BR112020013412A2 - método para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, e, uso de uma composição de gasolina para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta. - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um método para reduzir emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, em que o método compreende abastecer o motor com uma composição de gasolina, em que a composição de gasolina compreende um combustível de base de hidrocarboneto compreendendo não mais de 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbonos, com base no combustível de base, um T90 de até 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta.
[002] Há uma preocupação crescente com os efeitos ambientais das emissões de partículas dos motores de ignição por faísca, principalmente dos motores de ignição por faísca de injeção direta. Isso resultou em uma demanda crescente por veículos a motor que operam com emissões reduzidas de partículas.
[003] Os combustíveis de hidrocarbonetos atuais desenvolvidos para motores a combustão de ignição por faísca podem não ser otimizados ou benéficos para os motores de ignição por faísca por injeção direta, principalmente quando se trata de níveis de emissões de partículas. Seria, portanto, desejável encontrar maneiras de reduzir as emissões de partículas da operação de um motor de ignição por faísca de injeção direta.
[004] O documento WO2004/113476 divulga composições de gasolina que atendem a certos parâmetros cujo uso como combustível em um motor de ignição por faísca resulta em melhor estabilidade do lubrificante da caixa de manivela do motor. No entanto, neste documento não há menção ao uso de tal combustível para fornecer emissões reduzidas de partículas em um motor de ignição por faísca de injeção direta.
[005] De acordo com a presente invenção, é proporcionado um método para reduzir as emissões de partículas a partir de um motor de ignição por faísca de injeção direta, em que o método compreende abastecer o motor com uma composição de gasolina, em que a composição de gasolina compreende um combustível de base de hidrocarboneto compreendendo não mais de 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono, com base no combustível de base, um T90 de até 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC.
[006] De acordo com a presente invenção, é ainda fornecido um uso de uma composição de gasolina para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, em que a composição da gasolina compreende um combustível de base de hidrocarboneto compreendendo não mais de 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono, com base no combustível de base, um T90 inferior a 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC.
[007] Surpreendentemente, verificou-se que, ao selecionar uma composição de gasolina que atenda a certos parâmetros, as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta são reduzidas.
[008] Acredita-se que o baixo teor de aromáticos C9+, junto a um T90 menor que 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC, sejam parâmetros-chave na obtenção de emissões de partículas reduzidas a partir de motores de combustão interna de ignição por faísca de injeção direta alimentados por composições de gasolina da presente invenção.
[009] “Não superior a 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono" significa que o combustível de base de hidrocarboneto contém quantidades de aromáticos com 9 átomos de carbono ou mais, respectivamente na faixa de O a 5% em v, com base no combustível de base.
[0010] Os usos e métodos da presente invenção podem ser utilizados para alcançar qualquer grau de redução das emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, incluindo redução a zero (isto é,
emissões de partículas). Isso pode ser usado com o objetivo de atingir um nível-alvo desejado de emissões de partículas. O método e o uso do presente documento atingem, de preferência, uma redução de 5% ou mais nas emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, mais preferencialmente uma redução de 10% ou mais nas emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, ainda mais preferencialmente uma redução de 15% ou mais nas emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta e, especialmente, uma redução de 30% ou mais de um motor de ignição por faísca de injeção direta, em comparação com o uso de uma composição de combustível a gasolina com um ponto de ebulição final superior a 190ºC, um T90 de 150ºC ou mais e compreendendo mais de 5% em v de aromáticos com 9 átomos de carbono ou mais.
[0011] Qualquer método adequado para medir as emissões de partículas pelos motores de ignição por faísca de injeção direta pode ser utilizado no presente documento. Um exemplo de um método adequado para medir as emissões de partículas pode ser encontrado no seguinte documento SAE: SAE 2010-01-2115, publicado em 25 de outubro de 2010, que mede a redução de emissões de partículas por uma diminuição no índice de PM da composição de gasolina. As composições de gasolina adequadas para uso na presente invenção têm preferencialmente um índice de PM conforme medido de acordo com o método de teste divulgado no documento SAE 2010-01- 2115 de 1,0 ou menos, mais preferencialmente 0,95 ou menos, ainda mais preferencialmente 0,9 ou menos.
[0012] Gasolinas contêm misturas de hidrocarbonetos, em que as faixas de ebulição e as curvas de destilação ideais da mesma variam de acordo com o clima e estação do ano. Os hidrocarbonetos em uma gasolina como definido acima podem convenientemente ser derivados de maneira conhecida a partir de gasolina de destilação direta, misturas de hidrocarbonetos aromáticos produzidos sinteticamente, hidrocarbonetos craqueados térmica ou cataliticamente, frações de petróleo hidrocraqueadas ou hidrocarbonetos reformados cataliticamente e misturas destes. Os oxigenados (de origem fóssil ou de origem biológica) podem ser incorporados em gasolinas, e incluem álcoois (como metanol, etanol, isopropanol, terc-butanol e isobutanol) e éteres, de preferência éteres contendo 5 ou mais átomos de carbono por molécula, por exemplo éter metil-terc-butílico (MTBE) ou éter etil-terc-butílico (ETBE). A quantidade de oxigenados presentes na composição do combustível depende da especificação de combustível prevalecente para as espécies de oxigênio. Por exemplo, a especificação EN228 define um teor máximo de oxigênio de 3,73% de oxigênio em massa e, portanto, o nível de teor de oxigênio precisa ser ajustado para atender a isso.
[0013] É preferível evitar a inclusão de terc-butanol ou MTBE. Por conseguinte, as composições de gasolina preferenciais da presente invenção contêm O a 10% em volume de pelo menos um oxigenado selecionado a partir de metanol, etanol, isopropanol e isobutanol.
[0014] A modelagem teórica sugeriu que a inclusão de etanol nas composições de gasolina da presente invenção melhorará ainda mais a estabilidade do lubrificante do motor, particularmente sob condições mais frias de operação do motor. Por conseguinte, é preferencial que as composições de gasolina da presente invenção contenham até 10% em volume de etanol, preferencialmente 2 a 10% em v, mais preferencialmente 4 a 10% em v, por exemplo, 5 a 10% em v de etanol.
[0015] Outros produtos oxigenados que podem ser incluídos nas composições de gasolina na presente invenção incluem carbonato de dietila (DEC), que é feito cataliticamente a partir de etanol e de CO;,, ésteres tais como acetato de etila e cetona, tais como metil-etil-cetona.
[0016] Os oxigenados podem ajudar a reduzir as emissões de PN por meios químicos.
[0017] As composições de gasolina de acordo com a presente invenção são vantajosamente isentas de chumbo (sem chumbo), e isso pode ser exigido por lei — Quando permitido, compostos antidetonantes sem chumbo e/ou compostos protetores de recessão da sede da válvula (por exemplo, sais de potássio conhecidos, sais de sódio ou compostos de fósforo) podem estar presentes.
[0018] O nível de octanagem pode ser definido por RON, MON ou pelo índice antidetonante (Aki) (RON+MON)/2). Se RON for especificado, geralmente será maior que 92. Se o índice antidetonante for especificado, geralmente estará acima de 85.
[0019] As gasolinas modernas são inerentemente combustíveis com baixo teor de enxofre, por exemplo, contendo menos de 200 ppm/p de enxofre, de preferência não superior a 50 ppm/p de enxofre.
[0020] Os combustíveis de base de hidrocarbonetos, conforme definido acima, podem ser convenientemente preparados de maneira conhecida, misturando-se fluxos de hidrocarbonetos adequados, por exemplo, de refinaria, a fim de se atender aos parâmetros definidos, como será facilmente entendido pelos especialistas na técnica. O teor de olefina pode ser aumentado pela inclusão de fluxos de refinaria ricos em olefinas e/ou pela adição de componentes sintéticos, como o di-isobutileno, em qualquer proporção relativa.
[0021] O di-isobutileno, também conhecido como 2,4,4-trimetil-1- penteno (Sigma-Aldrich Fine Chemicals), é normalmente uma mistura de isômeros (2,4 ,4-trimetil-lI-penteno e 2,4 4-trimetil-2-penteno) preparado por aquecimento do extrato de ácido sulfúrico de isobutileno a partir de um processo de separação de isômero de buteno a cerca de 90 ºC. Conforme descrito em Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 4º ed. Vol. 4, página 725, o rendimento é tipicamente 90%, de uma mistura de 80%
de dímeros e 20% de trímeros.
[0022] As composições de gasolina, conforme definido acima, podem incluir, de várias formas, um ou mais aditivos, como antioxidantes, inibidores de corrosão, detergentes sem cinzas, agentes antiturbidez, corantes, melhoradores de lubrificação e fluidos transportadores de óleo sintético ou mineral. Exemplos de tais aditivos adequados são descritos de forma geral nas Patentes nº US 5.855.629 e DE-A-19955651.
[0023] Os “componentes aditivos podem ser adicionados separadamente à gasolina ou podem ser misturados com um ou mais diluentes, formando um concentrado aditivo e adicionados juntos ao combustível de base.
[0024] Uma composição de gasolina preferencial para uso no método da presente invenção compreende um ou mais antioxidantes, a fim de se melhorar a estabilidade oxidativa da composição de gasolina. Qualquer aditivo antioxidante que seja adequado para uso em uma composição de gasolina pode ser usado aqui. Um antioxidante preferencial para uso aqui é um fenol impedido, por exemplo BHT (hidroxitolueno butilado). É preferencial que a composição da gasolina compreenda de 10 ppm/p em peso a 100 ppm/p em peso de antioxidante.
[0025] Componentes de alta octanagem não oxigenados que podem ser de origem biológica e adequados para uso aqui incluem iso-butilenos ou iso-octenos, iso-octano, triptano e iso-pentenos. Esses compostos de alta octanagem não oxigenados ajudam a reduzir as emissões de PN através da otimização da ignição e da combustão.
[0026] As composições de gasolina preferenciais usadas no método da presente invenção têm uma ou mais das seguintes características:- (DD o combustível de base de hidrocarboneto contém pelo menos 10% em v de olefinas, (11) o combustível de base de hidrocarboneto contém pelo menos
12% em v de olefinas,
(111) o combustível de base de hidrocarbonetos contém pelo menos 13% em v de olefinas,
(1v) o combustível de base de hidrocarboneto contém até 20% em v de olefinas,
(v) o combustível de base de hidrocarboneto contém até 18% em v olefinas,
(vi) o combustível de base tem um ponto de ebulição inicial (IBP) de pelo menos 28 ºC,
(vii) o combustível de base tem um IBP de pelo menos 30 ºC,
(viii) o combustível de base tem um IBP de até 42 ºC,
(1x) o combustível de base tem um IBP de até 40 ºC,
(x) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 42 ºC,
(xi) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 45 ºC,
(xii) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 46 ºC,
(ii) o combustível de base tem um T10 de até 58 ºC,
(xiv) o combustível de base tem um T10 de até 57 ºC,
(Xv) o combustível de base tem um T10 de até 56 ºC,
(xvi) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 80 ºC,
(xvil) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 82 ºC,
(xvili) o combustível de base tem um T10 de pelo menos 83 ºC,
(Xix) o combustível de base tem um T10 de até 105 ºC,
(XX) o combustível de base tem um T10 de até 104 ºC,
(xxi) o combustível de base tem um T10 de até 103 ºC,
(xxii) o combustível de base tem um T90 de pelo menos 135ºC,
(xxili) o combustível de base tem um T90 de pelo menos 140 ºC,
(xxiv) —ocombustívelde base tem T90 de pelo menos 142 ºC,
(xxv) o combustível de base tem T90 de até 150 ºC,
(xxvi) o combustível de base tem T90 de até 145 ºC,
(xxvii) o combustível de base tem T90 de até 143 ºC, (xxviil) o combustível de base tem FBP não superior a 190 ºC, (xxix) —ocombustívelde base tem FBP não superior a 185 ºC, (XXX) o combustível de base tem FBP não superior a 180 ºC, (xxxi) o combustível de base tem FBP não superior a 175 ºC, (xxxii) o combustível de base tem um FBP não superior a 172 ºC, (xXxxiil)º o combustível de base tem um FBP de pelo menos 165 ºC, e (xxxiv) ocombustívelde base tem um FBP de pelo menos 168 ºC.
[0027] Exemplos de combinações preferenciais das características acima incluem (1) e (iv); (11) e (v); (li) e (v); (vi), (viii), (x), (xi), (XVi), (Xix), (xxii), (xxv) e (xxix); (Vil), (ix), (xi), (xiv), (XVil), (XxX), (XXI), (XXV) e (XXX); e (vii), (ix), (xii), (XV), (XVII, (XxXi), (XxXiv), (XXVI), (XXXI) e (XXXIV).
[0028] O uso da composição de gasolina aqui descrita pode oferecer um dentre vários benefícios, além de reduzir as emissões de partículas em um motor de ignição por faísca de injeção direta. Esses benefícios incluem frequência reduzida de trocas de óleo, desgaste reduzido do motor, por exemplo, desgaste do rolamento do motor, desgaste dos componentes do motor (por exemplo, desgaste da árvore de cames e da manivela do pistão), desempenho aprimorado da aceleração, maior potência máxima e/ou economia de combustível aprimorada.
[0029] A invenção será entendida a partir dos seguintes exemplos ilustrativos, nos quais, a menos que seja indicado o contrário, as temperaturas estão em graus Celsius e as partes, porcentagens e razões estão em volume. Os especialistas na técnica observarão prontamente que os Vários combustíveis foram preparados de maneira conhecida a partir de correntes conhecidas de refinaria e são, portanto, facilmente reproduzíveis a partir de um conhecimento dos parâmetros de composição dados.
[0030] Nos exemplos, os testes de emissão de material particulado nas composições de gasolina nos motores de ignição por faísca de injeção direta alimentados por combustíveis de teste foram realizados com o uso do procedimento a seguir.
[0031] As composições de combustível dos Exemplos 1 a 4 são mostradas na Tabela 2 abaixo. Cada um deles é preparado a partir do combustível de base de gasolina com as propriedades estabelecidas na Tabela 1 abaixo e, para cada exemplo, a % em v de aromáticos pesados (aromáticos com pelo menos 10 átomos de carbono) é ajustada de modo a conter uma quantidade de aromáticos pesados (C9+), conforme especificado na Tabela 2 abaixo. Assim, o Exemplo | contém 0% em v de aromáticos pesados, o Exemplo 2 contém 4% em v de aromáticos pesados, o Exemplo 3 contém 8% em v de aromáticos pesados e o Exemplo 4 contém 12% em v de aromáticos pesados. TABELA 1 (PROPRIEDADES DO COMBUSTÍVEL DE BASE) Aki CRON+MON)/2) laromáticos CI (Mem) [aromáticos Cla (em)
[0032] As composições de combustível na Tabela 2 são submetidas ao teste de emissão de material particulado descrito no documento SAE 2010-01- 2115 para medir seu índice PN. Os resultados são mostrados na Tabela 2 abaixo. TABELA 2
CO) 50 (O) 100,1 102,5 106,11 109,90 90 (ºC) 134,7 148,52 153,88 152,9 189,6 211,72 68,58 64,42 96,51 97,12 83,08 83,49 Aki 89,8 89,8 90,3 [Sensibilidade 13,9 13,4 13,6 Parafinas (% em v) 44,9 42,66 40,81 |Olefinas (% em v) 19,31 18,48 omáticos (% em v) 32,50 33,07 35,86 38,63 índice PM 0,75 1,08 1,315 omáticos C9 (% em v) o 5,98 8,44 omáticos C10 (% em v) | o | o70 | 125 | 230 | omáticos C11 (% em v) o | omáticos C12 (% em v) fo 0,77 1,24 [Aromáticos C9+ (% em v) [| o | 400 | 800 | 1158
[0033] Como pode ser visto a partir dos resultados na Tabela 2 acima, as composições de gasolina com um combustível de base de hidrocarboneto que compreende não mais do que 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono, com base no combustível de base, um T90 de menos de 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC, proporcionam uma maior redução nas emissões de partículas (medida por uma diminuição no Índice de PM).
Claims (11)
1. Método para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende abastecer o motor com uma composição de gasolina, em que a composição de gasolina compreende um combustível de base de hidrocarboneto compreendendo não mais de 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono, com base no combustível de base, um T90 até 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustível de base de hidrocarboneto tem um ponto de ebulição final não superior a 180ºC.
3. Método de acordo com a reivindicação | ou 2, caracterizado pelo fato de que a redução das emissões de partículas é medida por uma diminuição no índice de PM (Technical Paper SAE 2010-01-2115) da composição de gasolina.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição da gasolina tem um índice de PM de 1,0 ou menos.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a composição da gasolina contém O a 10% em v de pelo menos um oxigenado selecionado a partir de metanol, etanol, isopropanol e isobutanol, dietilcarbonato.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o combustível de base de hidrocarboneto contém 10 a 20% em v de olefinas.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o combustível de base de hidrocarboneto contém 12 a 18% em v de olefinas.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
7, caracterizado pelo fato de que o combustível de base de hidrocarboneto não contém mais de 5% em v de olefinas de pelo menos 10 átomos de carbono, com base no combustível de base.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o combustível de base tem ponto de ebulição inicial situado na faixa de 30 a 40ºC, T10 na faixa de 45 a 57ºC, T50 na faixa de 82 a 104ºC, T90 na faixa de 140 a 150ºC.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a composição de combustível compreende um ou mais antioxidantes.
11. Uso de uma composição de gasolina para reduzir as emissões de partículas de um motor de ignição por faísca de injeção direta caracterizado pelo fato de que a composição da gasolina compreende um combustível de base de hidrocarboneto que compreende não mais de 5% em v de aromáticos de pelo menos 9 átomos de carbono, com base no combustível de base, um T90 até 150ºC e um ponto de ebulição final não superior a 190ºC.
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