CN101423779A - 双功能燃料雾化和点火添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双功能燃料雾化和点火添加剂，具体地，本发明提供了改进燃料雾化和燃烧效率的方法和组合物，包含用于燃烧系统的燃料添加剂，其中将燃料在极高压力下喷射到燃烧区内。

Description

双功能燃料雾化和点火添加剂
技术领域
本发明涉及用于燃烧系统的燃料添加剂，其中将燃料在极高压力下喷射到燃烧区内。
背景技术
通过物理剪切力从分子中除去电子是众所周知的现象。燃料中，可以调整在芳环上具有释放电子的取代基的添加剂以降低或提高该环由于化学或物理扰动而失去电子的能力。当环上取代基的电子压力增加到一定水平时，该环容易在化学反应中失去电子且变得被氧化为游离基或者带正电的游离基、或者带正电的阳离子。当燃料为极高压力下离开喷嘴的燃料喷射的一部分时，也可以实现燃料分子的这种带电。由此，含有该添加剂的燃料由于在喷射时的高剪切力而更好地雾化，且另外汽化液滴将产生具有增强点火性能的根本上带电的蒸汽。
本申请公开了用于燃烧系统的双功能雾化和点火燃料添加剂的开发，其中将燃料在极高压力(高于1000巴、或14504psi)下喷射到燃烧区内。喷射的含添加剂的燃料组合物上的剪切力将从添加剂分子中除去电子，其进而在雾化燃料的表面赋予减稳电荷以提高雾化速率。由这种雾化和燃料喷射的气化获得的燃料蒸汽将带电，公知促进点火的状态。增强的雾化和点火将改进燃烧系统的效率，并降低废物水平。
发明内容
本文中给出的实施方式提供了一种燃料组合物，其包含(a)主要量的燃料和(b)次要量的添加剂组合物。该添加剂组合物可以包含至少一种含有芳环的燃料添加剂，该芳环具有：(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和(2)连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种。该燃料组合物中该至少一种燃料添加剂的存在量为约500ppm或更大。
一些实施方式中，该至少一种第二取代基在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环的碳原子。
一些实施方式中，该燃料组合物可以进一步包含至少一种含有芳环的第二燃料添加剂，该芳环具有：(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X-包括杂原子且其中R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和(2)在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种。一些实施方式中，该燃料组合物同时提供了增强的燃料雾化和增强的燃料点火。
一些实施方式中，该杂原子可以包括选自第14族元素、第15族元素、和第16族元素的至少一种成分。一些实施方式中，该杂原子可以包含选自氮和氧的至少一种元素。
一些实施方式中，R可以包括甲基、乙基、丙基、和异丙基中的至少一种。
一些实施方式中，该至少一种第二取代基可以包括具有高达约32个碳原子的烷基，其中该烷基包括直链或支链、和是饱和或不饱和的。一些实施方式中，该至少一种第二取代基可以包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、和戊基中的至少一种。
一些实施方式中，该芳环可以包括单环、多环、和杂环中的至少一种。一些实施方式中，该芳环可以包括苯、萘、和蒽中的至少一种。
一些实施方式中，该添加剂化合物可以包括选自2，4，6-三甲基-N-甲基苯胺、聚合的1，2-二氢-2，2，4-三甲基喹啉、2-甲基二氢吲哚、N，N’-二-仲丁基-p-苯二胺、甲基取代的苯、乙基取代的苯、丙基取代的苯、异丙基取代的苯、丁基取代的苯、和异丁基取代的苯中的至少一种成分。
一些实施方式中，该燃料组合物中该至少一种燃料添加剂的存在量可以为约4000ppm或更高。仍进一步实施方式中，该燃料组合物中该至少一种燃料添加剂的存在量可以为约5000ppm～约10000ppm。
另一实施方式中，一种改进燃料点火的方法，可以包括给燃烧系统提供燃料组合物，其中该燃料组合物包括燃料和至少一种燃料添加剂，其中，该至少一种燃料添加剂包含具有如下的芳环：(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构X-R，其中X包括杂原子且其中R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和(2)在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-或杂原子且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种。相对于无该至少一种燃料添加剂的燃料，该燃料组合物的燃料点火可以得以增强。
另一实施方式中，一种增强燃料雾化的方法，包括：(a)提供燃料组合物，其中该燃料组合物包括燃料和至少一种燃料添加剂，其中，该至少一种燃料添加剂包括具有如下的芳环：(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和(2)连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种；和(b)将该燃料组合物输送到燃烧系统的燃烧区，其中该燃料组合物到燃烧区的输送使该燃料组合物经受足以从该燃料添加剂中除去至少一个电子以提供所获燃料添加剂的剪切力。相对于无该至少一种燃料添加剂的燃料，该燃料组合物的燃料雾化可以得以增强。
一些实施方式中，该燃料组合物到燃烧区的输送是在大于约1000巴的压力下。一些实施方式中，该燃料组合物到燃烧区的输送是在大于约1500巴的压力下。其它实施方式中，该燃料组合物到燃烧区的输送是在大于约2000巴的压力下。仍进一步实施方式中，该压力范围为约1000～约2500巴。
一些实施方式中，已将所获燃料添加剂氧化。一些实施方式中，已将所获燃料添加剂氧化为游离基。其它实施方式中，已将所获燃料添加剂氧化为带正电的游离基。仍进一步实施方式中，已将所获燃料添加剂氧化为带正电的阳离子。
一些实施方式中，该燃烧系统的燃烧区选自内燃机、锅炉、熔炉、焚化炉、喷气发动机、和火箭发动机。
另一实施方式中，一种增强燃料点火的方法，可以包括在燃烧系统的燃烧区提供包含燃料添加剂的燃料组合物，其中该燃料添加剂降低了燃料MON和/或RON。
本文中使用的术语“辛烷值”表示在具有与所讨论燃料相同的抗震(即，耐自燃或抗爆炸)能力的异辛烷(2，2，4-三甲基戊烷，辛烷异构体)和正辛烷的混合物中异辛烷的体积百分比。
本文中使用的术语研究法辛烷值(RON)表示在低强度发动机操作下模拟的燃料性能。本文中使用的术语马达法辛烷值(MON)表示在高速或高负荷下可能发生的更严厉(相对于RON)发动机操作下模拟的燃烧性能。
两种值均是采用标准化单缸、可变压缩比发动机测量。对于RON和MON二者，在恒定速度(RPM)下操作发动机并提高压缩比直到开始爆震。对于RON发动机速度设定在600rpm，且对于MON发动机速度设定在900rpm。另外，对于MON，将燃料预热并采用可变点火正时来进一步施压于燃料的抗爆性。
本文中使用的短语“芳环”旨在包括具有离域电子的共轭平面环体系。本文中使用的“芳环”可以描述单环、多环、或杂环。另外“芳环”可以描述为连接但并非稠合的芳环。单环也可以描述为芳烃或芳族烃。单环的实例包括、但并非限定于，苯、环戊烯、和环戊二烯。多环也可以描述为聚芳族烃、多环芳族烃、或多核芳族烃。多环包括稠合芳环，其中单环共享连接键。多环的实例包括、但并非限定于，萘、蒽、并四苯、或并五苯。杂环也可以描述为杂芳烃。杂环可以含有非碳的环原子，其中该芳环的至少一个碳原子被杂原子取代，例如、但并非限定于，氧、氮、或硫。杂环的实例包括、但并非限定于，呋喃、吡啶、苯并呋喃、异苯并呋喃、吡咯、吲哚、异吲哚、噻吩、苯并噻吩、苯并[c]噻吩、咪唑、苯并咪唑、嘌呤、吡唑、吲唑、噁唑、苯并噁唑、异噁唑、苯并异噁唑、噻唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、吡嗪、喹喔啉、吖啶、嘧啶、喹唑啉、哒嗪、或噌啉。
将理解，前述一般性描述和下面的详细描述二者都仅是示例性和解释性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。
具体实施方式
燃料喷射压力总是在上升，特别是在柴油机中。必须改进雾化和与供气的混合。考虑到材料耐久性和燃料处理能量管理，喷射压力上升包括改进燃料输送系统。更高喷射压力导致更好的发动机效率和更低的排放、特别是颗粒物质。
依据本公开内容，通过调节芳环之中电子压力的两个参数、和添加剂分子中用于电荷离域的理想形状的破裂设计燃料添加剂的能力，获得了良好范围的操作以覆盖不同燃烧系统。
本申请公开了同时提供增强的燃料雾化和增强的燃料点火的单独功能和双功能的燃料添加剂组分。另外，本文中所述的燃料添加剂适用于压缩点火燃烧系统，其中将燃料在极高压力(高于约1000巴或者约14504psi)下喷射到燃烧区内。燃料组合物喷射时的剪切力从该燃料中的添加剂分子中除去电子，其反过来在雾化燃料液滴的表面上赋予减稳电荷以提高雾化速度。这种雾化中获得的燃料蒸汽带电，公知促进点火的状态。本文中提供的增强的雾化和点火改善了燃烧系统的效率，并降低了废物水平。
由此，本文中所述的实施方式可以应用于，例如，燃料喷射压力高于1000巴的压缩点火燃烧系统和/或装备有高压燃料喷射系统的用于工业和公用锅炉的大气压固定燃烧器系统。本文中所述的实施方式也可以应用于燃料喷射压力高于约1500巴(或者约22000psi)，或者作为另一实例，高于约2000巴(或者约29000psi)的压缩点火燃烧系统。作为另一实例，燃料喷射压力可以为约1000巴～约2500巴。
燃料雾化可以通过在燃料组合物中包括含有在芳环上含释放电子的取代基的芳环的添加剂得以增强。该取代基可以具有基本结构“-X-R”且可以通过碳原子或是杂原子连接在芳环上。X可以包括碳原子或是周期表第14族(例如，X＝碳、硅等)、第15族(例如，X＝氮、磷、砷等)、和第16族(例如，X＝氧、硫、硒等)的元素。当X为杂原子时，R可以为烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基等。另外R可以包括烷氧基如甲氧基或氨基。当X为碳原子时，R可以是烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、戊基等。另外，R可以具有高达约32个碳原子。R可以是直链或者支链且可以是饱和或不饱和的。核心芳环可以是单环如苯，多环，稠合环如萘和蒽，或者连接但并非稠合在一起的多个芳环。
除了上述芳环化合物之外，可以连接于芳环碳原子的其它适宜取代基可以包括-NR、-OR(例如，酚类)、-SR、-PR、-AsR、-SeR、-TeR、和-SbR，其中R可以为氢、烷基、芳基、取代的芳基、烷氧基、或氨基。R也可以环化回芳环且可以是例如相对于第一取代基在环的邻位连接于芳环。
取代基释放电子到芳环内导致环轨道扩大并变得更扩散。环电子可以在距离环碳核更远的位置在轨道中存在且，由此，与碳核的正电荷吸引更小。可以预期在这样情形下在轨道中存在的芳环电子更容易去掉，或是通过化学氧化或是通过物理剪切力如施加在高压下离开喷嘴的燃料喷射上的那些，进入供气中。对于燃料雾化，取代基可以位于芳环上任意位置。
对于燃料点火增强，连接于芳环碳原子的至少一个“-X-R”取代基的“-X”，可以为杂原子如N、O等。剩余的“-X-R”取代基可以在相对于杂原子取代基的邻位或是对位(参见表1)。点火增强性能可以通过在爆震发动机中试验该添加剂来实现。当由于该添加剂的辛烷变化为负时，那么该添加剂为点火增强剂。表1中阐述了这种试验的实例。导致在MON和在(RON+MON)/2方面最大负变化的添加剂化合物提供了增强的燃料点火。
一些实施方式中，本文中所述的燃料添加剂可以包括具有如上所述的电子-释放取代基的芳环，具有通过电子去除(electron striping)的雾化和通过大的负辛烷变化的点火增强的双重功能，其中使第一添加剂优化用于通过电子除去的雾化，和使第二添加剂优化用于燃料点火。实例为四异丁基苯和2-甲基二氢吲哚(2-methylindolene)的添加剂混合物，其中使前者优化用于雾化增强和使后者(表1中化合物7)优化用于点火增强。
本文中所述的适宜添加剂化合物的实例可以包括、但并非限定于，2，4，6-三甲基-N-甲基苯胺、聚合的1，2-二氢-2，2，4-三甲基喹啉、2-甲基二氢吲哚、N，N’-二-仲丁基-p-苯二胺、甲基取代的苯、乙基取代的苯、丙基取代的苯、异丙基取代的苯、丁基取代的苯、和异丁基取代的苯。
燃料组合物中该燃料添加剂的存在量可以为约500ppm或更大。作为另一实例，燃料组合物中该燃料添加剂的存在量可以为约4000ppm或更大。作为甚至另一实例，燃料组合物中该燃料添加剂的存在量可以为约5000ppm～约10000ppm。
另一实施方式中，可以将该燃料添加剂氧化。例如，可以将该燃料添加剂氧化为带正电的游离基或阳离子。
另一实施方式中，本公开内容提供了含有具备芳环体系的化合物的组合物，i)在环上具有电子-释放取代基，其在环上赋予足够电荷压力以导致环的p-轨道变得更大和更扩散，由此使这种负电荷在更大空间体积内展开并进一步远离所包含的带正电的原子核，和/或ii)具有限制或破坏环之外的电荷离域的特征，其可以通过与匹配的取代基p-轨道的共轭作用来发生。
燃料
本文中所述的燃料添加剂可以与一种或多种燃料和/或一种或多种基础油混合。适宜燃料可以包括任意已知的烃燃料或其混合物。适宜燃料可以包括一种或多种汽油、柴油燃料、中间馏分燃料、生物柴油燃料、醇(例如但并非限定于甲醇、乙醇、生物乙醇、生物丁醇)、航空燃料、喷气燃料、船用燃料、油舱燃料、燃烧器燃料、室内加热油(例如，第6号室内加热油)、气至液(GTL)基础油、第I类基础油、第II类基础油、第III类基础油、第IV类基础油、酯、植物油、及其混合物。
汽油
本公开内容的燃料组合物实施方式中使用的燃料可以包括适用作为内燃机的燃料的石油烃，例如汽油。该燃料典型地包括各种类型烃的混合物，包括直链和支链烷烃、烯烃、芳烃、和环烷烃，和适用于火花点火汽油发动机的其它液体烃质材料。
这些组合物以多种等级提供，如无铅和加铅汽油，且典型地通过传统精炼和共混工艺如直接蒸馏、热裂解、氢化裂解、催化裂解、和各种重整工艺由石油原油获得。汽油可以定义为初始沸点范围为约20～60℃且最终沸点范围为约150～230℃的液体烃或烃-氧化物的混合物，通过ASTM D86蒸馏法测量。汽油可以含有其它可燃物如醇，例如甲醇或乙醇。
用于配制本公开内容的燃料组合物的可燃燃料可以包括适合用于直喷汽油发动机的操作的任意可燃燃料，如加铅或无铅动力汽油，和所谓的新配方汽油，其典型地含有汽油沸程范围的烃和可溶于燃料的氧化共混试剂(“氧化物”)如醇、醚、和其它适宜的含氧有机化合物二者。优选地，该燃料为汽油沸程范围内沸腾的烃的混合物。这种燃料可以由直链或支链烷烃、环烷烃、烯烃、芳烃、或者这些的任意混合物组成。汽油可以由直馏汽油(straight run naptha)、聚合物汽油、天然汽油获得，或者由沸程范围为约80～450℉的催化重整原料获得。汽油的辛烷水平并非关键且本发明实施中可以采用任意传统汽油。
适合用于本发明的含氧物(oxygenate)包括甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、混合的C1-C5醇、甲基叔丁基醚、叔戊基甲基醚、乙基叔丁基醚和混合醚。氧化物使用时，通常在基础燃料中的存在量低于约30％体积，且优选用量为提供整个燃料中氧含量范围为约0.5～约5％体积。
载液/稀释剂
一些实施方式中，添加剂或添加剂包可以与液体载体或引入助剂使用。适宜载液可以包括本文中定义的任意基础油。其它适宜的载液可以是各种类型的，例如液体聚α-烯烃低聚物、矿物油、液体聚(氧亚烷基)化合物、液体醇或多元醇、聚烯烃、液体酯、和类似载液。可以采用两种或多种该载体的混合物。
其它添加剂
本文中所述的添加剂组合物可以进一步包含选自下列的至少一种成分：防冰添加剂、抗爆添加剂、抗氧剂、抗静电添加剂、抗阀座退回添加剂、抗磨剂、杀菌剂、载液、十六烷值增进剂、燃烧促进剂、传导改进剂、缓蚀剂、消雾剂、破乳剂、清洁剂、分散剂、减阻剂、燃料、乳化剂、消泡剂、燃料稳定剂、喷射器沉积物控制添加剂、润滑添加剂、标记或消费者-特定的“标签”、金属钝化剂、辛烷值增进剂、倾点下降剂、除臭剂、密封膨胀添加剂、表面活性剂、蜡防沉添加剂(“WASA”)，及其混合物。
燃烧促进剂
适宜燃烧促进剂可以包括一种或多种锰化合物、二茂铁、铂、铈、二氧化铈等。例如，有用的锰化合物的非限定性实例为烷基环烷基二烯基三羰基锰，如甲基环戊二烯基三羰基锰。其通常以约0.0156～约0.125g锰/每加仑燃料的处理比率加入。
环戊二烯基三羰基锰化合物如甲基环戊二烯基三羰基锰为适宜的燃烧促进剂，由于它们降低尾管排放如NOx和烟雾形成前体与显著改进汽油(传统品种和“新配方”类型二者)的辛烷品质的突出能力。
缓蚀剂
各种材料可用于用作本文中公开的实施方式实施时的缓蚀剂。由此，可以使用二聚体和三聚体酸，如由妥尔油脂肪酸、油酸、亚油酸等制得的那些。另一适用于本发明实施的有用类型的缓蚀剂为链烯基琥珀酸和链烯基琥珀酸酐缓蚀剂，例如，四丙烯基琥珀酸、四丙烯基琥珀酸酐、十四烯基琥珀酸、十四烯基琥珀酸酐、十六烯基琥珀酸、十六烯基琥珀酸酐等。链烯基中具有8～24个碳原子的链烯基琥珀酸与醇如聚甘醇的半酯也适用。其它适宜材料为氨基琥珀酸或其衍生物，如四链烯基琥珀酸。
破乳剂
多种破乳剂可以适合在本文中公开的实施方式中使用，包括，例如，聚氧亚烷基二醇、氧基烷基化酚醛树脂、和类似材料。
清洁剂
含金属或灰分形成清洁剂同时起到减少或除去沉积物的清洁剂和酸中和剂或缓蚀剂两种作用，由此减少了磨损、沉积物和腐蚀并且对于发动机燃烧燃料配方延长了发动机寿命。清洁剂通常包括具有长疏水性尾部的极性头，其中寄极性头包括酸性有机化合物的金属盐。该盐可以含有实质上化学计量量的金属，此时它们通常被描述为常态或中性盐，且典型地具有0～小于150的全部碱值或TBN(通过ASTM D2896测量)。可以通过使过量金属化合物如氧化物或氢氧化物与酸性气体如二氧化碳反应而包含大量的金属碱。获得的高碱性清洁剂包括环绕在无机金属碱(例如，水合碳酸盐)核周围的中和清洁剂的胶束。该高碱性清洁剂可以具有150或更大的TBN，且典型地范围为250～450或更高。
用于一些实施方式的适宜清洁剂可以包括一种或多种Mannich碱清洁剂、聚醚胺、PIB-胺、琥珀酰亚胺、及其组合。
摩擦改性剂和润滑添加剂
对于一些应用，可以期望地在制备最终燃料配方时使用一种或多种摩擦改性剂(也称作润滑添加剂)。适宜润滑添加剂包括诸如脂肪族脂肪酸酰胺、脂肪族羧酸、脂肪族羧酸酯、脂肪族羧酸酯-酰胺、脂肪族胺、或其混合物的化合物。脂肪族基团典型地含有至少约8个碳原子，以使得赋予该化合物适宜燃料可溶性。通过使一种或多种脂肪族琥珀酸或酸酐与氨反应形成的脂肪族取代的琥珀酰亚胺也是适宜的。
润滑添加剂的使用是任选的且取决于燃料的固有润滑性。但是，在使用摩擦改性剂的应用中，最终燃料配方可以含有高达约1.25wt％、且通常为约0.05～约1wt％的一种或多种摩擦改性剂。
抑制剂
一些实施方式中，本文中所述的最终燃料组合物可以含有一些抑制剂。抑制剂组分起到不同功能，包括腐蚀抑制和泡沫抑制。抑制剂可以以预先形成的添加剂包引入，该添加剂包可以另外含有最终燃料组合物中使用的一种或多种其它组分。替换地，这些抑制剂组分可以单独地或者以各种次组合引入。虽然抑制剂的用量可以在合理限度内变化，但是本公开内容的最终燃料组合物典型地具有范围为约0～约15wt％的总抑制剂含量，基于“活性成分”(即，排除通常与其相关的惰性材料如溶剂或稀释剂的重量)。
下列实施例进一步阐述了本公开内容的各个方面，但并非限定本公开内容。
实施例
采用辛烷发动机测量来表征芳族燃料添加剂化合物的环上电子释放基团的冲击。由此，测量在经受适当环境模拟时环保持或失去电子的能力。具体地，发现研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)二者随添加剂保持和/或吸引电子的能力增加而增加，且二者随添加剂中电子丧失的容易而增加。在基于芳胺的添加剂的情形下，发现芳环上由于电子释放基团的电子压力最初提高了电子化合物保持和/或吸引电子的能力。这点在RON和MON方面增加的正变化中得以反应，其中RON变化为这种特性的更大征兆(参见下面表1)。发现在芳胺的对位和胺氮位置的取代基促进了这种行为。发现间位-取代效率更低且邻位取代最小。这点在表1中显示，添加剂2号(邻位-)和3号(对位-)。表1还含有证实了能够赋予芳环更高电子压力的取代基，即，环上的甲氧基-vs甲基-取代基(参见添加剂3、和4)，提高了芳环保持电子的能力的数据。
表1采用辛烷测量来确定芳环保持或失去电子的能力
Figure A200810173127D00151
*
Figure A200810173127D0015160221QIETU
 TMQ，可从Chemtura获得，为聚合的1，2-二氢-2，2，4-三甲基喹啉。
** 4720，可从Afton Chemical Corporation获得，为N，N’-二叔丁基-p-苯二胺。
***“Δ”符号表示由于基础燃料中添加剂的存在导致的辛烷值变化。
但是更加令人吃惊的是，通过提高芳环上电子释放取代基的数目进一步增加芳环上的电子压力，和/或通过在最大数目原子之上的扩大离域降低芳环分散环电荷的能力，使这种行为转变。表1中添加剂5号的RON和MON结果证实了该转变点。进一步，当添加剂5号中的甲基取代基依次替换为甲氧基时，RON和MON二者与变化同步降低，但是，其中MON为跟踪这种行为的更大征兆的参数。如表1中所示增加的负Δ-MON为添加剂失去电子的能力的测量，其为本公开内容的关键特征。芳环的π-轨道变得更大和更扩散，由此使π-电子能够停留在离环原子的带正电核更远的位置。电子的自由度越大，电子越容易从添加剂分子中除去。可以通过化学和/或物理方式非常容易地将这种状态下的芳族分子氧化(即，除去电子)。
添加剂6号喹啉衍生物和添加剂7号二氢吲哚衍生物的结果表明，通过相对于芳环限制胺氮原子几何形状的自由度破坏分子中电子的广泛离域，也可以导致增加的负Δ-MON。喹啉特征将胺氮限定在六元环中且二氢吲哚限定胺氮在五元环中。当环大小从6元降低到5元时，Δ-MON也从-1.1(对于Naugalube
Figure A200810173127D0015160252QIETU
 TMQ)降低到-1.4(对于二氢吲哚)。这是因为胺氮从使其p-轨道定位平行于苯环的6个p-轨道(有利于π-电子的最大离域的构型)中被限制。
表1中结果证实，对于能够通过喷射剪切力电子除去促进燃料雾化以及通过使燃料蒸汽预先带电增强点火的双重功能的有机添加剂化合物，其必须显示在辛烷发动机中大的负Δ-MON。这点可以通过在具有电子释放取代基的芳环上提高电子压力超过一定点、和/或通过破坏芳环上环电子到取代基的任意扩大离域得以实现。
可以在高于约1000巴的压力下离开喷嘴的燃料喷射周围形成引起电荷层化的物理剪切力。目前高级柴油机在约1000～约2000巴(约14504psi～约29008psi)之间的燃料喷射压力下操作，其中正开发出达到约2500巴(约36260psi)。
本公开内容的实施方式利用了对于燃料喷射压力的进一步提高的趋势，以开发这种高喷射压力产生的强大剪切力，以从设计为在辛烷发动机中显示大的负Δ-MON的添加剂分子中除去电子。
考虑到本文中公开的说明和实践，本发明的其它实施方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。整个说明书和权利要求书中使用的“一个(a)”和/或“一个(an)”可以表示一个或一个以上。除非相反地指出，表示说明书和权利要求书中使用的成分数量，性能如分子量、百分比、比例、反应条件等等的所有数值，在所有情形下都将理解为由术语“约”来修饰。由此，除非相反地指出，说明书和权利要求书中给出的数字参数为近似值，其可以依据设法通过本发明获得的期望的性能变化。最低限度，且并非尝试限制等价原则在权利要求书范围内的应用，每种数字参数应当至少依据所报道的有效数的数字并通过采用常规舍入法来构成。尽管给出本发明的宽范围的数字范围和参数为近似值，具体实施例中给出的数字值仍尽可能精确地报道。但是，任意数字值本身含有它们各自试验测量中发现的标准偏差中必然产生的一定误差。该说明书和实施例应认为仅是示意性的，本发明的真实范围和精神由随后权利要求书来表示。

Claims (7)

1、一种燃料组合物，包含：
(a)主要量的燃料，和
(b)次要量的添加剂组合物，其包含至少一种含有芳环的燃料添加剂，该芳环具有：
(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和
(2)连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，
其中该燃料组合物中该至少一种燃料添加剂的存在量为约500ppm或更大。
2、权利要求1的燃料组合物，其中该至少一种第二取代基在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环的碳原子。
3、权利要求1的燃料组合物，其进一步包含至少一种含有芳环的第二燃料添加剂，该芳环具有：
(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X-包括杂原子且其中R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和
(2)在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种。
4、一种增强燃料点火的方法，包括：
给燃烧系统提供燃料组合物，其中该燃料组合物包括燃料和至少一种燃料添加剂，
其中，该至少一种燃料添加剂包含具有如下的芳环：
(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构X-R，其中X包括杂原子且其中R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和
(2)在相对于第一取代基的邻位和/或对位连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包含结构-X-R，其中-X-包括-CH2-或杂原子且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种；
其中，相对于无该至少一种燃料添加剂的燃料，该燃料组合物的燃料点火得以增强。
5、一种增强燃料雾化的方法，包括：
(a)提供燃料组合物，其中该燃料组合物包括燃料和至少一种燃料添加剂，
其中，该至少一种燃料添加剂包括具有如下的芳环：
(1)连接于芳环碳原子的第一取代基，其中该第一取代基包含结构-X-R，其中-X包括-CH2-和杂原子中的至少一种且其中-R包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种，和
(2)连接于芳环碳原子的至少一种第二取代基，其中该至少一种第二取代基包括烷基、烷氧基、和氨基中的至少一种；和
(b)将该燃料组合物输送到燃烧系统的燃烧区，其中该燃料组合物到燃烧区的输送使该燃料组合物经受足以从该燃料添加剂中除去至少一个电子以提供所获燃料添加剂的剪切力；
其中，相对于无该至少一种燃料添加剂的燃料，该燃料组合物的燃料雾化得以增强。
6、权利要求5的方法，其中该燃料组合物到燃烧区的输送是在大于约1000巴的压力下。
7、一种增强燃料点火的方法，包括在燃烧系统的燃烧区提供包含燃料添加剂的燃料组合物，其中该燃料添加剂降低了燃料MON和/或RON。
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