BR112020009528A2 - composições de aditivos de combustível e seus métodos de uso - Google Patents

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Abstract

COMPOSIÇÕES DE ADITIVOS DE COMBUSTÍVEL E SEUS MÉTODOS DE USO diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados no sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, caracterizada pelo fato de a composição de aditivo de combustível compreender o derivado de óxido de (a) isoborneol ou (b) borneol e seu método de uso. Em uma modalidade, a presente invenção diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, em que a composição de aditivo de combustível compreende (a) isoborneol ou (b) borneol, e seu método de uso. Em uma modalidade, a presente invenção diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, em que a composição de aditivo de combustível compreende uma mistura de composto de oxirano ou de óxido com (a) isoborneol ou (b) borneol, e seu método de uso. Em uma modalidade, a presente invenção se refere a uma composição compreendendo um combustível e a composição de aditivo de combustível da presente invenção.

Description

“COMPOSIÇÕES DE ADITIVOS DE COMBUSTÍVEL E SEUS MÉTODOS DE USO” Campo da invenção
[001] A presente invenção refere-se a composições de aditivo de combustível e seus métodos de uso.
[002] Em particular, a presente invenção refere-se a composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em sistema e motor de injeção de combustível ou em um motor de combustão interna e seu método de uso.
Descrição do estado da técnica
[003] O sistema de injeção de combustível e o motor foram projetados para fornecer controle de emissão de veículos, desempenho de combustível, economia de combustível e durabilidade melhoradas. No entanto, na combustão de combustível, depósitos são formados no sistema de fornecimento de combustível, como nos injetores de combustível, na válvula de admissão e/ou em uma câmara de combustão, interferindo no funcionamento do motor e, portanto, levando à combustão incompleta do combustível, resultando em maior emissão do motor, potência reduzida e menor economia de combustível.
[004] A interferência do depósito da câmara de combustão (CCDI) e a descamação do depósito da câmara de combustão (CCDF) são problemas de depósito do motor que podem ocorrer em alguns motores. A CCDI pode se manifestar como um barulho de batida no motor, resultante do contato físico entre os depósitos do motor na parte superior do pistão e na cabeça do cilindro em alguns projetos de motores. A CCDF ocorre quando os depósitos da câmara de combustão se desprendem e se alojam entre a face da válvula e a sede da válvula, causando baixas pressões de compressão devido à má vedação da válvula.
[005] Os injetores de combustível, carburadores e válvulas de admissão também são regiões de preocupação onde a formação de depósitos pode ocorrer. Os depósitos em pequenas passagens de combustível de injetores de combustível, como depósitos de injetores com pino, podem reduzir o fluxo de combustível e alterar o padrão de pulverização, o que pode afetar adversamente a potência, a economia de combustível e a dirigibilidade do motor. Os depósitos podem causar problemas semelhantes para os motores carburados, uma vez que os carburadores também usam pequenos canais e orifícios para medir o combustível. Além disso, os depósitos formados nas válvulas de admissão alteram a estequiometria do combustível para o ar, resultando em combustão incompleta, o que, por sua vez, pode levar ao aumento das emissões do motor e à eficiência reduzida deste.
[006] Nos últimos tempos, foram fornecidas algumas das composições aditivas para controlar a formação de depósitos em um motor de combustão interna.
[007] Uma das composições aditivas atualmente conhecidas compreende um produto de reação de etileno diamina (EDA), poli- isobutileno (PIB) fenol e formalina, ou seja, um aditivo contendo nitrogênio. Quando o inventor da presente invenção fez essa composição aditiva conhecida ao reagir etileno diamina (EDA), poli-isobutileno (PIB) fenol e formalina em uma razão molar de cerca de 1:2:2, então ele descobriu que essa composição aditiva conhecida (a composição aditiva comparativa da técnica anterior) não soluciona os problemas da indústria discutidos acima, porque mesmo com uma dose de 93 ppm da composição comparativa aditiva da técnica anterior, os depósitos da válvula de admissão (IVD) são reduzidos de 149 mg/v para teste em branco para 98 mg/v para o combustível tratado com a composição aditiva comparativa da técnica anterior e os depósitos da câmara de combustão (CCD) são reduzidos de 6367 mg/motor para ensaio em branco para 5433 mg/motor para o combustível tratado com a composição aditiva comparativa da técnica anterior quando testada pelo teste “Mercedes”, teste de avaliação da limpeza do motor M102E (CEC-05-A-93), indicando que não há melhora sobre o valor base. Por conseguinte, o inventor observa que essa composição aditiva conhecida da técnica anterior não pode ser uma escolha preferencial para a indústria.
[008] Portanto, ainda existe um escopo de desenvolver uma composição aditiva melhorada para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados do sistema de injeção de combustível e/ou da câmara de combustão, que pode se tornar uma escolha preferencial para a indústria solucionar os problemas industriais discutidos acima, cuja referência é detalhada aqui.
Necessidade da invenção
[009] Portanto, a indústria precisa de composições aditivas para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados no sistema e no motor de injeção de combustível ou no motor de combustão interna que possa solucionar um ou mais dos problemas industriais discutidos acima, cuja referência é detalhada aqui.
Problema a ser resolvido pela Invenção
[010] Portanto, a presente invenção tem como objetivo fornecer uma solução para os problemas industriais existentes discutidos acima, cuja referência é detalhada aqui, fornecendo composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível ou em um motor de combustão interna.
Objetivos da invenção
[011] Portanto, o principal objetivo da presente invenção é fornecer composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados no sistema e no motor de injeção de combustível ou no motor de combustão interna que possam solucionar um ou mais dos problemas industriais discutidos acima, cuja referência é detalhada aqui.
[012] Outro objetivo da presente invenção é fornecer composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível ou em um motor de combustão interna para que as emissões do veículo sejam controladas e o desempenho, economia e durabilidade do combustível sejam melhorados ou pelo menos não sejam perdidos.
[013] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer um método de uso das composições aditivas de combustível da presente invenção para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível ou em um motor de combustão interna, de modo que as emissões dos veículos sejam controladas e o desempenho, economia e a durabilidade do combustível sejam aprimorados ou pelo menos não sejam perdidas.
[014] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados no sistema e no motor de injeção de combustível ou no motor de combustão interna, de modo que o desempenho dos depósitos da válvula de admissão (IVD) e/ou desempenho dos depósitos da câmara de combustão (CCD) sejam melhorados em comparação ao aditivo conhecido.
[015] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer composições aditivas de combustível para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados no sistema de fornecimento de combustível e na câmara de combustão do motor de combustão interna.
[016] Outros objetivos e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição a seguir quando lidos em conjunto com exemplos, que não se destinam a limitar o escopo da presente invenção.
Descrição e modalidades preferenciais da invenção
[017] Com o objetivo de superar os problemas industriais da técnica anterior e alcançar os objetos presente invenção também discutidos acima da, o inventor, de maneira surpreendente e inesperada, descobriu que quando um aditivo isento de nitrogênio é adicionado ao combustível, ele não é resolve apenas problemas de formação de depósitos no sistema e no motor de injeção de combustível ou no motor de combustão interna, mas também evita a liberação (formação) de óxido de nitrogênio (NOX). O inventor descobriu que esse aditivo sem nitrogênio compreende borneol ou isoborneol. Como pode ser observado, o borneol ou o isoborneol é um aditivo sem nitrogênio, que não libera NOX.
[018] Portanto, em uma modalidade, a presente invenção diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, em que a composição de aditivo de combustível compreende um borneol ou isoborneol.
[019] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o isoborneol é nomeado pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) como (1R,3R,4R)-4,7,7-trimetilbiciclo[2.2.1]heptan-3-ol.
[020] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o isoborneol pode compreender (a) isômero D de borneol, b) isômero L de borneol ou (c) uma mistura destes.
[021] O inventor descobriu ainda que, quando o borneol ou o isoborneol é combinado com um composto de oxirano ou preferencialmente quando um derivado de óxido de borneol ou isoborneol são usados, então, de maneira surpreendente e inesperada, os problemas industriais supracitados de formação de depósitos no sistema e motor de injeção de combustível, ou no motor de combustão interna, são solucionados ainda mais sem adição ou formação de óxido de nitrogênio (adicional) (NOX) no sistema. O inventor descobriu ainda que o oxirano ou composto de óxido que pode ser usado pode ser selecionado [sic] do grupo que compreende óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, ou qualquer outro composto de óxido.
[022] Portanto, em outra modalidade, a presente invenção diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, em que a composição de aditivo de combustível compreende pelo menos uma combinação de borneol ou isoborneol e um composto de oxirano.
[023] De acordo com uma das modalidades preferenciais da presente invenção, o composto de oxirano é selecionado do grupo que compreende óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno e qualquer outro composto de óxido.
[024] Portanto, em outra modalidade, a presente invenção diz respeito a uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados no sistema e motor de injeção de combustível, ou no motor de combustão interna, em que a composição de aditivo de combustível compreende um derivado de óxido de borneol ou isoborneol.
[025] De acordo com uma das modalidades preferenciais da presente invenção, o derivado de óxido de borneol ou isoborneol é um produto da reação de borneol ou isoborneol e um composto de oxirano ou óxido.
[026] De acordo com uma das modalidades preferenciais da presente invenção, o composto de oxirano ou óxido é selecionado do grupo que compreende óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno e qualquer outro composto de óxido.
[027] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o composto de oxirano reage com o isoborneol ou borneol, resultando na formação do derivado óxido de isoborneol ou borneol.
[028] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o borneol ou isoborneol e o composto de oxirano podem ser misturados em uma razão molar que varia entre 1:1 e 1:50 para chegar à composição aditiva de combustível da presente invenção compreendendo pelo menos uma combinação do borneol ou isoborneol e o composto oxirano.
[029] De acordo com uma das modalidades preferenciais da presente invenção, o composto de oxirano reage com o isoborneol ou borneol, resultando na formação do derivado óxido de isoborneol ou borneol.
[030] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o composto de oxirano pode reagir com o isoborneol ou borneol para formar o derivado óxido de isoborneol ou borneol por qualquer método conhecido na técnica.
[031] De acordo com uma das modalidades preferenciais da presente invenção, o borneol ou isoborneol e o composto de oxirano ou óxido podem ser reagidos em uma razão molar que varia entre 1:1 e 1:50 para chegar à composição aditiva de combustível da presente invenção compreendendo o derivado de óxido de borneol ou isoborneol.
[032] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, o derivado de óxido de borneol ou isoborneol podem ser preparados por qualquer método conhecido na técnica anterior. Ele pode ser preparado reagindo ou tratando o borneol ou isoborneol com um oxirano ou composto de óxido. Consequentemente, o escopo da presente invenção não é limitado por um método para preparar o derivado óxido de borneol ou o isoborneol da presente invenção.
[033] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, a composição de aditivo de combustível da presente invenção pode ainda compreender um ou mais de um composto adicional selecionado do grupo que compreende antioxidante, inibidor de corrosão, inibidores de espuma, inibidor de incrustações, inibidor de hidrato de gás, dispersante, depressor do ponto de fluidez, desmulsificador, modificador de viscosidade, modificador de atrito, desativador de metal, agente de pressão extrema, agente anti-desgaste, agente de inchamento de vedação, polímero de controle de cera e uma mistura destes.
[034] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, a composição de aditivo de combustível da presente invenção pode ainda compreender um ou mais agentes de mistura, incluindo alcanóis solúveis em combustível que podem ser selecionados do grupo que compreende metanol, etanol e seus homólogos superiores, e éteres solúveis em combustível que podem ser selecionados a partir do grupo que compreende éter metil terciário butílico, éter etil terciário butílico, éter metil terciário amil, compostos análogos e uma mistura dos mesmos.
[035] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, as composições aditivas da presente invenção podem ser usadas com combustível compreendendo todo e qualquer combustível básico adequado para uso na operação de motores de combustão interna de ignição por faísca que podem ser selecionados do grupo que compreende gasolina sem chumbo para motores e para aviação e gasolina reformulada que pode tipicamente conter hidrocarbonetos no intervalo de ebulição da gasolina e componentes de mistura oxigenados solúveis em combustível selecionados a partir do grupo que compreende álcool, éter e outro composto orgânico contendo oxigênio.
[036] Por conseguinte, em uma das modalidades da presente invenção, ela também se refere a uma composição compreendendo um combustível e a composição aditiva de combustível da presente invenção.
[037] De acordo com uma das modalidades da presente invenção, a composição aditiva da presente invenção pode ser misturada no combustível individualmente ou em vários subconjuntos.
[038] Consequentemente, em uma das modalidades da presente invenção, ela também se refere a um método para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível ou em um motor de combustão interna, em que o método compreende tratar o combustível com a composição aditiva de combustível da presente invenção como descrito neste documento.
[039] Consequentemente, em uma das modalidades, a presente invenção diz respeito também a um método de uso de uma composição de aditivo de combustível para controlar a formação de depósitos e para reduzir os depósitos já formados em um sistema e motor de injeção de combustível, ou em um motor de combustão interna, em que o método compreende tratar o combustível com a composição de aditivo de combustível da presente invenção conforme descrito neste documento.
[040] O inventor descobriu que a composição aditiva de combustível da presente invenção soluciona os problemas industriais discutidos acima e foi considerada adequada para controlar (ou prevenir) a formação de depósitos e para reduzir (ou remover) os depósitos já formados no sistema e motor de injeção de combustível, ou no motor de combustão interna, de modo que o desempenho dos depósitos da válvula de admissão (IVD) e o desempenho dos depósitos da câmara de combustão (CCD) sejam melhorados pelo menos em comparação com o aditivo conhecido na técnica anterior discutido acima.
[041] O desempenho e a eficácia da composição de aditivo de combustível da presente invenção podem ser avaliados por métodos existentes. Por exemplo, pode ser avaliado usando uma variedade de testes padrão da indústria, como o teste Mercedes Benz M102E (CEC-F-05-93), o teste Mercedes Benz M111 (CEC-F-20-98), o teste BMW 318i ou teste Ford 2.3L medindo o desempenho do aditivo para controlar os depósitos da válvula de admissão (IVD) e/ou para controlar os depósitos da câmara de combustão (CCD). O desempenho de limpeza do motor e a eficácia do combustível que contém a composição do aditivo de combustível podem ser avaliados usando uma série de testes padrão da indústria. Por exemplo, usando o teste Peugeot XUD9 e o teste Peugeot DW10B, medindo sua capacidade de controlar e reduzir os depósitos de injetores. O desempenho e a eficácia da composição de aditivo de combustível e o desempenho de limpeza do motor e a eficácia do combustível que contém a composição de aditivo de combustível da presente invenção podem ser avaliados usando qualquer combustível. Por exemplo, ela pode ser avaliada usando um combustível RF-12-09 – um combustível de gasolina com teor de oxigênio de cerca de <2,7% m/m (w) quando medido pela norma EN ISO 22854, densidade a 15 °C variando de 720 a 775 kg/m3 quando medido pela norma EN ISO 12185 ou combustível RF-02-03 – um combustível de gasolina com teor de oxigênio de cerca de <0,1% m/m (w) quando medido pela norma EN 1601, densidade em 15°C variando de 748 a 754 kg/m3 quando medida pela norma ISO 12185 ou ISO 3675.
[042] Pode-se notar que o escopo da presente invenção não está limitado ao método de teste e ao combustível usado.
[043] Pode-se notar que o escopo da presente invenção não se limita a um combustível específico, mas destina-se a cobrir um combustível que inclua, entre outros, gasolina, destilado médio, destilado pesado, combustível de embarcações, combustível marítimo, que possam conter hidrocarbonetos, oxigenados, biomassa e um ou mais de coaditivos, como fluido transportador de gasolina, desmulsificador, inibidor de corrosão, modificador de atrito, antiespumante, melhorador de combustão, melhorador de cetano, melhorador de lubrificação, melhoradores de fluxo destilado médio e aditivos de cera antissedimentação.
[044] O inventor demonstrou as vantagens discutidas acima da composição de aditivo de combustível da presente invenção por meio dos exemplos a seguir, que são para fins ilustrativos e não pretendem limitar o escopo da presente invenção.
Exemplos
[045] Como descrito acima, o aditivo comparativo da técnica anterior foi preparado por reação de etileno diamina (EDA), poli- isobutileno (PIB) fenol e formalina em uma razão molar de cerca de 1:2:2, em que o poli-isobutileno (PIB) fenol é preparado por reação de fenol e PIB reativo alto (HRPIB) conhecido e disponível comercialmente, com peso molecular de cerca de 950 Dalton. Verificou-se que o produto da reação obtido tinha um peso molecular de cerca de 3574 Dalton quando medido por cromatografia de permeação em gel (GPC).
[046] O aditivo da invenção foi obtido por reação de isoborneol e óxido de propileno em uma razão molar de cerca de 1:1,5 usando KOH como catalisador, em que o isoborneol usado tinha peso molecular de cerca de 154 quando medido por GPC, e o óxido de propileno tinha um peso molecular de cerca de 58 quando medido pelo GPC. Para obter este aditivo da invenção, reagiu-se cerca de 200 g (1,30 moles, 12,80% em peso) de isoborneol com cerca de 1157 g (19,94 moles, 73,98% em peso) de óxido de propileno, e o aditivo da invenção obtido apresentou peso molecular de 3009 Dalton quando medido por cromatografia de permeação em gel (GPC).
[047] O desempenho e a eficácia das composições de aditivo de gasolina foram avaliados pelo teste “Mercedes”, M102E (CEC-05-A- 93) e Teste Mercedes Benz M111 (CEC-F-20-98), teste de avaliação da limpeza do motor, medindo o desempenho do aditivo para controlar os depósitos da válvula de admissão (IVD) e controlar os depósitos da câmara de combustão (CCD) e compará-los com uma amostra em branco de combustível. O combustível usado nesses exemplos foi um combustível de gasolina (RF-02-03).
[048] Como discutido acima neste documento, com dosagem de cerca de 93 ppm, a composição aditiva comparativa da técnica anterior resultou na redução do IVD de 149 mg/v para teste em branco em 98 mg/v para o combustível tratado com a composição aditiva comparativa da técnica anterior e na redução do CCD de 6367 mg/motor para teste em branco para 5433 mg/motor para o combustível tratado com a composição aditiva comparativa da técnica anterior, indicando que não há melhoria em relação ao valor base com a composição aditiva comparativa da técnica anterior.
[049] Pelo contrário, apenas com uma dose de cerca de 20 ppm, a composição aditiva da invenção, surpreendente e inesperadamente, resultou na redução do IVD de 149 mg/v para teste em branco a 66 mg/v para o combustível tratado com a composição aditiva da invenção e na redução do CCD de 6367 mg/motor para teste em branco para 4126 mg/motor para o combustível tratado com a composição aditiva da invenção, indicando melhoria sobre o valor base com a composição aditiva da invenção.
[050] Da mesma forma, quando os testes foram conduzidos com o método de teste M111, apenas com dosagem de cerca de 20 ppm, a composição aditiva da invenção, de maneira surpreendente e inesperada, resultou na redução do IVD de 132 mg/v para teste em branco para 95 mg/v, e com uma dose de cerca de 60 ppm, a composição aditiva da invenção, surpreendente e inesperadamente, resultou na redução do IVD de 132 mg/v para teste em branco para 83 mg/v, e com dosagem de cerca de 100 ppm, a composição aditiva da invenção, de maneira surpreendente e inesperada, resultou na redução do IVD de 132 mg/v para teste em branco para 66 mg/v para o combustível tratado com a composição aditiva da invenção, indicando melhoria sobre o valor base com a composição aditiva da invenção.
[051] Por conseguinte, as vantagens técnicas surpreendentes e inesperadas da presente invenção foram demonstradas para controlar a formação de depósitos e reduzir os depósitos já formados no sistema e no motor de injeção de combustível ou no motor de combustão interna com redução aprimorada no IVD e no CCD.

Claims (5)

REIVINDICAÇÕES
1. COMPOSIÇÃO DE ADITIVO DE COMBUSTÍVEL
PARA CONTROLAR A FORMAÇÃO DE DEPÓSITOS E PARA REDUZIR OS
DEPÓSITOS JÁ FORMADOS NO SISTEMA E NO MOTOR DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL, OU EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, caracterizada pelo fato de compreender o derivado de óxido de (a) isoborneol ou (b) borneol; em que o derivado de óxido de (a) isoborneol ou de (b) borneol é um produto de reação de um composto de oxirano e isoborneol ou borneol; e em que o composto de oxirano é selecionado do grupo que compreende (i) óxido de etileno, (ii) óxido de propileno e (iii) óxido de butileno.
2. COMPOSIÇÃO DE ADITIVO DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o isoborneol ou o borneol reagir com o composto de oxirano em uma razão molar que varia entre 1:1 e 1:50.
3. COMPOSIÇÃO caracterizada pelo fato de compreender um combustível e a composição aditiva do combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2.
4. MÉTODO PARA CONTROLAR A FORMAÇÃO DE
DEPÓSITOS E PARA REDUZIR OS DEPÓSITOS JÁ FORMADOS EM UM SISTEMA E MOTOR DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL, OU EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, caracterizado pelo fato de compreender o tratamento do combustível com a composição de aditivo de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2.
5. MÉTODO PARA USAR UMA COMPOSIÇÃO DE
ADITIVO DE COMBUSTÍVEL PARA CONTROLAR A FORMAÇÃO DE
DEPÓSITOS E PARA REDUZIR OS DEPÓSITOS JÁ FORMADOS EM UM
SISTEMA E MOTOR DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL, OU EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, caracterizado pelo fato de compreender o tratamento do combustível com a composição de aditivo de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2.
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