ou un anhydride dicarboxylique insaturé et un phénol ou un phénol substitué pour fournir un composant substitué par un hydrocarbyle. Le composant substitué par un hydrocarbyle est ensuite mis à réagir avec un réactif sélectionné parmi une amine et une amine plus un aldéhyde pour fournir l'additif ayant une distribution du poids moléculaire d'environ 500 à environ 10 000, où moins de 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
Encore une autre forme de réalisation de la divulgation fournit un procédé pour améliorer un additif pour un carburant diesel à taux très bas de soufre pour réduire les dépôts et l'adhérence de l'injecteur dans un système à injection à haute pression pour un moteur diesel. Le procédé inclut le chargement d'un composant d'hydrocarbyle à un récipient à réaction et la réaction du composant hydrocarbyle avec un composant sélectionné parmi un acide ou un anhydride dicarboxylique insaturé pour fournir un composant substitué par un hydrocarbyle.
Le composant substitué par un hydrocarbyle est distillé sous vide à une température supérieure à environ 200°C pendant une période de temps suffisante pour éliminer au moins une portion du composant substitué par un hydrocarbyle si bien qu'un résidu de distillation du composant substitué par un hydrocarbyle distillé est efficace pour fournir un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, où l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage du polystyrène. Le résidu de distillation du composant substitué par un hydrocarbyle est ensuite mis à réagir avec un composé polaire pour fournir l'additif ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à environ 10 000, où moins de 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC. D'autres formes de réalisation de la divulgation peuvent fournir une stabilité accrue d'une composition d'additif pour carburant diesel contenant un additif substitué par un hydrocarbyle où moins de 25% (en poids) de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme déterminé par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène. D'autres formes de réalisation encore de la divulgation peuvent fournir un procédé pour réduire ou prévenir des dépôts visibles sur les pièces internes d'un injecteur diesel dans un moteur diesel à rampe commune à haute pression.
Une autre forme de réalisation peut améliorer la stabilité d'une composition d'additif pour carburant diesel contenant un composant d'additif substitué par un hydrocarbyle en réduisant un pourcentage en poids des précurseurs de l'additif ayant un poids moléculaire relativement bas si bien que l'additif résultant a une distribution du poids moléculaire qui contient moins de 25% en poids de l'additif ayant 400 de poids moléculaire ou moins comme déterminé par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
Selon l'une ou plusieurs des formes de réalisation de la divulgation, il peut y avoir un bénéfice important dans l'apparition de l'adhérence de l'injecteur améliorée (réduite) dans des systèmes de carburant diesel à rampe commune à haute pression par réduction ou élimination d'un pourcentage d'additif pour carburant ayant un poids moléculaire bas, c'est-à-dire, un poids moléculaire de 400 ou moins comme déterminé par GPC en utilisant un standard de polystyrène. On a découvert de manière surprenante que les dépôts formés sur les injecteurs sont composés principalement de matériaux (laques, vernis, sels, etc.) contenant ou dérivés de ces portions de faible poids moléculaire de la courbe de distribution typique du produit d'additif. En fait, même une petite quantité, comme 10% en poids, ou 5% en poids, ou moins de ce composant de poids moléculaire relativement bas dans l'additif pour carburant, si elle est présente, peut conduire à des dépôts indésirables, du vernis et/ou l'adhérence de l'injecteur. L'élimination ou la réduction significative d'une quantité d'une fraction de poids moléculaire relativement bas de l'additif d'une courbe d'étalonnage non modifiée pour un tel additif peut améliorer spectaculairement la performance du moteur et de 1'injecteur.
Les matières sujets de l'invention sont revendiquées dans le jeu annexe des revendications.
Brève description des dessins
La Fig. 1 est une représentation graphique de la température des gaz d'échappement au cours du temps pour les cylindres dans un moteur Peugeot pour un test de moteur DW10 avec un carburant de ligne de base ne contenant pas d'additif.
Les Fig. 2 et 3 sont des représentations graphiques des températures des gaz d'échappement au cours du temps pour les cylindres dans un moteur Peugeot pour un test de moteur DW10 avec des additifs avec des additifs pour carburants classiques.
Description détaillée des formes de réalisation divulguées D'autres caractéristiques, formes de réalisation et avantages de celles-ci peuvent aussi être fournis par la description détaillée suivante des formes de réalisation de la divulgation. Une caractéristique importante des formes de réalisation décrites ici est que l'espèce d'additif de poids moléculaire bas ou le plus bas dans l'additif ayant une courbe de distribution du poids moléculaire non modifiée est éliminé de manière souhaitable par exemple, par distillation sous vide du composant d'additif en masse. Par exemple, un dispersant d'imide succinique ou une base de Mannich substitué par un hydrocarbyle peuvent avoir une distribution du poids moléculaire ayant une polydispersité (Mw/Mn) de 1,5 à environ 4,0, où Mw est un poids moléculaire moyen en poids et Mn est un poids moléculaire moyen en nombre du dispersant. En général, il est extrêmement difficile ou coûteux de produire des dispersants ayant une polydispersité de moins d'environ 1,5. Par conséquent, les courbes de distribution pour ces dispersants ont une ou plusieurs portions classiques en forme de cloches contenant des composants de dispersant ayant des poids moléculaires supérieurs ou inférieurs à la moyenne. Ces dispersants sont rapporté ici comme des dispersants « non modifiés » ou des dispersants « classiques ».
Le poids moléculaire du composant hydrocarbyle et/ou de l'additif pour carburant peut être déterminé par chromatographie par perméation du gel (GPC) . Le procédé de séparation par GPC inclut la chromatographie sur colonne dans laquelle la phase stationnaire est un réseau hétéroporeux de polymère gonflé dans un solvant d'un gel de polystyrène de perméabilité variable de plusieurs ordres de grandeur. Quand la phase liquide (tétrahydrofuranne) contenant l'échantillon de polymère passe à travers le gel, les molécules de polymère diffusent dans toutes les parties du gel qui ne lui sont pas mécaniquement interdites. Les molécules plus petites « se répandent » plus complètement et passent plus de temps dans la colonne ; les molécules plus grandes « se répandent » moins et passent à travers la colonne plus rapidement. Les valeurs de Mn et Mw du composant hydrocarbyle peuvent être obtenues en comparant les données de distribution obtenues à partir de la GPC à une série de standards d'étalonnage de polymères de poids moléculaires connus. Le poids moléculaire moyen du composant hydrocarbyle ou de l'additif pour carburant selon les formes de réalisation de la divulgation peut être déterminé par GPC en utilisant une courbe d'étalonnage de polystyrène.
Dans les buts de la divulgation, le terme « groupement hydrocarbyle » ou « hydrocarbyle » est utilisé dans son sens ordinaire, qui est bien connu de l'homme du métier. Spécifiquement, hydrocarbyle se rapporte à un groupement ayant un atome de carbone directement attaché au restant d'une molécule et ayant un caractère hydrocarboné prédominant. Des exemples de groupements hydrocarbyle incluent : (1) des substituants hydrocarbonés, c'est-à-dire, des substituants aliphatiques (par exemple, alkyle ou alcényle), alicycliques (par exemple, cycloalkyle, cycloalcényle) et des substituants aromatiques substitués par aromatique, aliphatique et alicyclique, ainsi que des substituants cycliques dans lesquels le cycle est complété par une autre portion de la molécule (par exemple, deux substituants forment conjointement un radical alicyclique) ; (2) des substituants hydrocarbonés substitués, c'est-à-dire, des substituants contenant des groupements non hydrocarbonés qui, dans le contexte de la présente description, n'altèrent pas le substituant hydrocarboné prédominant (par exemple, halo (spécialement chloro et fluoro), hydroxy, alkoxy, mercapto, alkylmercapto, nitro, nitroso et sulfoxy) ; (3) des hétérosubstituants, c'est-à-dire, des substituants qui, bien qu'ayant un caractère hydrocarboné prédominant, dans le contexte de cette description, contiennent d'autres atomes que le carbone dans un cycle ou une chaîne autrement composé d'atomes de carbone. Les hétéroatomes incluent le soufre, l'oxygène, l'azote et englobent des substituants comme le pyridyle, le furyle, le thiényle et 1'imidazolyle. En général, pas plus de deux, ou comme un autre exemple, pas plus d'un substituant non hydrocarboné ne sera présent par dix atomes de carbone dans le groupement hydrocarbyle ; dans certaines formes de réalisation, il n'y aura pas de substituant non hydrocarboné dans le groupement hydrocarbyle.
Comme utilisé ici, le terme « quantité majeure » est compris pour désigner une quantité supérieure ou égale à 50% en poids, par exemple, d'environ 80 à environ 98% en poids par rapport au poids total de la composition. De plus, comme utilisé ici, le terme « quantité mineure » est compris pour désigner une quantité inférieure à 50% en poids, par rapport au poids total de la composition.
Le « carburant de distillât moyen » comme utilisé ici peut être, par exemple, une composition de carburant naphta, kérosène ou diesel. Il peut être un mazout domestique, une essence industrielle, une huile de forage, un carburant diesel automobile, un carburant de distillât pour navires ou un carburant de kérosène comme un carburant pour avion ou un kérosène de chauffage. Il peut être en particulier une composition de carburant diesel. Plus particulièrement, un carburant de distillât moyen est un carburant qui est approprié et/ou adapté et/ou destiné à l'utilisation dans un moteur à combustion interne ; par exemple, une composition de carburant automobile, et/ou adapté et/ou destiné à l'utilisation dans un moteur diesel automobile (compression ignition). Un tel carburant de distillât moyen peut être un gazole dérivé par voie organique ou synthétique, par exemple dérivé de pétrole ou selon Fisher-Tropsch. Un carburant de distillât moyen peut avoir des points d'ébullition dans la plage habituelle du diesel de 125 ou 150 à 400 ou 550°C, en fonction de la qualité et de l'utilisation. Un poids spécifique du carburant de distillât moyen peut varier de 0,75 à 1,0 g/cm3, par exemple de 0,8 à 0,86 g/cm3, à 15°C (IP 365) et un indice de cétane mesuré (ASTM D613) de 35 à 80, de manière appropriée de 40 à 75 ou 70. Un point d'ébullition initial d'un carburant de distillât moyen peut de manière appropriée varier dans la plage de 150 à 230°C et le carburant peut avoir un point d'ébullition final dans la plage de 290 à 400°C. Une viscosité cinématique du carburant de distillât moyen à 40°C (ASTM D445) peut varier de manière appropriée de 1,5 à 4,5 mm2/s (centistokes).
Les carburants diesel des formes de réalisation divulguées peuvent être applicables au fonctionnement à la fois de moteurs diesel stationnaires (par exemple, moteurs utilisés dans les installations de production d'énergie électrique, dans les stations de pompage, etc.) et de moteurs diesel ambulatoires (par exemple, moteurs utilisés comme générateurs de force motrice dans les automobiles, les camions, l'équipement des routes, les véhicules militaires, etc.).
Il faut noter que, comme utilisé dans ce fascicule et les revendications annexes, les formes singulières « un », « une » et « le », « la », incluent les référents pluriels sauf expressément et non équivoquement limités à un référent. Donc, par exemple, la référence à « un antioxydant » inclut un ou plusieurs antioxydants différents. Comme utilisé ici, le terme « inclut » et ses variants grammaticaux sont destinés à être non limitants, de sorte que la récitation des articles dans une liste n'est pas à l'exclusion des autres articles identiques qui peuvent être substitués ou ajoutés aux articles listés.
Comme établi ci-dessus, on a trouvé, de manière inattendue, que la réduction ou l'élimination de composants de poids moléculaire relativement bas des additifs peut fournir des avantage significatifs en ce qui concerne certains carburants diesel à taux de soufre très bas, en particulier quand ils sont utilisés dans des moteurs diesel ayant un système d'injecteur à rampe commune à haute pression. En vue de réduire ou d'éliminer les composants de poids moléculaire relativement bas de l'additif, un ou plusieurs précurseurs pour l'additif peuvent être soumis dans un récipient à réaction à une réduction de tension de vapeur via un procédé de distillation sous vide avec surchauffe. La chaleur peut être appliquée au récipient à réaction durant le procédé de distillation sous vide pour augmenter le procédé. Durant le procédé de distillation sous vide, l'espèce de poids moléculaire inférieur, c'est-à-dire l'espèce plus volatile, est éliminée par ébullition d'abord en laissant un mélange dans lequel les fractions restantes ou les résidus de distillation peuvent être mis à réagir pour fournir une quantité majeure d'additif ayant un poids moléculaire supérieur à 400, aussi grand que 500, de manière plus souhaitable supérieur à 600 comme déterminé par GPC en utilisant un standard de polystyrène. En contrôlant la quantité de vide et la température de distillation on peut facilement contrôler la quantité de matériau de poids moléculaire relativement bas éliminée du récipient à réaction. Par exemple, un vide d'environ 700 à environ 750 mm d'Hg à une température variant d'environ 190 à environ 250°C peut être adéquat pour effectuer la distillation sous vide sur le composant précurseur. D'autres procédés pour éliminer le composant de poids moléculaire bas peuvent inclure, mais n'y sont pas limités, le stripping de gaz inerte à température élevée, la distillation et/ou l'évaporation en couche mince et d'autres. Dans une autre forme, le composant de poids moléculaire bas peut être éliminé sous vide, par stripping, ou par distillation en couche mince du produit d'additif final. Selon les formes de réalisation de la divulgation, un ou plusieurs composants hydrocarbyle, composant substitué par hydrocarbyle ou produit d'additif peuvent être soumis à un ou plusieurs des procédés précédents.
Dans une forme de réalisation, l'additif contient moins d'environ 10% en poids de composants d'additif ayant un poids moléculaire de 400 ou moins par GPC en utilisant un standard de polystyrène. Dans une autre forme de réalisation, l'additif contient moins d'environ 5% en poids de composants d'additif ayant un poids moléculaire de 400 ou moins par GPC en utilisant un standard de polystyrène. D'un point de vue pratique, il n'est pas nécessaire d'éliminer substantiellement tous les composants d'additif ayant un poids moléculaire de 400 ou moins comme déterminé par GPC de l'additif pour obtenir les bénéfices des formes de réalisation divulguées. Cependant, la stabilité de l'additif peut être améliorée et la performance du moteur diesel peut être prolongée quand l'additif contient une quantité relativement mineure de composants d'additif de poids moléculaire relativement bas.
Sauf spécifiquement traités selon les formes de réalisation de la divulgation pour enlever ou éliminer les composants d'additif ayant un poids moléculaire de 400 ou moins par GPC en utilisant un standard de polystyrène, les additifs classiques comme décrits ci-dessus peuvent avoir une courbe de distribution qui inclut une quantité substantielle de composants d'additifs de poids moléculaire relativement bas. Même des additifs ayant un poids moléculaire moyen en nombre relativement élevé (Mn) peuvent contenir des composants d'additif de poids moléculaire suffisamment bas pour former des dépôts ou encrasser les injecteurs des moteurs diesel ayant un système d'injecteur à rampe commune à haute pression.
Dans un aspect des formes de réalisation divulguées, les substituants hydrocarbyle de l'acide ou de l'anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou des dérivés de ceux-ci et des bases de Mannich peuvent être dérivés de polyoléfines par exemple de polyéthylène hautement ramifié, de copolymères d'éthylène et d'alpha oléfine, de polypropylène, et des polymères de butène, par exemple des polymères d'isobutylène. Des polyisobutylènes appropriés pour l'utilisation ici incluent ceux formés à partir de polyisobutylène ou de polyisobutylène hautement réactif ayant au moins environ 60%, comme environ 70% à environ 90% et plus, de teneur en vinylidène terminal. Des polyisobutylènes appropriés peuvent inclure ceux préparés en utilisant des catalyseurs de BF3. Le poids moléculaire moyen en nombre (Mn) du substituant hydrocarbyle peut varier sur une large plage, par exemple, d'environ 500 à environ 10 000, comme d'environ 500 à environ 5 000, comme déterminé par GPC comme décrit ci-dessus.
Quand l'additif est un dérivé d'acide succinique ou un dérivé d'anhydride succinique, des réactifs carboxyliques autres que l'anhydride maléique peuvent être utilisés comme l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide malique, l'acide itaconique, l'anhydride itaconique, l'acide citraconique, l'anhydride citraconique, l'acide mésaconique, l'anhydride éthylmaléique, l'anhydride diméthylmaléique, l'acide éthylmaléique, l'acide diméthylmaléique, l'acide hexylmaléique, et d'autres, incluant les halogénures d'acides correspondants et des esters aliphatiques inférieurs. Un rapport en mole d'anhydride maléique au composant hydrocarbyle dans le milieu de réaction peut varier largement. Par conséquent, le rapport en mole peut varier d'environ 5:1 à environ 1:5, par exemple d'environ 3:1 à environ 1:3, et comme autre exemple, l'acide ou l'anhydride maléique peut être utilisé dans un excès stoechiométrique pour forcer la réaction à l'achèvement. L'acide ou l'anhydride maléique qui n'a pas réagi peut être éliminé par distillation sous vide.
Une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle peut être préparée par réaction du composant hydrocarbyle avec un phénol ou un phénol substitué, un aldéhyde ou ses précurseurs et un composé polaire.
Le composé polaire peut inclure l'une des nombreuses amines, des aminoalcools, des aminoacides, des polyamines, des alcools, des polyols, des alkoxyalcools, des alkoxyamines, des hydrazines, et d'autres. Ces composés polaires peuvent être utilisés dans la préparation de l'acide ou de l'anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou des dérivés de ceux-ci ou d'une base de Mannich. Des exemples non limitants d'amines incluent la méthylamine, la 2-éthylhexylamine, la n-dodécylamine, la stéarylamine, la N, N-diméthylpropanediamine, la N-(3-aminopropyl)morpholine, la N-dodécylpropanediamine, la N-aminopropylpipérazine, 1'éthanolamine, la N-éthanoléthylènediamine et d'autres. Des polyamines exemplaires non limitantes peuvent inclure le bicarbonate d'aminoguanidine (AGBC), l'éthylènediamine, la diéthylènetriamine (DETA), la triéthylènetétramine (TETA), la tétraéthylènepentamine (ΤΕΡΑ), la pentaéthylènehexamine (PEHA) et des polyamines lourdes. Une polyamine lourde peut comprendre un mélange de polyalkylènepolyamines ayant de petites quantités d'oligomères de polyamine inférieure comme ΤΕΡΑ et PEHA, mais principalement des oligomères ayant sept atomes d'azote ou plus,- deux amines primaires ou plus par molécule et une plus vaste ramification que les mélanges de polyamines classiques. Des polyamines non limitantes supplémentaires qui peuvent être utilisées pour préparer le composant d'additif substitué par un hydrocarbyle sont divulguées dans le brevet U. S. n° 6 548 458, dont la divulgation est incorporée ici à titre de référence dans son entièreté. Dans une forme de réalisation de la divulgation, la polyamine peut être choisie à partir de la tétraéthylènepentamine (ΤΕΡΑ).
Dans une forme de réalisation, le composant d'additif peut inclure des composés de formule suivante :
où n représente 0 ou un entier de 1 à 5, et R2 est un substituant hydrocarbyle comme défini ci-dessus. Dans une forme de réalisation, n est 3 et R est un substituant polyisobutényle, comme ceux dérivés de polyisobutylènes ayant au moins environ 60%, comme environ 70% à environ 90% et plus, de teneur en vinylidène terminal. Les composés de formule ci-dessus peuvent être le produit de la réaction d'un anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle, comme un anhydride succinique de polyisobutényle (PIBSA) et d'une polyamine, par exemple la tétraéthylènepentamine (ΤΕΡΑ). L'additif précédent peut avoir un rapport molaire de l'anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle (A) à la polyamine (B) dans la plaqe d'environ 3:1 à environ 1:2 dans l'additif. Un additif particulièrement utile contient un groupement polyisobutényle de l'anhydride succinique substitué par le polyisobutényle ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) dans la plage d'environ 500 à 850 comme déterminé par GPC et une polyamine (B) ayant une formule générale H2N (CH2) m- [NH (CH2) m] n_NH2, dans laquelle m est dans la plage de 2 à 4 et n est dans la plage de 1 à 3.
Quand on formule le carburant contenant l'additif comme décrit ici, le carburant peut contenir une quantité d'additif variant d'environ 10 à environ 10 000 ppmwv, tel que d'environ 80 à environ 200 ppmwv. Dans les aspects où un support est utilisé pour fournir une composition contenant l'additif au carburant, les compositions d'additif peuvent contenir, sur une base des ingrédients actifs, une quantité du support variant d'environ 10 mg à environ 1000 mg de support par kg de carburant, comme environ 25 mg à environ 700 mg du support par kg de carburant. La base des ingrédients actifs exclut le poids (i) des composants qui n'ont pas réagi associés avec et restants dans les additifs tels que produits et utilisés, et (ii) le ou les solvants, si présent(s), utilisés dans la fabrication des additifs divulgués soit durant soit après sa formation mais avant l'addition d'un support, si un support est utilisé. L'additif de la présente divulgation peut être mélangé dans un carburant de base individuellement ou en diverses sous-combinaisons. Dans quelques formes de réalisation, l'additif de la présente divulgation peut être mélangé dans un carburant simultanément en utilisant un concentré d'additifs, comme ceci profite de la compatibilité mutuelle et de la commodité offerte par la combinaison des ingrédients quand ils sont sous la forme d'un concentré d'additifs. De même, l'utilisation d'un concentré peut réduire le temps de mélange et diminuer la possibilité des erreurs de mélange.
Un ou plusieurs additifs facultatifs supplémentaires peuvent être présents dans les compositions de carburant divulguées ici. Par exemple, les compositions de carburant peuvent contenir des agents antimousse, des agents dispersants supplémentaires, des détergents, des antioxydants, des stabilisants thermiques, des fluides supports, des désactivateurs de métaux, des colorants, des marqueurs, des inhibiteurs de corrosion, des biocides, des additifs antistatiques, des agents réduisant la résistance aux frottements, des modificateurs de frottement, des désémulsifiants, des émulsifiants, des antibrouillard, des additifs antigivre, des additifs antidétonants, des tensioactifs, des améliorateurs d'indice de cétane, des inhibiteurs de corrosion, des améliorateurs d'écoulement à froid, des abaisse-point d'écoulement, des solvants, des désémulsifiants, des additifs de pouvoir lubrifiant, des agents de pression extrême, des améliorateurs d'indice de viscosité, des agents de gonflement de joint, des stabilisants d'amines, des améliorateurs de combustion, des dispersants, des améliorateurs de conductivité, des accélérateurs d'ignition de nitrate organique, des composés de tricarbonyles de manganèse et des mélanges de ceux-ci. Dans certains aspects, les compositions d'additifs de carburant décrites ici peuvent contenir environ 10% en poids ou moins, ou dans d'autres aspects, environ 5% en poids ou moins, sur base du poids total de l'additif ou de la composition de carburant, d'un ou de plusieurs additifs ci-dessus. Similairement, les compositions de carburant peuvent contenir des quantités appropriées de composants de mélange de carburant comme le méthanol, l'éthanol, les dialkyléthers et d'autres.
Pour illustrer davantage les caractéristiques et les avantages des formes de réalisation divulguées, les exemples suivants non limitants sont fournis. Pour les buts des exemples suivants, le poids moléculaire des additifs est mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) avec du tétrahydrofuranne (THF) comme solvant. Des standards de polystyrène des plages de poids moléculaires souhaitées sont utilisés comme standards.
Exemple 1.- ün additif pour carburant est produit à partir de la réaction d'anhydride succinique de polyisobutylène (PIBSA) avec de la tétraéthylènepentamine (ΤΕΡΑ) dans un rapport molaire de PIBSA à ΤΕΡΑ de 1,1:1,0. Une procédure modifiée comme décrite dans le brevet U. S. n° 5 752 989 est utilisée pour préparer l'additif. Durant la préparation de l'additif, le stripping sous vide poussé est utilisé pour éliminer les composants de poids moléculaire bas à divers stades du procédé. Le produit résultant a un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) de 1387 comme mesuré par GPC. La quantité de, composants ayant un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC restant dans le produit est de 2,7% en poids. Le produit résultant est dilué avec un fluide de procédé aromatique au rapport en poids de 25:75 du produit à l'huile du procédé pour former une solution homogène claire et lumineuse dans un bocal en verre. La solution est exposée aux conditions atmosphériques à 22°C pour déterminer la stabilité de l'additif. Après 16 heures, la solution reste claire et lumineuse sans sédimentation.
Exemple 2.-
Un additif est fabriqué de manière similaire à celle de l'exemple 1 excepté que le rapport de PIBSA à ΤΕΡΑ est de 1,0:1,0. Le produit a un Mn de 1420 et la quantité de composants ayant un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC restant dans le produit est de 2,8% en poids. Quand il est dilué et exposé aux mêmes conditions atmosphériques que dans l'exemple 1, le mélange reste clair et lumineux sans sédimentation. Exemple 3 (exemple comparatif).-
Un additif est fabriqué de la même manière que celle décrite dans l'exemple 2 excepté qu'aucun stripping sous vide poussé n'est utilisé durant la réaction pour éliminer les composants de poids moléculaire bas, autres que le stripping sous vide pour éliminer l'anhydride maléique qui n'a pas réagi. Le produit a un Mn de 1092 et la quantité de composants ayant un poids moléculaire de moins de 400 comme mesuré par GPC est de 5,9% en poids. Quand on l'expose aux mêmes conditions atmosphériques que dans l'exemple 2, un sédiment brunâtre se forme au fond du bocal en verre.
Dans les exemples suivants, l'effet que des additifs obtenus selon les procédés des exemples 1-3 ont sur le carburant diesel pour des systèmes de carburant diesel à rampe commune à haute pression est évalué. Un test DW10 qui est développé par Coordination European Council (CEC) est utilisé pour démontrer la propension des carburants à provoquer l'encrassement de l'injecteur de carburant et est aussi utilisé pour démontrer la capacité de certains additifs pour carburant à prévenir ou contrôler ces dépôts. L'évaluation de l'adhérence de l'injecteur utilise le protocole de CEC F-98-08 pour les tests de cokéfaction des tuyères de moteur diesel à rampe commune à injection directe. Un banc d'essai de dynamomètre moteur est utilisé pour l'installation du moteur diesel Peugeot DW10 pour effectuer les tests de cokéfaction de l'injecteur. Le moteur est un moteur 2,0 litres ayant quatre cylindres. Chaque chambre de combustion a quatre valves et les injecteurs de diesel sont des injecteurs DI piézo ayant une classification Euro V.
La procédure de protocole centrale consiste à faire fonctionner le moteur pendant un cycle de 8 heures et de laisser le moteur reposer (moteur coupé) pendant une quantité de temps prescrite. La séquence précédente est répétée quatre fois. A la fin de chaque heure, une mesure de puissance est prise du moteur tandis que le moteur fonctionne aux conditions nominales. La propension à l'encrassement de l'injecteur du carburant est caractérisée par une différence dans la puissance nominale observée entre le commencement et la fin du cycle de test.
La préparation du test inclut le rinçage du carburant des tests antérieurs du moteur avant d'enlever les injecteurs. Les injecteurs de test sont inspectés, nettoyés, et réinstallés dans le moteur. Si de nouveaux injecteurs sont sélectionnés, les nouveaux injecteurs sont soumis à un cycle d'interruption de 16 heures. Ensuite, le moteur est démarré en utilisant le programme de cycle de test souhaité. Une fois que le moteur a chauffé, la puissance est mesurée à 4000 tr/min et pleine charge pour vérifier la restauration de la pleine puissance après nettoyage des injecteurs. Si les mesures de puissance sont dans les spécifications, le cycle de test est initié. Le tableau 1 suivant fournit une représentation du cycle de cokéfaction de DW10 qui est utilisé pour évaluer les additifs pour carburant selon la divulgation.
Tableau 1 - Représentation d'une heure de cycle de cokéfaction de DW10
Exemple 4 (test d'adhérence de l'injecteur du moteur)
Les tests de cokéfaction des tuyères du moteur diesel sont effectués en utilisant le moteur Peugeot DW10 selon le protocole CEC F-98-08 du tableau 1. Le moteur est actionné avec du carburant diesel (PC10) sans additif pour établir une ligne de base. Aucune adhérence de l'injecteur n'est observée, comme indiqué par une température des gaz d'échappement uniforme pour les 4 cylindres comme montré dans la Fig. 1. Dans la Fig. 1, la courbe A est le cylindre 1, la courbe B est le cylindre 2, la courbe C est le cylindre 3 et la courbe D est le cylindre 4.
Exemple 5.-
Dans cet exemple, un additif fabriqué selon les exemples 1 et 2 ayant un Mn selon la GPC de 1462 et ayant 2,5% en poids de composants ayant un poids moléculaire de 400 ou moins est mélangé dans le carburant dans la quantité de 180 ppmwv (poids par volume de carburant diesel). Le moteur tourne pendant 32 heures sans adhérence de l'injecteur.
Exemple 6 (exemple comparatif).-
Un additif fabriqué sans stripping sous vide poussé selon le procédé de l'exemple comparatif 3 est ajouté à un carburant diesel dans la quantité de 112 ppmwv. L'additif a un Mn de 610 selon la GPC, une distribution de poids moléculaire (Mw/Mn) de 1,61, et contient 18,0% en poids de composants ayant un poids moléculaire de 400 ou moins. Le moteur tourne pendant 8 heures sur le carburant et redémarre après refroidissement du moteur. Deux injecteurs (courbes B et C) sont bloqués comme indiqué par les températures de gaz d'échappement basses à la fin des 8 heures comme montré dans la Fig. 2. L'inspection physique des injecteurs lors de l'achèvement du test confirme que les deux injecteurs sont bloqués.
Exemple 7 (exemple comparatif).-
Un autre exemple comparatif est effectué de manière similaire à celui de l'exemple 6 à l'exception que l'additif est utilisé dans une quantité de 113 ppmwv. Deux injecteurs sont retrouvés bloqués après 8 heures comme montré dans la Fig. 3.
Comme indiqué par les exemples précédents, les additifs pour carburant contenant une quantité importante de composants ayant un poids moléculaire de 400 par GPC ou moins peuvent conduire à l'adhérence de l'injecteur. De manière inattendue, quand l'additif n'a qu'une quantité mineure de composants ayant un poids moléculaire de 400 ou moins par GPC, le carburant se comporte exceptionnellement bien dans le test DW10 sans aucune adhérence de l'injecteur
Bien que les exemples précédents illustrent l'utilisation d'additifs contenant le produit de la réaction avec ΤΕΡΑ comme tête polaire du composant d'additif, on s'attend à ce que l'utilisation d'une tête moins polaire comme produit de la réaction obtenu avec une monoamine, une diamine ou un alcool fournisse une performance améliorée de l'injecteur même si l'additif contient jusqu'à environ 25% en poids de composant de poids moléculaire bas.
Pour les buts de ce fascicule et les revendications annexes, sauf indication contraire, tous les nombres exprimant des quantités, des pourcentages ou des proportions, et d'autres valeurs numériques dans le fascicule et les revendications, doivent être compris comme étant modifiés dans tous les cas par le terme « environ ». Par conséquent, sauf indication contraire, les paramètres numériques établis dans le fascicule suivant et les revendications annexes sont des approximations qui peuvent varier en fonction des propriétés souhaitées qu'on veut obtenir par la présente divulgation. A tout le moins et non comme une tentative pour limiter l'application de la doctrine des équivalents à l'étendue des revendications, chaque paramètre numérique devrait au moins être conçu à la lumière du nombre de chiffres significatifs rapportés et en appliquant les techniques d'arrondissement ordinaires.
Bien que des formes de réalisations particulières aient été décrites, des variantes, des modifications, des variations, des améliorations et des équivalents substantiels qui sont ou peuvent être présentement imprévus pourront apparaître à la Demanderesse et aux autres hommes du métier. Par conséquent, les revendications annexes telles que déposées et telles qu'elles peuvent être amendées sont destinées à englober toutes ces variantes, modifications, variations, améliorations et tous ces équivalents substantiels.
Claims (20)
- REVENDICATIONS1. - Composition d'additif pour carburant diesel comprenant : un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre d'environ 500 à environ 10 000 et étant sélectionné parmi le groupe constitué d'un acide ou anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou d'un dérivé de ceux-ci, et d'une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle, où l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
- 2. - Composition d'additif pour carburant diesel selon la revendication 1, dans laquelle moins d'environ 10% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC.
- 3. - Composition d'additif pour carburant diesel selon la revendication 1, dans laquelle moins d'environ 5% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC.
- 4. - Composition d'additif pour carburant diesel selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'additif comprend un acide ou anhydride imide substitué par un polyisobutényle qui est préparé par la réaction d'un acide ou anhydride succinique substitué par un polyisobutényle et une polyamine.
- 5. - Composition d'additif pour carburant diesel selon la revendication 4, dans laquelle l'additif a un rapport molaire de la partie d'acide ou d'anhydride succinique substitué par un polyisobutényle (A) à la partie de polyamine (B) dans la plage d'environ 3:1 à environ 1:2, dans laquelle le groupement polyisobutényle de l'acide ou de l'anhydride succinique substitué par un polyisobutényle a un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) dans la plage d'environ 500 à 850 et la polyamine (B) a une formule générale H2N (CH2) ra- [NH (CH2) m] n~NH2, dans laquelle m est dans la plage de 2 à 4 et n est dans la plage de 1 à 3.
- 6. - Composition d'additif pour carburant diesel selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'additif comprend une base de Mannich substituée par un polyisobutényle préparée par la réaction d'un phénol ou d'un phénol substitué, avec un aldéhyde ou son précurseur, et une amine.
- 7. - Composition d'additif pour carburant diesel selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'acide ou l'anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci comprend un produit de la réaction d'un acide ou anhydride succinique substitué par un polyisobutényle avec un composé polaire sélectionné parmi le groupe constitué d'une hydrazine, d'un alcool, d'un aminoalcool, d'une amine alkoxylée, d'un alcool alkoxylé et d'un polyol.
- 8. - Carburant diesel à taux très bas de soufre comprenant la composition d'additif pour carburant diesel selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 9. - Procédé pour réduire l'apparition de l'adhérence de l'injecteur dans un système d'injection de carburant diesel à haute pression dans un moteur diesel ayant des injecteurs et brûlant un carburant diesel contenant 15 ppm en poids ou moins de soufre, ledit procédé comprenant la combustion dans ledit moteur d'une composition comprenant ledit carburant diesel et un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à environ 10 000, et étant sélectionné parmi le groupe constitué d'un acide ou anhydride succinique substitué par un hydrocarbyle ou un dérivé de ceux-ci, et d'une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle, dans lequel l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) , par quoi l'apparition de l'adhérence de l'injecteur est réduite par rapport à l'apparition de l'adhérence de l'injecteur dans un moteur comparable brûlant le carburant comprenant un additif pour carburant ayant une distribution du poids moléculaire telle que plus de 25% en poids de l'additif pour carburant ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) basée sur une courbe d'étalonnage de polystyrène.
- 10. - Procédé selon la revendication 9, dans lequel moins d'environ 5% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins corne mesuré par GPC.
- 11. - Procédé selon les revendications 9 ou 10, dans lequel l'additif comprend un dérivé d'un acide ou anhydride succinique substitué par un polyisobutényle préparé par réaction d'un acide ou anhydride succinique substitué par un polyisobutényle avec une polyamine.
- 12. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel l'additif comprend une base de Mannich substituée par un polyisobutényle préparée par réaction d'un phénol ou d'un phénol substitué, avec un aldéhyde ou son précurseur, et une amine.
- 13.- Procédé pour améliorer un additif pour carburant pour un carburant diesel à taux très bas de soufre pour réduire les dépôts et l'adhérence de l'injecteur dans un système à injection de carburant diesel à haute pression pour un moteur diesel comprenant : le chargement d'un composant hydrocarbyle à un récipient à réaction ; la distillation sous vide du composant hydrocarbyle à une température supérieure à environ 200°C pendant une période de temps suffisante pour éliminer au moins une portion du composant hydrocarbyle, un résidu de distillation dudit composant hydrocarbyle distillé étant efficace pour fournir un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, dans lequel l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif a un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel en utilisant une courbe d'étalonnage de polystyrène ; la réaction du résidu de distillation avec un composant sélectionné parmi le groupe constitué d'un acide ou anhydride dicarboxylique insaturé et d'un phénol ou phénol substitué pour fournir un composant substitué par un hydrocarbyle ; et la réaction du composant substitué par un hydrocarbyle avec une amine ou une amine plus aldéhyde pour fournir l'additif sélectionné parmi le groupe constitué d'un acide ou anhydride imide succinique substitué par un hydrocarbyle et d'une base de Mannich substituée par un hydrocarbyle ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, dans lequel moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) en utilisant une courbe d'étalonnage de polystyrène.
- 14. - Procédé selon la revendication 13, dans lequel moins d'environ 5% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC.
- 15. - Procédé selon les revendications 13 ou 14, dans lequel l'additif comprend un anhydride succinique imide substitué par un polyisobutényle préparé par la réaction d'un anhydride succinique substitué par un polyisobutényle avec une polyamine.
- 16. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel l'additif comprend une base de Mannich substituée par un polyisobutényle.
- 17. - Procédé pour améliorer un additif pour carburant pour un carburant diesel à taux très bas de soufre pour réduire les dépôts et l'adhérence de l'injecteur dans un système à injection de carburant diesel à haute pression pour un moteur diesel comprenant : le chargement d'un composant hydrocarbyle à un récipient à réaction ; la réaction du composant hydrocarbyle avec un composant sélectionné parmi le groupe constitué d'un acide ou anhydride dicarboxylique insaturé pour fournir un composant substitué par un hydrocarbyle ; la distillation sous vide du composant substitué par un hydrocarbyle à une température supérieure à environ 200°C pendant une période de temps suffisante pour éliminer au moins une portion du composant substitué par un hydrocarbyle, un résidu de distillation dudit composant substitué par un hydrocarbyle distillé étant efficace pour fournir un additif pour carburant diesel ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, dans lequel l'additif a une distribution du poids moléculaire telle que moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) en utilisant une courbe d'étalonnage de polystyrène ; et la réaction du composant substitué par un hydrocarbyle distillé avec un composé polaire pour fournir l'additif ayant un poids moléculaire moyen en nombre (Mn) d'environ 500 à 10 000, dans lequel moins d'environ 25% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par chromatographie par perméation du gel (GPC) en utilisant une courbe d'étalonnage de polystyrène.
- 18. - Procédé selon la revendication 17, dans lequel moins d'environ 5% en poids de l'additif ont un poids moléculaire de 400 ou moins comme mesuré par GPC.
- 19. - Procédé selon les revendications 17 ou 18, dans lequel l'additif comprend un anhydride imide succinique substitué par un polyisobutényle préparé par réaction d'un anhydride succinique substitué par un polyisobutényle avec une polyamine.
- 20. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel le composé polaire est sélectionné parmi le groupe constitué d'une amine, d'une hydrazine, d'un alcool, d'un aminoalcool, d'une amine alkoxylée, d'un alcool alkoxylé et d'un polyol.
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