CN1032184A - 燃料油添加剂 - Google Patents

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Abstract

适于加入燃料油,如蜡含量为5~10%(重量) (在浊点10℃下)馏出燃料油的添加剂。它含有一种 由(A)每分子有20~45碳原子的石蜡和(B)一种流 动改进剂组成的熔融混合物。(B)的例子有(1)乙烯 和乙烯基酯的共聚物,(2)富马酸酯和乙烯基酯的共 聚物,(3)二元羧酸或酸酐的胺盐,酰胺或半胺盐半酰 胺。用本发明的较小片或块等形状的添加剂,与已有 添加剂相比可减少分配方面的问题。以前的添加剂 均以溶剂的溶液形式使用,需用桶运输。

Description

本发明涉及了燃料油添加剂和含该添加剂的燃料油。
燃料油及其它馏出石油燃料(如柴油机燃料)含正链烷烃蜡,而这种蜡在低温下易以大结晶物的形式沉淀,生成胶状物,使燃料油失去其流动性。燃料油仍能流动的最低温度一般被称为倾点。当燃料油的温度达到或低于倾点时,燃料油则不能自由流动,造成通过管线和泵输送燃料油方面的困难。例如这类困难发生在当由重力或在泵压下从一个贮罐向另一个贮管转送油,或当向燃烧器中送油的时候。此外,从溶液中析出的蜡晶体也会堵塞燃料管线,筛网和过滤器。人们已经充分认识了上述问题。因此,已经提出了各种用于降低燃料油倾点的添加剂。这类倾点下降剂的一个功能是改变从燃料油中沉淀出来的结晶的性质,由此减弱蜡晶体变成凝胶的倾向。小结晶是合乎需要的,这样沉淀的蜡就不会堵住在燃料运输,贮存和分配油的设备中使用的细筛网。因此,人们不仅要求得到低倾点(流动点)的燃料油,也要求得到将其形成小蜡晶体的油。这样在低操作温度下,滤器的堵塞对的流动将不产生不利影响。
向正链石蜡的含量(由含量分析方法或DSC方法测量)高达5%的(在低于浊点10℃的温度下)的馏出物中添加流动改进剂(大部分为主要含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的物质)能够实现有效的蜡晶改性(采用CFPP法(低温滤器堵塞点法)和其它适应性试验以及低温天气底盘测力计,并通过明显的现场使用性能来测定]。在这些馏出物中添加剂的响应性通常由调节这些馏出物的ASTM    D-86蒸馏特性而得到促进(使“终沸点-90%”增加20℃以上;使“90-20%”馏程增至大于100℃,终沸点(FBP)大于355℃]。
但是当处理高蜡含量的馏出物时,上述方法并不能奏效。象在远东得到的那些馏出物,尽管其大部分蒸馏特性(例如“终沸点-90%”蒸馏和“90-20%”馏程)都相似,却有高得多的蜡含量(5%至10%)。并且这些蒸馏物的C数分布,特别是C22以上范围的C数分布也不同。
我们发现,通过向高蜡含量的蒸馏燃料中加入一种添加剂混合物能够改善其流动性。这种添加剂与以前提出的添加剂相比有非常多的优点。
根据本发明,适于加入燃料油的添加剂含有(A)一种每分子含20至45个碳原子的石蜡和(B)一种流动改进剂的熔融混合物。
本发明的添加剂可以较小的片状或块状等形式使用,而以前使用的添加剂一律以添加剂与溶剂形成的溶液形式使用,运输时需要液体桶。与这些以前使用的添加剂相比,使用本发明添加剂可以减少许多输送分配方面的问题。我们还发现,在石蜡(A)和另一种过去常用做流动改进剂的组分(B)之间存在协同作用。
该熔融混合物的组分(A)是一种每分子含20至45个碳原子的石蜡。实际上,组分(A)几乎不可避免地含有不同链长的链烷烃混合物。这种烷烃混合物最好是一种正烷烃或是正烷烃类的混合物。支链烷烃也可以使用。合适的石蜡每分子含25至35个碳原子。做为组分(A)的典型石蜡有下列组成:
%(重量)    烷烃
0.028 C20
0.245 C21
1.309 C22
3.750 C23
7.118 C24
8.730 C25
9.996 C26
8.847 C27
8.083 C28
6.769 C29
5.703 C30
4.343 C31
3.533 C32
2.520 C33
1.788 C34
1.093 C35
0.655 C36
0.361 C37
0.190 C38
0.078 C39
0.044 C40
烃含量由气液相色谱(GLC)测定。
组分(B)是一种流动改进剂。该流动改进剂最好是这样一种添加剂,当将它加入到柴油或燃料油中的浓度为0.01~0.3%(重量)时,在无此添加剂就不可能实现的温度下,它与结晶蜡发生相应作用,使燃料流动或通过过滤器。适于测定流动改进的试验方法是CFPP,慢速冷却过滤性试验(如PCT),“倾点”、车辆操作情况和晶体尺寸测量等。典型的情况是,用低温过滤堵塞点试验(CFPPT)测定含0.01~0.3%(重量)流动改进剂的燃料时,这种流动改进剂造成至少1℃,一般是几度的△CFPPT(℃)。此外,加入流动改进剂经常产生出比在基础燃料中观察到还小的结晶,因此使这种处理过的燃料能够通过比未处理燃料所通过的更细的筛目(例如过滤器的PCT范围),至少细1号(mesh)。一般讲,用流动改进剂处理的燃料(改进剂含量为0.01~0.3%(重量)能通过至少60目的过滤器。
低温过滤堵塞点试验(CFPPT)的详细内容如下:
本试验按照“石油学院杂志”(Journal    of    the    Institute    of    Petroleum,Vol.52,No.510,1966年6月,pp.173-185)详细描述的程序进行。简言之,用保持在约-34℃下的浴冷却40ml待测的油样品。定时(从大于浊点2℃开始,至少每降1摄氏度)测试该冷却油在一段时间内流过细筛网的能力。测定这项低温性能使用一个带有吸量管的装置。吸量管的下端连接一个倒放的漏斗,该漏斗位于待测油面之下。漏斗口盖着一块面积约为0.45平方吋的350目筛网。每次定时试验开始都是从吸量管的上端抽真空,然后油通过筛网进入吸量管,升至标明20ml油的刻度。每降1度温度,重复一次上述试验,一直做到油不能充满吸量管(失败)至标明20ml油的刻度。每降1度温度重复一次上述试验,直到油不能在60秒内充满吸量管(失败)。试验结果用△CFPPT(℃)表示,△CFPPT是未处理的燃料的失败温度(CFPPC0)与用流动改进剂处理的燃料的失败温度(CFPP1)之差值,即△CFPP=CFPP0-CFPP1
过滤性试验如下:
在这项慢冷却试验中,300ml燃料样品以已知冷却速度(1℃/小时)冷却至目标温度,一般比燃料的石蜡出现点温度约低10℃。通过在500mmHg真空下,测定200ml燃料在10秒内经过最小的过滤器筛目来测量处理过的燃料的过滤性。一系列不同目规格的过滤器都是可行的,它们的数值如下。
微米    750    500    375    300    200    150    125    100    75    60    45
(公称)
目规格    20    30    40    50    80    100    120    150    200    250    350
筛号    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11
适应性增加
120目(筛号7)开始表明好的适应性。
倾点试验类似于CFPP,其中燃料样品被迅速冷却。此试验中,用一系列不同温度的浴冷却约45ml的燃料样品。每隔3℃监测样品的流动性,至样品90℃倾斜5秒仍观察不到流动为止,比无流动出现的温度高3℃时的温度被记为样品的倾点。
实际过程中,流动改进剂(B)可以是下面的一种:
(ⅰ)乙烯与某些其它共聚单体,如乙烯基酯,丙烯酸酯,甲基丙烯酸酯,x-烯烃,苯乙烯等的线性共聚物;
(ⅱ)梳型共聚物,即带有C10-30烷基支链的聚合物;
(ⅲ)从氧化乙烯得到的线性聚合物,如聚乙二醇酯和其氨基衍生物。
(ⅳ)单体化合物,如多元羧酸(如柠檬酸)的胺盐和酰胺。
制备线性共聚物(ⅰ)并且可以与乙烯共聚的不饱和共聚单体包括具有下式的不饱和单酯和双酯:
其中R2是氢或甲基;R1是-OOCR4基或烃基,其中R4是氢或C1至C28,一般为C1至C17,最好是C1至C8的直链或支链烷基,或者R1是-COOR4基,R4如前述定义,但不是氢;R3是氢或上面定义的-COOR4。其中R1和R3是氢且R2是-OOCR4的单体包括C1至C29的一般为C1至C28的一元羧酸,最好为C2至C5的一元羧酸的乙烯基醇酯。可以与乙烯共聚的乙烯基酯的例子包括醋酸乙烯酯,丙酸乙烯酯和丁酸乙烯酯或异丁酸乙烯酯,其中醋酸乙烯酯较好。我们优选的是含20%~40%(重量)乙烯基酯的共聚物,含25%~35%(重量)的乙烯基酯则更好。也可以使用两种共聚物的混合物,如美国专利3961916中描述的混合物。
其它线性共聚物(ⅰ)由具有下式的共聚单体得到:
CHR5=CR6X式中R5是H或烷基,R6是H或甲基,X是-COOR7或烃基,R7是烷基。这种单体包括丙烯酸酯,CH2=COOR7,甲基丙烯酸酯,CH2=CMe COOR7,苯乙烯CH2=CH·C6H5和烯烃CHR5=CR6R8,R8是烷基。R7较好是C1至C28,一般为C1至C17,更好是C1至C8的直链或支链烷基。在烯烃中R5和R6较好是氢,R8较好是C1至C20的烷基。因此合适的烯烃是丙烯,己烯-1,辛烯-1,十二碳烯-1和十四碳烯-1。
对这种类型的共聚物,尽管可以使用较高含量的乙烯,如80%(重量)的乙烯-丙烯共聚物,但是乙烯含量为50~65%(重量)较好。
这些共聚物的数均分子量(用气相渗透压法测定)宜为1000至6000,最好是1000至3000。
尤其适用的线性共聚物类流动改进剂(ⅰ)为乙烯与一种乙烯基酯的共聚物。
所述的乙烯基酯可以是诸如每个分子含有1至20个碳原子的一元羧酸的乙烯基酯。例如乙酸乙烯酯,丙酸乙烯酯和丁酸乙烯酯。但是最好的是乙酸乙烯酯。
乙烯与乙烯基酯的共聚物中通常含有3至40(摩尔份数)的乙烯(相应于每摩尔份数的乙烯基酯),含3至20份乙烯更好。该共聚物的数均分子量为1000至50,000,且以在1,500至5,000之间为佳。可用冰点降低法或气相渗透压法测定分子量。例如可以用310A型Mechrolab气相渗透压力仪进行测定。
其它尤其适用的线性共聚物型流动改进剂为(ⅰ)富马酸酯和乙烯基酯的共聚物。所述的富马酸酯既可以是单酯又可以是双酯,且尤以烷基酯为好。该烷基或各烷基可含6至30个碳原子,最好是10至20个碳原子。以单一的酯或酯的混合物形式存在的C14-C18烷基单酯或双酯尤其适用。一般说来,双烷基酯优于单酯。
适于与富马酸酯共聚的乙烯基酯是在前面论述乙烯/乙烯基酯共聚物时提到的那些。醋酸乙烯酯尤其适用。
富马酸酯与乙烯基酯共聚的摩尔比例宜为1.5∶1至1∶1.5,例如大约1∶1。这些共聚物的数均分子量通常为1000至100,000(例如用Mechrolab气相渗透压力仪、按气相渗透压测定法测定)。
其中
A为氢、甲基(Me)或CH2CO2R′(R′为C10-C22烷基);
B为CO2R′或R″(R″为C10-C30烷基)、Ph R′(Ph为苯基));
D为氢或CO2R′;
E为氢或甲基、CH2CO2R′;
F为OCOR″′(R″′为C1-C22烷基)、CO2R′、Ph、R′或Ph R′;
G为氢或CO2R′;
n为一个整数。
一般讲,这类聚合物包括富马酸双烷基酯与醋酸乙烯基酯的共聚物(例如富马酸双十四烷基酯与醋酸乙烯基酯的共聚物)、苯乙烯与马来酸双烷基酯的共聚物(例如苯乙烯与马来酸双十六烷基酯的共聚物)、富马酸双烷基酯的聚合物(例如聚(富马酸双十八烷基酯))、x-烯烃与马来酸双烷基酯的共聚物(例如十四碳烯与马来酸双十六烷基酯的共聚物)、衣康酸双烷基酯与醋酸乙烯基酯的共聚物(例如衣康酸双十六烷基酯与醋酸乙烯基酯的共聚物)、聚(甲基丙烯酸正烷基酯)(例如聚(甲基丙烯酸十四烷基酯))、聚(丙烯酸正烷基酯)(例如聚丙烯酸十四烷基酯))、聚链烯烃(例如聚(十八碳烯-1))等等。
由环氧乙烷衍生的线形聚合物(ⅱ)包括聚氧化亚烷基酯、醚、酯/醚、酰胺/酯以及它们的混合物,其中尤以那些聚氧化亚烷基二醇链段的分子量为100至5,000(最好为200至5,000)中含有至少一个(最好至少两个)C10-C30直链饱和烷基的为佳。该聚氧化亚烷基二醇中的亚烷基含有1-4个碳原子。欧洲专利申请公开文本0,061,985 A2介绍了几种这类添加剂。
较理想的酯、醚或酯/醚可用下式表示:
R-O-(A)-O-R′
其中R和R′可以相同,亦可以不相同,它们各自可以是:
ⅰ)正烷基,
ⅱ)正烷基-CO-
ⅲ)正烷基-O-CO-(CH2n-
ⅰc)正烷基-O-CO-(CH2n-CO-。
其中的烷基是直链的且是饱和的,它含有10至30个碳原子。上式中A代表二醇的聚氧化亚烷基链段,其中亚烷基含1至4个碳原子。A的例子有聚氧化亚甲基、聚氧化亚乙基和聚氧化三亚甲基,它们基本上是线形的。带有低级烷基侧链的某种程度的支化也是可接受的(如聚氧化亚丙二醇中的支化),然而二醇最好还是基本上线形的。
适用的二醇一般是分子量为大约100至5000、最好大约200至2000的基本上线型的聚乙二醇(PEG)和聚丙二醇(PPG)。二醇的酯类较好。宜使用含10至30个碳原子的脂肪酸与二醇反应,以生成酯类添加剂。在脂肪酸中,C18-C24脂肪酸,尤其是二十二烷酸最好。这种酯类也可以通过聚乙氧化的脂肪酸或聚乙氧化的醇的酯化来获得。
作为流动改进剂的单体化合物(ⅳ)的例子包括二元羧酸或三元羧酸或者其酸酐的胺盐、单酰胺或双酰胺、或者半酰胺半胺盐、较好的是酸是芳香族酸,如二元羧酸、苯二甲酸和2,3-萘二甲酸。可用的还有脂肪酸,如马来酸、烷基或链烯基琥珀酸。三元羧酸的例子之一是柠檬酸。
胺盐或半胺盐可由伯胺、仲胺或叔胺衍生得到,而酰胺则只能自伯胺或仲胺衍生得到。胺类宜为脂肪族胺类且为仲胺,尤其是分子式为,R1R2NH的脂肪族仲胺。R1和R2可以相同或不相同,它们宜含有至少10个碳原子,尤以12至22个碳原子为好,如十二烷基、十四烷基、十八烷基、二十烷基和二十二烷基。
尤其好的混合物是胺为仲胺的二元羧酸的半胺盐半酰胺。更好的是苯二甲酸的半胺盐半酰胺,以及二氢化的动物脂胺-Armeen    2    HT(大约含4%(重)正十四烷基、30%(重)正十六烷基、60%(重)正十八烷基,其余的是不饱和的)。
使用单一一种流动改进剂的一个替代方案是使用两种或两种以上这类流动改进剂的混合物。
(A)和(B)的混合物应是熔融在一起的,结果是该混合物基本上是均匀的混合物,这一点是基本要求。通过在搅拌条件下缓慢加热(A)和(B)的混合物直至熔点最高的组分熔化的方法可很容易地做到这一点。在此之后,使该混合物冷却,便可获得基本均匀的(A)和(B)的混合物的固体物质。具体的温度将取决于组分的熔点,但通常加热至65℃至75℃便足够了,且该混合物通常在45℃至55℃的范围内成为固态。如果溶剂并不过多,而且加热时它们可以基本上全部蒸发掉的话,化合物(1)、(2)和(3)中的任一种均可以以溶于溶剂中的溶液的形式与(A)相混合。
(A)与(B)的重量比是可变的,但宜为1∶1至20∶1,如8∶1至12∶1,例如可以为大约10∶1。
可以让熔融的混合物在能使添加剂混合物具有所需形状的模具中冷却,也可以使其在大面积的模具中冷却,然后再将其切割成小块。其各种形状例如有板状,块状,锭状、立方体形和长方体形。
本发明的添加剂适于加入到燃料油中,而该燃料油中链长超过25个碳原子的石蜡的含量宜低于0.5%(重量)。
该燃料油可以是馏出燃料油。该馏出燃料油可以是中间馏出燃料油,如柴油、航空燃料、煤油、燃料油、喷气发动机燃料等。一般讲,适用的馏出燃料油为那些沸点在120℃至500℃(ASTM    D1160)。最好在150℃至400℃的馏出燃料油。燃料油宜由直馏的馏分(如粗柴油、石脑油等)和裂解的馏分(如催化循环料(caralytic    cycle    stock))混合成。柴油的有代表性的特征是最小闪点为38℃,且90%蒸馏点在282℃至338℃之间(见ASTM    D-396和D-975)。
一般讲,本发明添加剂尤其适用的燃料油为在浊点下10℃蜡含量为5%至10%(重量)的馏出燃料油。这类馏出燃料油的碳分布通常较窄,即链长大于C27的石蜡的含量低于0.2%(重量)的燃料油。
浊点10℃以下含5%至10%(重量)蜡的典型的馏出燃料油具有下列ASTM    D-86特征:
初沸点    213℃
5.0%    235℃
10.0%    244℃
20.0%    256℃
30.0%    263℃
40.0%    279℃
50.0%    289℃
60.0%    299℃
70.0%    303℃
80.0%    321℃
90.0%    335℃
95.0%    344℃
终沸点    361℃
浊点之下10℃时蜡含量通常为约8%(重量)。
添加剂的加入量,即组分(A)和(B)加入到馏出燃料油中的量只占很少的重量比,以燃料的重量计,例如在0.05%和5.0%(重量)之间,举例说在0.1%至2.0%(重量)之间。这样,适宜的燃油组合物将含有占主要重量份数的燃油和0.05%至5.0%(重量)的(A)与(B)的混合物,其中(A)为每分子含20至45个碳原子的石蜡,(B)为流动改进剂。
此外,将由(A)每分子含20至45个碳原子的石蜡和(B)流动改进剂组成的熔融混合物用在燃油中作为低温流动改进剂也属本发明之范畴。该熔融混合物通常按0.05%至5.0%(重量)、举例说按0.1%至2.0%(重量)的比例(以燃料重量计)加入到燃料中。
实施例1
称量10克蜡,将其加入到盛有10克流动改进剂的烧杯中,并在搅拌条件下加热至70℃。充分混合之后,让混合物冷却,此时温度计置于其中。该混合物于58℃开始固态化,在48℃时已完全成为固态,只是略软。置于55℃烘箱中过夜已熔融、但从中取出后很快固态化的混合物在温度降至大约45℃之前一直是柔韧且软的。30℃时,该混合物十分硬,看不到任何运动的迹象。
蜡(A)是正烷烃的一种混合物,其组成如下:
%重量    石蜡
0.028 C20
0.245 C21
1.309 C22
3.750 C23
7.118 C24
8.730 C25
9.996 C26
8.847 C27
8.083 C28
6.769 C29
5.703 C30
4.343 C31
3.533 C32
2.520 C33
1.788 C34
1.093 C35
0.655 C36
0.361 C37
0.190 C38
0.078 C39
0.044 C40
烃含量是用气液色谱(GLC)测定的。
在两次不同的试验中用了两种不同的流动改进剂。第一种流动改进剂(B1)为乙烯与醋酸乙烯基酯的共聚物和富马酸酯与醋酸乙烯基酯的共聚物的混合物。该聚合物中含有63.2%(重量)的乙烯/醋酸乙烯基酯共聚物(醋酸乙烯基酯单元重量含量为36%)、20.8%(重量)的乙烯/醋酸乙烯基酯共聚物(醋酸乙烯基酯单元重量含量为13%)、9.4%(重量)的富马酸双十四烷基酯/醋酸乙烯基酯共聚物和6.5%(重量)的富马酸的一种双酯与醋酸乙烯基酯的共聚物,其中富马酸双酯是由十四烷醇和十六烷醇的混合物衍生的。第二种流动改进剂(B2)是由93%(重量)的乙烯/醋酸乙烯基酯共聚物(醋酸乙烯基酯单元重量含量为36%)和7%(重量)的乙烯/醋酸乙烯基酯共聚物(醋酸乙烯基酯单元重量含量为13%)所组成的。
改变流动改进剂与蜡的重量比(为1∶3、1∶5和1∶10),并重复该程序。
将由此制得的8个不同的流动改进剂/蜡混合物按不同的浓度加入到具有下列特征的馏出燃料油中:
IBP-205℃(初沸点)
D20-245℃
D50-278℃
D90-335℃
FBP-355℃(终沸点)
对各加到燃料油中的混合物(A+B)进行低温过滤性堵塞点试验(CFPPT)并确定低温过滤堵塞点CFPP(℃)。这是用流动改进剂处理过的燃料油开始无法使用时的温度(即失败温度)。
下面列出结果。
由此可见,用A+B、尤其A∶B重量比为10∶1时,一般可得到改善了的结果。

Claims (15)

1、一种适于加入燃料油的添加剂,它包括一种含(A)每分子有20-45碳原子的石蜡和(B)流动改进剂的熔融混合物。
2、根据权利要求1的添加剂,其中混合物的组份(A)是每分子有27至33个碳原子的正烷烃混合物。
3、根据权利要求1和2中任一项的添加剂,其中的流动改进剂是这样一种添加剂,当将它以0.01~0.3%(重量)的浓度被加入到柴油机油或燃料油中时,在没有这种添加剂就不可能实现的温度下,它与结晶蜡发生相关作用,使燃料流动或通过过滤器。
4、根据前述权利要求中任一项的添加剂,其中流动改进剂(B)是乙烯与乙烯基酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、x-烯烃或苯乙烯的一种共聚物。
5、根据前述权利要求4的添加剂,其中乙烯和乙烯基酯的共聚物中每摩尔比例的乙烯基酯胶有3至40摩尔比例的乙烯,该共聚物的数均分子为1000~50,000。
6、根据前述权利要求中任一项的添加剂,其中混合物的流动改进剂(B)是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。
7、根据权利要求1至4中任一项的添加剂,其中混合物的流动改进剂(B)是富马酸双烷基酯和乙烯基酯的共聚物。
8、根据权利要求7的添加剂,其中的共聚物是富马酸双烷基酯和乙烯基酯的共聚物,富马酸酯与乙烯基酯的摩尔比为1∶1.5至1.5∶1,共聚物的数均分子量是1000至100,000。
9、根据权利要求1至3中任一项的添加剂,其中的流动改进剂是梳型聚合物。
10、根据权利要求1至3中任一项的添加剂,其中的流动改进剂是由氧化乙烯得到的线性共聚物。
11、根据权利要求1至3中任一项的添加剂,其中混合物的流动改进剂(B)是一种二元羧酸,三元羧酸其酸酐的胺盐,单酰胺或双酰胺,或一半胺盐和一半酰胺。
12、根据权利要求11的添加剂,其中流动改进剂(B)是苯二甲酸的半酰胺半胺盐和二氢化脂胺。
13、根据前述权利要求中任一项的添加剂,其中(A)与(B)重量比是1∶1至20∶1。
14、在燃料油中使用前述权利要求中任一项所述的添加剂混合物为低温流动改进剂。
15、根据权利要求12的用途,其中的燃料油中,烷烃的碳链长度大于25个碳原子的燃料油的含量小于0.5%(重量)。
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