BRPI0906991B1 - Uso de uma combinação de etanol e água - Google Patents

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Description

(54) Título: USO DE UMA COMBINAÇÃO DE ETANOL E ÁGUA (51) Int.CI.: C10L 1/10; C10L 1/12; C10L 1/18; C10L 10/02; C10L 10/08; C10L 1/02 (30) Prioridade Unionista: 01/02/2008 EP 08150972.1 (73) Titular(es): SHE BLENDS HOLDING B.V.
(72) Inventor(es): HANS KEUKEN; HENDRIK CORNELIS DE JAGER / 7 “USO DE UMA COMBINAÇÃO DE ETANOL E ÁGUA” [0001] Esta invenção se refere a aperfeiçoamentos nos combustíveis de motores para motores de combustão interna e, mais particularmente, a aperfeiçoamentos em relação a, de um lado, emissões a partir destes motores e, por outro lado, para melhorar a limpeza do interior destes motores. Mais especificamente, esta invenção refere-se aos aperfeiçoamentos ambientais em relação ao uso de composições de combustível para motores à base de misturas de combustíveis de gasolina e etanol.
[0002] O uso de misturas de etanol - gasolina como combustível para motores está aumentando muito no presente período, especialmente tendo em vista os estoques decrescentes de petróleo e a necessidade de reduzir as emissões de dióxido de carbono. Nesta área existe uma necessidade de melhorar a eficiência do uso destas misturas e mais particularmente reduzir a poluição causada pelo seu uso. Isto se aplica, por um lado, às emissões de vários gases nocivos e de efeito estufa e, por outro lado, a situação no interior do motor de combustão interna. O aperfeiçoamento no interior do motor e, em particular, na limpeza do mesmo, tem um efeito positivo sobre a emissão de gases nocivos e de efeito estufa, ou seja, uma diminuição dos mesmos.
[0003] Uma das possibilidades de melhorar as emissões é por controle cuidadoso do motor. Ao adaptar o modo como o motor e a injeção de combustível são controlados, certa diminuição das emissões pode ser obtida. No entanto, em vista dos aspectos ambientais, qualquer eventual redução adicional é vantajosa.
[0004] Em WO 97/18279 o uso de estruturas microscópicas de água cristalina é descrito para melhorar a queima de combustíveis fósseis. O efeito da água é o resultado de uma condição especial, ou seja, uma estrutura especial, denominada água estruturada, que provoca uma interação com hidrocarbonetos através de dipolos induzidos, e que leva a características melhoradas de combustão. Um esforço considerável é necessário para fabricar
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 19/79 água estruturada.
[0005] A patente US 4398921 descreve o uso de um aditivo detergente na gasolina, misturas de etanol, também contendo um pouco de água. O teste descrito no exemplo deste documento mostra que o efeito sobre os depósitos é causado pelo detergente reivindicado, adicionado com o objetivo deste efeito (col. 15, 55-60).
[0006] GB-A 2.421.028 é dirigida a um combustível que contém óleo de rícino a 0,5-8%. Este componente não é um constituinte regular da gasolina, nem de qualquer outra fração de óleo mineral. O documento não esclarece se as emissões diminuídas de NOx e menor consumo de combustível estão relacionados com a presença deste componente ou o uso de etanol ou água. Além disso, as conclusões são explicitamente dirigidas para motores de 2 tempos, enquanto os motores de carros a gasolina são exclusivamente de 4 tempos.
[0007] DE-A 38 35 348 refere-se a um aditivo de combustível compreendendo pelo menos quatro componentes, ou seja, água, etanol, heptano e iso-butanol.
[0008] É um objeto da presente invenção melhorar a carga ambiental causada pelo uso de motores de combustão interna.
[0009] A invenção, em seu sentido mais amplo, é baseada em que o uso adicional de água em misturas etanol gasolina aumenta a eficiência de combustível, reduz as emissões de gases nocivos e de efeito estufa e mantém o interior do motor mais limpo do que sem o uso de água.
[00010] A invenção é dirigida ao uso de uma combinação de etanol e água em uma quantidade de água entre 1 e 10 % em peso, com base no peso do etanol, combustível para motor à base de gasolina para manter o ambiente interno e externo dos motores de combustão interna mais limpo do que quando usando a gasolina ou misturas etanol-gasolina, tendo a mesma relação etanol-gasolina.
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 20/79 [00011] Na área dos combustíveis para motor etanol gasolina, o produto é geralmente definido como Ex, em que x representa a porcentagem em volume de etanol na mistura. E15, por exemplo, assim refere-se a uma mistura contendo 15% em volume de etanol e E85 contém 85% em volume. As diferenças entre a base de peso e base de volume são pequenas. [00012] A invenção é aplicável a todas as variações nas misturas, ou seja, de E1 a E95, mas é preferível na área onde a quantidade de água é tal que o líquido mantém uma especificação ‘límpida e brilhante', o que significa que o combustível não tem uma camada de líquido separada. Tais misturas foram descritas em WO 2006-137725.
[00013] As faixas preferidas de etanol estão entre 1 e 95 % em peso do combustível do motor. Dentro destas faixas, são mais preferidas as entre 10 e 40 % em peso, respectivamente, 10 e 30 % em peso, bem como entre 60 e 95 % em peso.
[00014] A invenção resulta em uma diminuição da emissão de vários gases, incluindo, mas não limitados ao dióxido de carbono, NOx, formaldeído, acetaldeído, poli- hidrocarbonetos oxi- e nitro- aromáticos, e semelhantes. Além disso, a invenção resulta em uma melhor quilometragem (km/1) e um melhor desempenho do motor, incluindo manter as partes internas do motor mais limpas do que sem o uso de água.
[00015] A invenção não se baseia no uso de estruturas de água z
específicas, como água cristalina. Água simples (não-estruturada ou amorfa) é usada aqui. Nem a invenção é baseada no efeito do óleo de rícino, ou o uso de alcanos superiores, como descrito nas referências acima. O efeito do uso pode ser apenas contribuir para o uso de uma combinação de etanol e água em uma quantidade de água entre 1 e 10 % em peso, com base no peso do etanol, em combustível para motor à base de gasolina.
[00016] Como indicado acima, a invenção é preferivelmente aplicada na área das composições, onde o combustível para motor está em uma fase
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 21/79 ou, pelo menos, não contém uma camada separada de líquido.
[00017] É amplamente conhecido que a gasolina e água não se misturam. Isto significa que a água, quando adicionada à gasolina, forma uma fase separada de líquido que contém praticamente toda a água e uma quantidade muito pequena de gasolina, e é geralmente chamada de “fase água. A outra fase, a “fase gasolina” contém uma quantidade muito pequena de água. A fase água tem propriedades físicas que são totalmente diferentes da fase gasolina. A densidade da fase água sob condições ambientes é tipicamente 1000 kg/m3, enquanto que a densidade da fase gasolina é tipicamente 700 kg/m3. A tensão interfacial entre a fase água e a fase gasolina é tipicamente 0,055 N / m. Isto significa que gotículas da fase água na fase gasolina têm uma forte tendência a coalescer. Além disso, a diferença de densidade leva a um rápido desprendimento das duas fases líquidas em uma camada inferior de água e uma camada superior de gasolina. A presença de uma camada de água separada é geralmente conhecida como sendo prejudicial para sistemas de armazenamento e distribuição de combustíveis, caminhõestanque de transporte de combustível, sistemas de injeção de combustível e sistemas relacionados.
[00018] Gasolina e etanol anidro são miscíveis em qualquer razão, ou seja, eles podem ser misturados sem a ocorrência de uma fase de líquido separada. Quando certa quantidade de água está presente, no entanto, uma camada de líquido separada irá ocorrer. A quantidade máxima de água que não causa o aparecimento de uma camada de líquido separada será conhecida aqui como a “tolerância a água. A ocorrência de uma fase de líquido separada em gasool é percebida como sendo prejudicial mesmo que o comportamento de fase de misturas de gasolina - etanol - água seja totalmente diferente das misturas gasolina - água.
[00019] A Figura 1 mostra um diagrama de fase líquido-líquido ternário. Apesar da gasolina ser uma mistura de múltiplos componentes, as
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 22/79 porcentagens em peso de todos os constituintes da gasolina foram compostas e, assim, a mistura água - etanol - gasolina pode ser considerada como uma mistura ternária, ou seja, uma mistura de três componentes. Todos os dados do diagrama referem-se aos equilíbrios de fase a 20oC.
[00020] No diagrama ternário duas curvas são desenhadas, denominadas “curva A e curva B. A curva A corre a partir do ângulo da água do diagrama ternário para o ponto denotado como ponto crítico (plait point). Curva B corre a partir do ângulo de gasolina do diagrama ternário para o ponto crítico de enlace. A área no diagrama de fase abaixo curva A e curva B é a região de dois líquidos. A composição da mistura que cai nesta região produz duas fases líquidas. A composição das fases coexistentes de líquido é representada pelos vértices da assim chamadas linhas de amarração. Seis exemplos de tais linhas de amarração são mostrados na figura 1 e marcados linha 1 a linha 6. A quantidade de cada uma das duas fases de líquido pode ser determinada a partir das linhas de amarração pela regra da alavanca, que é conhecida do versado em diagramas de fase. O ponto marcado como ponto crítico representa a composição, onde o comprimento da linha de amarração é zero. Deve ser notado que a composição da fração de gasolina nas fases de líquido coexistentes será diferente, até certo ponto. A localização exata das curvas A e B e as inclinações das linhas de amarração dependem da composição da gasolina. Com esta composição, a localização do ponto crítico é a seguinte: 29,5 por cento em peso de etanol, 0,6 por cento em peso de água e 69,9 por cento em peso de gasolina.
[00021] A partir do diagrama de fases pode ser aprendido que o etanol tem uma forte tendência a permanecer na segunda fase de líquido. Em concentrações baixas de etanol, que são representadas pela região próxima a gasolina - lado água do diagrama de fases, praticamente todas as composições se encontram na região de dois líquidos, e a segunda fase de líquido é rica em água e, consequentemente, é caracterizada como fase água”. Nessa região as
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 23/79 propriedades físicas das fases coexistentes são muito diferentes e eles irão se desprender prontamente em uma fase água inferior e uma fase gasolina superior. Em baixas concentrações de água, que são representadas pela região próxima do lado gasolina - etanol do diagrama de fases, o comportamento de fase depende fortemente da concentração de etanol. Perto do ponto crítico, a composição das duas fases de líquido será bastante semelhante e, como um resultado das propriedades físicas destas fases, será semelhante. Movimentando-se a partir do ponto crítico na direção do ângulo da água do diagrama ternário, o mais longe do ponto crítico, maior será a diferença entre as propriedades físicas das fases de líquido coexistentes.
[00022] A similaridade na composição e propriedades físicas irá evitar que um sistema de fase de dois líquidos se torne uma mistura visivelmente não homogênea. Referida similaridade na composição e propriedades físicas torna o sistema apropriado para combustível com especificação límpido e brilhante”.
[00023] O combustível usado na presente invenção pode ser produzido de várias formas, a forma preferida é a simples mistura da gasolina com etanol hidratado. Outras possibilidades são a mistura dos componentes em separado, gasolina, etanol (anidro) e água ou de outras combinações, como a gasolina umedecida com etanol, para produzir a composição requerida.
[00024] Em vista da estabilidade da composição, prefere-se adicionar a gasolina à mistura água etanol. Verificou-se, de modo surpreendente, que este modo de produção leva a uma composição mais estável e utilizável.
[00025] A expressão etanol anidro se refere ao etanol isento de água. Na prática industrial, a especificação européia para o teor máximo de água de z
etanol anidro é tipicamente 0,1-0,3 por cento em peso. Álcool desidratado” é sinônimo de álcool anidro.
[00026] A expressão etanol hidratado refere-se a uma mistura de etanol e água. Na prática industrial, etanol hidratado contém tipicamente 4-5
Petição 870170051397, de 21/07/2017, pág. 24/79 por cento em peso de água. “Etanol hidratado é sinônimo de etanol hidratado. [00027] A expressão “gasolina” refere-se a uma mistura de hidrocarbonetos com ebulição na faixa aproximada de 40 oC a 200 oC e que pode ser usada como combustível para motores de combustão interna. A gasolina pode conter substâncias de natureza diversa, que são adicionadas em quantidades relativamente pequenas, para servir a um propósito particular, como MTBE ou ETBE para aumentar a octanagem, ou álcool isobutílico (IBA) e álcool butílico terciário (TBA) para promover a estabilidade de fase. [00028] A invenção é ainda agora elucidada com base nos seguintes exemplos, mostrando o efeito da água sobre a redução das emissões por motores de combustão interna.
EXEMPLO [00029] Em testes com gasolina que contém 15% em volume de etanol anidro, isto é, etanol, que contém não mais do que 0,3% em peso de água, o consumo de combustível aumentou em 5% (devido ao menor teor de energia do etanol).
[00030] Em testes similares com o etanol, que continha 4 % em peso de água, o consumo de combustível diminuiu no máximo em 2%.
[00031] O consumo de combustível no caso da presença adicional de água foi, portanto, substancialmente menor (acima de três por cento) do que com o etanol anidro, em todas as condições de direção testadas.
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Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Uso de uma combinação de etanol e água em uma quantidade de água entre 1 e 10 % em peso com base no peso do etanol, em um combustível para motor à base de gasolina, caracterizado pelo fato de:
    a quantidade de etanol estar entre 1 e 95 % em peso do combustível do motor, o uso compreender manter o interior de um motor mais limpo do que quando usando gasolina ou misturas de etanol-gasolina, tendo a mesma razão etanol-gasolina, o uso ainda compreender diminuir emissões a partir do motor quando comparado a gasolina ou misturas de etanol-gasolina tendo a mesma razão etanol-gasolina, e o uso ainda compreender melhorar a quilometragem.
  2. 2. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de etanol está entre 10 e 40 % em peso, preferivelmente entre 10 e 30 % em peso.
  3. 3. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de etanol está entre 60 e 95 % em peso.
  4. 4. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a referida combinação de água e etanol diminui a emissão no escapamento de hidrocarbonetos.
  5. 5. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a referida combinação de água e etanol diminui a emissão no escapamento de aldeídos.
  6. 6. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a referida combinação de água e etanol diminui a emissão no escapamento de compostos oxi- e nitro- poli-aromáticos.
    Petição 870180012117, de 15/02/2018, pág. 19/20
    2 / 2
  7. 7. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos com ebulição na faixa de 40 oC a 200 oC.
  8. 8. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o combustível está em uma fase.
    Petição 870180012117, de 15/02/2018, pág. 20/20
    1/1
    ETANOL
    GASOLINA 80%
    60%
    40%
    20%
    Etanol por centagem em peso
    Água porcentagem em peso
    Ponto crítico fi/ /
    20% /ζΖ
    AGUA
    Gasolina porcentagem em peso
    FIGURA 1
BRPI0906991-7A 2008-02-01 2009-01-30 Uso de uma combinação de etanol e água BRPI0906991B1 (pt)

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