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combustibles moteurs et leurs procédés de préparation.
'La présente invention concerne des combustibles moteurs nouveaux. particulièrement à indice octane élevé, et leurs procédés de préparation.
En résumé, l'invention consiste à ajouter à un hydrocarbu -re liquide léger, servent de base à un combustible moteur, une proportion importante de composé chimique appartenant à la classe des cétones.
L'objectif premier de l'invention est de préparer des com- bustibles moteurs à indice octane élevé, et particulièrement de préparer ceux à incline octane particulièrement élevé, tels que
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les combustibles moteurs convenant pour les moteurs d'aviation.
L'invention permet:, par exemple, de préparer des combustibles moteurs d'aviation à indice octane de 100 ou plus ; elle permet de le faire économiquement au point de vue commercial.
La matière de base du combustible moteur, susceptible d'ê- tre employée conformément a l'invention, peut être un naphte dé- rivé de pétrole brun, soit seul, soit mélangé; ce peut 'être un naphte de provenance directe, un naphte craque ou un mélange des deux. ce produit de base doit évidemment satisfaire a tous les desiderata de stabilisé, de teneur en gommes, de corrosion, etc., que l'on peut être amené a poser au combustible fini composé.on peut aussi se servir d'autres types d'hydrocarbures liquides, tels que le naphte hydrogéné, préparé par hydrogénation destructive de liquides hydrocarbures a point d'ébullition se trouvant dans le gamme de ceux de la gazoline, du kérosène et de l'huile lu- brifiante;
oe peut être un naphte réformé ou une fraction liqui- de légère, préparée par polymérisation d'oléfines à bas point d'ébullition ou gazeuses.
Les cetones destines à être utilisés, conformément à. une caractéristique de l'invention, peuvent 'être considérées nomme des composés répondant à la formule générale : R.CO.R', formule dans laquelleR et R' représentent les radicaux hydrocarbures alkyle, aryle ou mixtes, identiques ou différents, bien que l'on puisse, toutefois, se servir de leurs remplaçants et de leurs dérivés, à condition que ceux-ci possèdent les mêmes propriétés générales que les cétones décrites. On peut se servir de oétones non saturées, cycliques, branchée et polyarbonyle, L'élément le plus simple du groupe cétone est le diméthyl-cétone, oonnueusuel- lement sous le nom d'acétone;
cette matière rentre dans le cadre de l'une des phases de l'invention, bien qus sa solubilité rela- tivement grande dans l'eau constitue un inconvénient, dans une certaine mesure, perce qu'elle est aisément éliminée des mélan-
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ges par l'eau. Généralement, on préfère les cétones a poids
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moléculaire plus élevé, telles que la métby1-êthyl-oétone. la la méthyl-isoJ?ropyl-'1 étone, méthyl-propyl-sétone,/ la méthy1-tertleil."e-butyl-oétone, la méthyl-phènyl-odtone, le méthyl-benzyl-aétone et un grand nom- bre Vautres cétones analogues dans lesquelles le groupeméthyle a été remplacé par d'autres groupes à poids moléculaire élevé.
D'autres cétones, qui peuvent être utilisées, sont les dicétones,
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telles que la diaoétyle OH3COOOCE3 . le diacétone-eloool OH300CH20(aHz)20R. la benzalaoétone 6H50B:ORCOCH3 (préparée en faisant réagir de l'acétone avec de la benzeldéhyde), la méthyl- vinyl-cétone. la butyrone, la phorène et le pineooline. Généra- lement, le point d'ébullition de la cétone doit se trouver dans la gamme d'ébullition dela gazoline, ou, en d'autres termes,
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approximativement entre 40oe et 200 ou Zlooo; ce sont générale- ment les cétones ayant de 4 à 10 atomes de carbone qui remplis- sent le mieux cette condition. On préfère également les détones
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ayant la structure la plus branchée.
La àiîsopropyl-nétone, l'isopropyl-tertiaire-butyl..aétone, la di-tertiaire-butyl-aéto- aussi ne et analogues conviennent très.bien. on peut se servir des /
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aryl-oétones ou des alkyl-aryl-oétones mixtes ou des netones cycliques, par exemple de l'acétophénone et de la nynlohexanone.
Les cétones branchées peuvent être mélangées au corps de base et servir de combustible moteur aven ou sans addition de
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composés anti-détonnants métallo-organiques, conformément à une phase de l'invention, tandis que, quand on emploie des cétones à liaison directe, on ajoute des composés enti-détonnants mé-
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tallo-orgeniques.
Le terme "agent a nti-déto nnant métallo-organique" signifie les composés primaires à structure analogue à ,^,elle du plomb
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tétraéthyle, par exemple les composés métallo-alkyle , tels que le plomb tétraéthyle, le plomb tétraméthyle, l'étain tétraéthyle,
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le bismuth tétraéthyle, le bismuth triphénul6 etc.,bien que des composés carbonyle, tels que le fer ou le nickel carbonyle , puissent aussi être employés.
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on a constaté que les cétones en chaîne latérale possè- dent des propriétés 13 nti-détonasntes nettement plus grandes que les cétones à chaîne directe, et que l'on obtient des ré- sultats beaucoup meilleurs en se servant des cétones à chaînes latérales eu lieu des cetones à chaînes directes quand on ne fait pas d'addition d'agents anti-détonnants métallo-organiques.
On sait que certaines cétones à chaîne directe, particuliè- rement les acétones, ont été proposées antérieurement comme addi -tion aux combustibles moteurs, en vue de réduire le cognement des moteurs. cependant, l'amélioration obtenue dans un moteur par l'emploi de ces cétones est difficilement suffisante pour justifier leur coût;
en outre, ainsi qu'il résulte des rensei- gnements donnés plus bas, il n'est pas possible, même avec des quantités relativement grandes de cétones à chaîne directe, d'obtenir des mélanges dont l'indice octane est extrêmement élevé, on sait également que l'on ajoute du plomb tétraéthyle aux combustibles moteurs, mais, ainsi qu'on le montrer ci-a- près, si une petite quantité de plomb tétraéthyle augmente con -sidérablement l'indiceoctane du naphte auquel il est ajouté, des additions supplémentaires de ce produit donnent des amélio- rations successivement plus petites de l'indice octane, de sorte que, par l'emploi du plomb tétraéthyle nomme adjuvant à l'essence de pétrole pour les combustibles moteurs,
il est pra -tiquement impossible d'obtenir des indices octane extrêmement élevés, tels que, par exemple, 95, 100 ou plus, sans que l'on fasse intervenir des quantités excessivement élevées, coûteuses et, par conséquent, non pratiques de plomb tétraéthyle.
L'inventeur a constaté que la combinaison des deux cétones et du plomb tétraéthyle donne un résultai supérieur à celui qu' il est possible d'obtenir avec des quanti équivalentes de chacun (sur la base du coût) pris séparément, l'est ainsi que, dans certains ces, conformément à la présente invention, les produits renferment à la fois'\des cétones et du plomb tétra-
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éthyle ont un indice octané au moins égal, sinon supérieur à la somme des augmenterions de l'indice octane que l'on peut normalement attendre des constituants individuels présents, alors que les améliorations de l'indice octane, procurées par divers agents adjuvants au combustible moteur, ne sont pas ad- ditives,
c'est-à-dire qu'ils donnent généralement des résultats inférieurs à la somme des constituants considérés séparément.
Les proportions qui doivent intervenir pour la préparation des combustibles moteurs, conformément à la présente invention, peuvent varier dans d'assez larges limites; celles-ci sont tons -tion évidemment. de la rigueur des spécifications ou des de- siderata qui peuvent 'être posés au point de vue du fonctionne- ment et du travail à accomplir, ainsi que du prix qui doit être respecté et des matières premières disponibles. Généralement, cependant, les cétones, par exemple des composés simples ou des mélanges, doivent tre employées dans des proportions approxime environ -tives de 5 à 50 % ou plus; 10, 20 ou 30 %/doivent généralement tre préférés.
Les agents anti-détonnants métallo-organiques. par contre, sont employés dans des proportions beaucoup plus faibles, par exemple entre 0,5 et 5cm3 par gallon de combustible moteur ; toutefois, les combustibles de course et les autres com- bustibles exigeant un travail exceptionnel requièrent des quan- tités beaucoup plus grandes, parexemple 10, 15cm3 par gallon ou même plus.
Le tableau qui suit donne les résultats d'un certain nombre d'expériences faites en rrne d'établir une comparaison entre l'ac -tion de la combinaison des cétones avec le plomb tétraéthyle, et celle de ses matières utilisées séparément.
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TABLEAU 1 Renseignements sur l'indice Octane de mélanges de gazoline d'aviation préparés à pertir de pecos bruts.
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A.S.T.,I.indîoe octane ( à 212 ]'. ) Addition de pb et 4
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pour icnt dfsgent de mélaüge Rien 1 amz 3 am3 Rien 74, U 82, 5 888,5 10 diméthyl-aéton.e 75,0 -- 89,5 ,5 " 78,1 -- 94,0 50 Il " 85, g -- 100+ ,5 methy1-éthyl-ce tone 80,5 88,8 93,tu zo më'chyl-n-propyl-00'cone 80,b 89,b 5,0 ào mézhyl-n-butyl-c: ézone 78,0 88, 0 93,6.
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L'indice octane es'c déterminé dans tous les nas par le procé -de au moteur recommandé par le "coopérative Fuel Rasegrah Com- mittee" de l'àmeriain soaiety for iesting Materials. ce tableau montre que des additions de plomb tatraé-chyle .ensemble, et de cétones à chaîne directe/à, la mamière de base gazoline, donnent des indices octane beaucoup plus élevés, mesurés sur lE moteur C.F.R. à 212 F, que ceux obtenus avec l'addition de l'agent seul, car il est clair que, comme dans la gazoline ne
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renfermant pas de netones, 1 m6 de plomb tétraétbyle donne une augmentation de 8,5 de l'indice octane et les 2 cm3 suivants seulement une nouvelle augmentation de 6,0 de cet indice,
il faudrait une quantité extrêmement grande de plomb tétraéthyle pour porter l'indice oitene de la matière de base à 95 ou loo. même
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D'eutrû part./une quantité de 50% de cétone. employée sans addi- tion de plomb tétraéthyle, n'a porté l'indiae octane de la ma- tière de base qu'à 85,8, tandis qu'avec les combinaisons de 25
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et 50% de dimethyl-cétoue avec"3 om3 de plomb tétreéthyle, l'indicte octane a été porté à 94 et 1GO+ respectivement.
Le tableau montre également des résultats analogues aussi favorables avec
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d'autres cétones comprenant l'es méthyl,-éthyl-, ,méthyl-propyl-
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et méthylubutylwcétonea.
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Dans le tables11'-2 sont reproduits les résultats de séries dressais similaires, quoique non absolument identiques, faits avec; un moteur de série 30 et à la température de 375 F.
TABLEAU 2.
Moteur série 30 à 375 F. pb et 4.
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pour oent d'agent de mélange. Rien i am3 3 cm3 Rien 69,1 sato 88,5.
35 dimét hyl-aétone qô , 4 - - 95, 0 .
30 if tr 76,8 8sus8 96, 9.
Le tableau précèdent montre que l'on arrive, dans ce ces,
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aux mêmes indices élevés que ceux obtenus dans le oas du tôblesu 1, par l'emploi combiné de plomb tétraéthyle et de cétones à chaîne directe dans une gazoline de base.
TABLEAU 3.
Détails sur l'indice octane des mélanges de méthyl-propyl-cétone avec de la gazoline d'aviation préparée à partir de pécos bruts
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A. S. T.i2. indirtes ontane.
Addition de pb et 4.
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pour cent d'agent de mélange. rien 3am3jgallon. y Rien 75.3 89tz 10 Méthyl-propyl-oétone 78, 89, 9 135 If n 0 83, 3 100 50 " n il 88 dt 100+
Le tableau 3 montre que l'on obtient des augmentations même plus élevées en indice octane et en susceptibilité de plomb
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avec la méthyl-propyl-oétone, qu'avec la diméthyl-oétone (nomme indiqué dans le tableau 1).
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Si on le désire, on peut ajouter d'autres matières, telles que des anti-oxydants ou des anti-gommes, des teintures, des lubrifiants de cylindres supérieurs, des fondants de gommes, (savons, polymères), des matières odorantes, aromatiques (par exemple du benzol), des extraits de solvants (par exemple de l'extrait de SO2), de l'iso-octane, du diisobutylène, de l'éther isopropylique, des alcools, etc.., aux combustibles moteurs pré -parés comme exposé ni-dessus.
Le tableau 4 montre des résultats comparatifs obtenus avec des cétones à chaînes directes et des cétones à chaînes laté- rales sans addition de composés métallo-organiques.
TABLEAU 4.
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<tb> amélioration <SEP> de <SEP> l'in-
<tb>
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ASTM.1J:1C1.1ce oo- dise ootane procurée pour cent de oétone a jou tane à %1& àt par les cétones.
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<tb> -tée.
<tb>
<tb> -- <SEP> rien <SEP> 75,0 <SEP> -
<tb>
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5 méhyl-n-outyl-3étone 78,0 310 25 méthyl-iso-hutyl-oétone 81,1 6,1.
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Le tableau 4, qui précède, montre que la mé1ihyl-butyl-cé- tone, renferment le groupe iso-butyle, donne une amélioration de l'indicé octane deux fois plus grande que celle renferment le
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groupe butyle ordinaire. D'autre part, l'iso-oomposé a essentiel- lement la même solupilité dans la gazoline que les composés nor- maux.
Un autre avantage de la présente invention est que, du fait
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des propriétés anti-détonnantes des céiones s, chaînes latérales supérieures, on peut faire usage de cétones à poids moléculaire beaucoup plus élevé, de manière que leur oxygène devienne relati- vement négligeable comme facteur de réduction de la valeur com- bustible de la base gazoline à laquelle elles sont mélangées,
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En plus des cétones renfermant des groupes hydrocarbures @
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aliphatiques bra nahés, telles-que celles mentionnées spécialement plus haut, il y a la. méthYl-isopropyl-Óétone, l f éthyl-1sopropyl- aétone, la propyl-isopropyl:
.t-étone, la méthyl-tertiaire-butyl-cé-
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tone, la méthYl-isoemYl-tone, le méthyl-tertiaire-amyl-sétone, la di-ieopropyl-cétone, ltisopropyl-erti8ire-butyl-étone, la di-isobutyl-cétone, la ài-tert18ire-butyl-Jétone et la di-tertiaire-amyl-aétone. Les nétones renfermant un groupe tertiaire sont préférées et également celles qui ont un groupe latéral, par exemple iso, secondaire ou tertiaire, de chaque noté du
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groupe cerd1.\lyle'égslement, car elles permettent l'utilisation de cétones à poids moléculaire encore plus élevé et à point d'ébullition plus élevé que celles qui ne renferment qu'un groupe branché. on peut se servir d'autres types de cétones qui répondent
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à la formule générale R. CC.
R' , formule dans laquelle R désigne un groupe aryle, par exemple phényle, benzyle, toluyle, etc., ou un groupe cyclique plus saturé, et R' un groupe hydrocarbure aliphatique latéral, tel que le groupe isopropyl-seaondaire- butyle, tertiaire-butyle et analogues.
Au lieu de se servir de composés cétoniques simples, on
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peut faire appel à une nébone branchée adOptée,de préférence, en collaboration avec d'autres cétones a chaînes latérales ou avec d'autres oétones, de préférence, à bas poids moléculaire, qui n'ont pas une structure branchée (par exemple, qui ne pos- sèdent pas plus de 5 atomes de carbone,), donc des cétones ren -fermant deux groupes carbonyle ou plus.
Les cétones non saturées, renfermant un groupe hydrocarbure
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aliphatique latéral ou plus, peuvent également êrre utilisées, par exemple: l'oxyde de mésityle qui est une cétone méthyl- isobutylique renferment une double liaison et répondant à le
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formule (1 (CH5)a : OH CO CHg , et la phorone répondant à la formule (CE 4)a0: double liaison CH CO OH : C (CH5}2 . et des cétones è, ob8!nes latérales substituées, telles que celles qui renferment des groupes hydroxyle, par exemple le di-aoétone alcool COR (CHZ)? Choco ruz
Le relevé des essais qui suit se rapporte a plusieurs de ces derniers types de composés.
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TABLEE 5.
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<tb>
Essai <SEP> pouroent <SEP> de <SEP> cétone <SEP> ajoutée <SEP> ASTM.Indice <SEP> Amélioration <SEP> de
<tb> n <SEP> octane <SEP> à <SEP> l'indice <SEP> octane
<tb> 212 <SEP> F. <SEP> pa <SEP> r <SEP> les <SEP> cétones.
<tb>
<tb>
9 <SEP> -- <SEP> rien <SEP> 75,0 <SEP> -
<tb>
<tb> 10 <SEP> 25 <SEP> oxyde <SEP> de <SEP> mésityle <SEP> 80,4 <SEP> 5,4
<tb>
<tb> 11 <SEP> 25 <SEP> di-acétone <SEP> alcool <SEP> 81,0 <SEP> 6,0.
<tb>
un remarquera, par l'examen du tableau 5, que les proprié- tés anti-détonnentes de l'oxyde de mésityle (qui peut être con- sidéré comme une méthyl-isobutyl-cétone non saturée) et du di-acétone alcool (qui peut 'être considéré nomme un hydroxy dérivé de la méthyl-isobutyl-oétone) soutiennent favorablement la comparaison avec les propriétés anti-détonnantes de la méthyl- iso-butyl-cétone elle-même, ainsi que le montre le tableau 4, bien que le nomposé saturé non substitué soit légèrement supérieur on voit,
par les données ci-dessus, que lon peut préparer des combustibles moteurs à indice octane élevé .en mélangeant à de la gazoline une quantité appréciable de cétones du type adop- té, de préférence, à savoir celles renfermant un ou plusieurs groupes hydrocarbures aliphatiques branchés .
Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples spécifiques , qui ne sont donnée ici qu'à titre illus- tretif, ni à des théories relatives à sa marche; elle n. 'est limitée que par les revendications qui suivent, par lesquelles l'inventeur entend revendiquer toutela nouveauté de l'inven- tion aussi largement que l'antériorité le permet.
REVENDICATIONS.
1.-combustible moteur comprenant une matière de base aon- stituée par un hydrocarbure liquide léger et une quantité appré -eiable de cétone renfermant au moins un groupe hydrocarbure aliphatique branché.