CN102282240A - 用于汽油发动机的燃料组合物 - Google Patents

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Abstract

用于在高速下具有优良加速特征和优良燃料消耗的汽油发动机的燃料组合物。本发明的用于汽油发动机的燃料组合物满足下述条件：(1)研究辛烷值不小于99；(2)密度为0.750-0.770g/cm3；(3)馏出50vol％的蒸馏温度为95-102℃，馏出90vol％的蒸馏温度为160-180℃，和蒸馏终点为180-220℃；和(4)具有9个或更多碳原子的芳烃含量为15-25vol％，和茚满含量为0.5-3.0vol％。

Description

用于汽油发动机的燃料组合物
本发明涉及用于安装在汽车等中的汽油发动机和特别是对应于JIS标准(JIS K2202)的汽油No.1的汽油发动机的燃料组合物。
用于汽车中使用的汽油发动机中的燃料需要各种性能以改进车辆的驾驶性能和发动机的耐用性。为满足这些性能要求，要在考虑辛烷值和蒸馏特征的同时将几种共混组分一起共混和制备。但用于汽油发动机的燃料所需的性能随社会环境变化而变化，以致于无论何时出现新要求均要对可能应用这些要求的汽油发动机燃料组合物进行研究。
例如近年来，考虑到对环境的影响，需要降低汽油燃料的蒸汽压和苯含量。目的在于满足该要求的同时保持驾驶性能的汽油燃料组合物公开于日本特许公开专利说明书No.2003-277776和2006-63264中。
同时近年来，与发动机相关的技术已经在进步并且已经完成了宽的高速公路(所谓的汽车高速公路或高速道路)网络，使得汽车的驾驶环境也已经改变。与以前的驾驶条件相比，现在有许多需要改进在高速区域加速特征的情形。日本特许公开专利说明书No.2003-82367例如公开了含有特定酰胺化合物作为其主要组分以改进汽车的加速响应的燃料添加剂。
但公开于日本特许公开专利说明书No.2003-277776和2006-63264中的用于汽油发动机的燃料组合物尽管在主要的中低速下具有优良的加速性能，但仍然具有高速下的加速性能和燃料消耗问题。另外，在公开于日本特许公开专利说明书No.2003-82367中的燃料添加剂的情况下，很明显的是成本增加但燃料消耗仍然没有改进。此外还存在的问题是添加剂例如清净剂的加入量受限，这是由于它们的分子量高而使胶质增加。
因此，本发明的目的是提供用于汽油发动机的燃料组合物，该燃料组合物不含任何附加常规燃料添加剂，但在高速下具有优良的加速特性和优良的燃料消耗。
本发明的用于汽油发动机的燃料组合物满足下述条件：(1)研究辛烷值不小于99；(2)密度为0.750-0.770g/cm3；(3)馏出50vol％的蒸馏温度为95-102℃，馏出90vol％的蒸馏温度为160-180℃，和蒸馏终点为180-220℃；和(4)具有9个或更多碳原子的芳烃含量为15-25vol％，和茚满含量为0.5-3.0vol％。
本发明的用于汽油发动机的燃料组合物还可以包含4-10vol％的由流化催化裂化装置得到的蒸馏特征为160-230℃的馏分。
上述馏分还可以具有不少于80vol％的具有9个或更多碳原子的芳烃含量和不少于20vol％的茚满含量。茚满是指例如任选被至少一个官能团取代的2，3-二氢茚(茚满)，所述官能团是烃例如烷基，优选C1-C4烷基。
在本发明中，对与茚满相连的烷基中的碳数或者基团数目没有特别限制，但优选整个茚满分子中的碳原子数不超过12。如果碳原子数超过12，则得到的汽油发动机燃料的共混组分中的重质馏分将增加并且蒸馏终点将提高，这是不希望的。作为茚满的具体例子，可以提及2，3-二氢茚(茚满)、5-甲基茚满、4-甲基茚满、1，2-二甲基茚满、1，3-二甲基茚满、1，4-二甲基茚满、1，5-二甲基茚满、1，6-二甲基茚满、1，7-二甲基茚满、1，4，5-三甲基茚满、1，4，6-三甲基茚满、2，4，5-三甲基茚满和2，4，6-三甲基茚满。
对于本发明的用于汽油发动机的燃料组合物，可以在不需要加入任何附加燃料添加剂的情况下通过引入15-25vol％的具有不少于9个碳的芳烃和0.5-3.0vol％的茚满来改进高速下的加速特性和燃料消耗。如果具有不少于9个碳原子的芳烃含量和茚满含量少于上述范围，则将不能实现改进高速加速性能和燃料消耗的效果，因此优选尽可能增大可以保持汽油发动机燃料组合物的必要条件的范围。优选地，具有不少于9个碳原子的芳烃含量不少于18vol％，和茚满含量不少于1vol％。本发明的燃料组合物表现出改进的高速加速性能和燃料消耗。
本发明的用于汽油发动机的燃料组合物可以通过引入4-10vol％的由流化催化裂化装置得到的蒸馏特征为160-230℃的馏分和特别是具有9个或更多碳原子的芳烃含量不少于80vol％和茚满含量不少于20vol％的馏分作为共混组分而获得。蒸馏特征为160-230℃、具有9个或更多碳原子的芳烃含量不少于80vol％和茚满含量不少于20vol％的共混组分(下文中称为LLCO)可以通过进一步蒸馏对应于称为中间馏分的煤油馏分的轻质循环油(蒸馏特征不超过380℃，下文中称为LCO)获得。该LLCO具有至少93的高研究辛烷值(下文中为RON)，和还包含许多茚满。因此其可以改进高速下的加速性能，并且由于单位体积的热值比市售汽油燃料高至少11％，因此可以改进燃料消耗。另外，虽然包含许多重质芳烃，但与由具有类似蒸馏特性的重整油得到的馏分相比其几乎不含任何存在的胶质，这使得其具有不影响其它添加剂例如清净剂含量的优点。
另外，LCO迄今已经用作用于重质油“A”的共混组分，但由于其具有低的十六烷值，因此限制了其用于柴油发动机重质油“A”，因此在有效使用这些馏分时存在优点。
共混物中LLCO的比例可以适当地设在4-10vol％内，使得汽油发动机燃料组合物的特性将处于所希望的范围内，但如果其蒸馏特征比汽油发动机燃料组合物更重，则为了满足用于汽车汽油的JIS标准(JIS K2202)，必须特别限制共混物中的比例以使得馏出90vol％的蒸馏温度(T90)不超过180℃并且进一步蒸馏终点(EP)不超过220℃。还要求对作为汽车汽油发动机燃料的实际性能没有任何影响，考虑到这一点，优选的共混物比例为4-7vol％。
在LLCO通过普通LCO分馏获得的情况下，具有不少于9个碳原子的芳烃含量为约70-90vol％，和茚满含量为约15-25vol％。从高速加速性能和燃料消耗的观点出发，优选使LLCO的切割温度较高，但如果蒸馏终点超过230℃，则将有不希望的问题，这是因为所制得的用于汽油发动机的燃料组合物将过重或者可以共混加入的比例将受限。
本发明的用于汽油发动机的燃料组合物可以通过将4-10vol％的LLCO与普通汽油共混组分混合而制备。作为普通汽油共混组分的例子，可以提及以下这些。
“脱硫轻质石脑油”
这是通过由原油常压蒸馏装置得到的石脑油脱硫和然后通过蒸馏分离成低沸点馏分得到的共混组分。
“异构化汽油”
这是通过上述脱硫轻质石脑油异构化得到的共混组分。
“催化重整油”
这是通过以下方式得到的共混组分：由原油常压蒸馏装置得到的石脑油脱硫，和使用例如催化重整方法如铂重整将通过上述脱硫轻质石脑油蒸馏分离出来的剩余重质馏分重整。
“脱苯的轻质催化重整油”
这是通过蒸馏将上述催化重整油分离成沸点比苯低的馏分得到的共混组分。
“提余液馏分”
这是通过以下方式得到的共混组分：进一步蒸馏通过蒸馏由上述催化重整油分馏得到的为高沸点馏分形式的重质催化重整油，和采用通过从中分离含苯馏分作为剩余部分得到的馏分，其中通过使用例如溶剂如环丁砜从中提取和除去苯。
“具有7、8或9或更多碳原子的催化重整油”
这些是通过以下方式得到的共混组分：进一步蒸馏由上述催化重整油蒸馏分馏出的作为沸点比苯高的馏分形式得到的重质催化重整油，和分馏成主要包含具有7个碳的芳族物质、具有8个碳的芳族物质和具有9个或更多碳的芳族物质的馏分。
“催化裂化汽油”
这是通过催化裂化重质油得到的共混组分。
“热裂化汽油”
这是通过热裂化重质油得到的共混组分。
“轻质催化裂化汽油和脱硫重质催化裂化汽油”
这些是通过重质油催化裂化以将其分离成低沸点馏分和高沸点馏分得到的上述催化裂化汽油蒸馏得到的共混组分。在轻质馏分的情况下，共混组分是通过脱硫方法例如Merox方法处理恶臭气味的轻质硫化合物例如硫醇的结果。在重质馏分的情况下，共混组分是通过使用选择性脱硫方法例如Prime-G+除去硫组分同时确保由于烯烃加氢导致的辛烷值降低最小化的结果。
“轻质热裂化汽油和重质热裂化汽油”
这些是通过由重质油热裂化得到的上述热裂化汽油蒸馏分离成低沸点馏分和高沸点馏分得到的共混组分。
“烷基化物”
这是通过将作为副产物从催化裂化装置得到的低级烯烃加成(烷基化)成烃例如异丁烷得到的共混组分。
“丁烷/丁烯馏分”
这是通过将作为副产物从装置例如常压蒸馏装置、石脑油脱硫装置、催化重整装置或催化裂化装置得到的石油气精制得到的共混组分。
“含氧化合物如醇或醚”
对于醇可以具体提及例如甲醇、乙醇和丙醇。作为醚的例子，可以提及MTBE(甲基叔丁基醚)和ETBE(乙基叔丁基醚)。
按照适合于条件例如炼油厂的装置的构造来选择所使用的汽油共混组分的类型。对于所要混合的所有类型的共混组分均无要求。因此，未使用的任何类型的比例均为0vol％。另外，当通过LCO分馏得到的LLCO的硫含量高时，可以根据需要进行脱硫处理例如加氢精制或吸附脱硫。
实施例
将由催化裂化装置得到的LCO在蒸馏装置中进一步分离成轻质馏分和重质馏分。得到蒸馏特征为初始沸点至230℃的轻质馏分LLCO。通过将LLCO在市售优质汽油(PG)中共混而配混用于汽油发动机的燃料组合物。表1示出了LLCO的特征，和表2示出了包含LLCO的用于汽油发动机的燃料组合物(实施方案1和2及对比例1)的特征。表2还以对比例2的形式示出了用于配混的PG的特征。
示于表1和2中的性能的测量方法如下。
密度
根据JIS K 2249“原油和石油产品-密度测定和密度/质量/体积换算表”测量。
蒸馏特征
根据JIS K 2254“石油产品-蒸馏测试方法”测量。
辛烷值
根据JIS K 2280“石油产品-燃料油-辛烷值和十六烷值的测定和计算十六烷指数的方法”的用于确定研究辛烷值的方法测量。
组成/芳族物质
根据JIS K-2536-2“石油产品-用于确定组成的方法。部分2：通过气相色谱确定所有组分”测量。
总热值
根据JIS K 2279“原油和石油产品-用于确定热值的方法和通过计算估算的方法”测量。
燃料消耗
通过TRIAS测试方法利用底盘测控系统测量。测试以JCO8模式(热启动)在热空气中充分运行后进行。使用碳平衡方程由测试期间产生的废气量计算燃料消耗，和采用市售PG燃料作为基准，作为相对值表示燃料消耗改进率。
加速性能
以10km/h的间隔在70km/h至100km/h设置三个时间段，和在底盘测控系统上测量达到相应车速的时间。基于用于市售PG燃料的加速时间评价加速性能的改进或劣化。在表中，“相对于标准基础燃料的好的加速”表示为“O”(通过)，“相对于标准基础燃料的相同加速”表示为“相同”，和“相对于标准基础燃料的差的加速”表示为“X”(失败)。
表1
  LLCO
  RON   95.0
  密度   g/cm3   0.8626
  蒸馏
  IBP   ℃   166.5
  T10   ℃   178.0
  T30   ℃   183.5
  T50   ℃   189.0
  T70   ℃   195.0
  T90   ℃   202.5
  EP   ℃   225.0
  组成
  C9+芳族物质   Vol％   82.3
  全部茚满
  茚满(2，3-二氢茚)   Vol％   1.0
  甲基茚满   Vol％   5.3
  二甲基茚满   Vol％   10.3
  三甲基茚满   Vol％   4.2
  总计   Vol％   20.8
  总热值   J/cm3   39100
表2
  实施方案1   实施方案2   对比例1   对比例2
  PG   Vol％   93   96   85   100
  LLCO   Vol％   7   4   15
  RON   99.3   99.4   98.9   99.6
  密度   g/cm3   0.7597   0.7578   0.7708   0.7494
  蒸馏
  IBP   ℃   29.5   29.5   30.5   30.0
  T10   ℃   48.5   46.5   50.5   45.5
  T30   ℃   71.5   70.0   77.5   67.5
  T50   ℃   100.5   97.5   108.0   94.0
  T70   ℃   122.0   117.5   136.0   113.5
  T90   ℃   168.0   163.0   184.5   155.0
  EP   ℃   196.5   189.5   218.5   175.0
  组成
  CP+芳族物质   Vol％   20.1   18.1   25.4   15.4
  全部茚满
  茚满(2，3-二氢茚)   Vol％   0.3   0.2   0.3   0.2
  甲基茚满   Vol％   0.4   0.2   0.8   0.0
  二甲基茚满   Vol％   0.7   0.4   1.5   0.0
  三甲基茚满   Vol％   0.3   0.2   0.6   0.0
  总计   Vol％   1.7   1.0   3.2   0.2
  总热值   J/cm3   35580   35520   36000   35200
  燃料消耗   ％   1.3   1.1    -   基础
  加速性能   0   0    -   基础
如表2中所示，已经发现在含有比市售PG(对比例2)更大量的具有不少于9个碳原子的芳烃和更大量的茚满的实施方案1和2的情况下，尽管它们不含除市售PG中那些以外的任何附加添加剂，但高速(70-100km/h)下的加速性能和燃料消耗均得到改进。
另外，为了使配混的用于汽油发动机的燃料组合物满足汽油的JIS标准(JIS K 2202)，需要调节共混物比例以使T90不超过180℃并且EP不超过220℃，但如表2所示，已经发现包括15vol％LLCO的对比例1的馏出90vol％的蒸馏温度(T90)超出作为JIS K2202标准的180℃。另一方面，当共混物中LLCO的比例不超过10vol％时，对实际性能没有影响，和已经肯定的是可以配混满足JIS标准的用于汽油发动机的燃料组合物。此外，通过使共混物中LLCO的比例为7vol％，燃料消耗改进1.3％，另外还发现加速性能得到改进。

Claims (3)

1.用于汽油发动机的燃料组合物，特征在于所述燃料组合物满足下述条件(1)-(4)：
(1)研究辛烷值不小于99；
(2)密度为0.750-0.770g/cm3；
(3)馏出50vol％的蒸馏温度为95-102℃，馏出90vol％的蒸馏温度为160-180℃，和蒸馏终点为180-220℃；
(4)具有9个或更多碳原子的芳烃含量为15-25vol％，和茚满含量为0.5-3.0vol％。
2.权利要求1的用于汽油发动机的燃料组合物，特征在于它包含4-10vol％的由流化催化裂化装置得到的蒸馏特征为160-230℃的馏分。
3.权利要求2的用于汽油发动机的燃料组合物，特征在于所述馏分的具有9个或更多碳原子的芳烃含量不少于80vol％，和茚满含量不少于20vol％。
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