CN103314085B - 有关燃料经济性的改进 - Google Patents

有关燃料经济性的改进 Download PDF

Info

Publication number
CN103314085B
CN103314085B CN201180064516.7A CN201180064516A CN103314085B CN 103314085 B CN103314085 B CN 103314085B CN 201180064516 A CN201180064516 A CN 201180064516A CN 103314085 B CN103314085 B CN 103314085B
Authority
CN
China
Prior art keywords
viscosity
fuel
fuel composition
component
purposes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201180064516.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103314085A (zh
Inventor
A·H·布伦纳
J·J·J·路易斯
A·舍费尔
R·G·威廉姆斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Original Assignee
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shell Internationale Research Maatschappij BV filed Critical Shell Internationale Research Maatschappij BV
Publication of CN103314085A publication Critical patent/CN103314085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103314085B publication Critical patent/CN103314085B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/16—Hydrocarbons
    • C10L1/1625—Hydrocarbons macromolecular compounds
    • C10L1/1633—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/16—Hydrocarbons
    • C10L1/1625—Hydrocarbons macromolecular compounds
    • C10L1/1633—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds
    • C10L1/1658—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds from compounds containing conjugated dienes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/16—Hydrocarbons
    • C10L1/1625—Hydrocarbons macromolecular compounds
    • C10L1/1633—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds
    • C10L1/1641—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds from compounds containing aliphatic monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/16—Hydrocarbons
    • C10L1/1625—Hydrocarbons macromolecular compounds
    • C10L1/1633—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds
    • C10L1/165—Hydrocarbons macromolecular compounds homo- or copolymers obtained by reactions only involving carbon-to carbon unsaturated bonds from compounds containing aromatic monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/1802—Organic compounds containing oxygen natural products, e.g. waxes, extracts, fatty oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/19—Esters ester radical containing compounds; ester ethers; carbonic acid esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

描述了粘度提高组分在柴油燃料组合物中的用途，用于改进发动机或者由该发动机提供动力的机动车的燃料经济性。所述粘度提高组分为粘度指数(VI)改进添加剂，如聚苯乙烯-聚异戊二烯星形共聚物。所述柴油燃料可以包括生物燃料。还描述了使用粘度提高组分用于改进燃料经济性的方法，和操作压缩点火发动机的方法。

Description

有关燃料经济性的改进
技术领域
本发明涉及改进压缩点火(柴油)发动机中柴油燃料经济性的方法；和特别是粘度提高组分在柴油燃料组合物中改进燃料经济性的用途。
背景技术
当前，例如美国和欧洲的排放法规对压缩点火发动机的废气排放中容许的污染气体的可接受水平设立了严格限制。
发动机和燃料制造商采取的改进燃烧过程和减少不希望的废气排放产生的通常手段是利用某种形式的“高级燃烧”。高级燃烧是一个包罗万象的术语，包括很多不同的燃料模式，它通常包括一个或多个如下特征：燃料喷射大大提前于上死点(TDC)；多次燃料喷射；大量的废气再循环(EGR)；和高喷射压力。所有这些模式通常试图通过改进燃料-空气混合和降低燃烧温度来实现非常低水平的NOx和烟灰(颗粒物质)排放。
许多发动机还包括某种形式的后处理以将废气排放降低到排放法规要求的水平。典型的后处理包括装置如催化转化器(例如用于去除NOx排放物)和/或颗粒过滤器(例如用于从废气物流中脱除烟灰。)
控制发动机中高级燃烧过程的现有手段基于监测不同的发动机/燃烧参数如NOx生成，和使用发动机控制单元对发动机参数进行调整以将发动机置于据设想在燃烧过程中会使NOx生成降至最低的一组条件下。但是，由于对高级燃烧这样敏感的过程进行调整，特别是当它被沿着最低NOx生成水平(在此条件下燃料会变得不稳定)的方向推动时，问题是会发生不完全燃烧，导致烟灰/颗粒物质(PM)生成增多。因此，柴油发动机的废气排放可以看作是NOx和PM排放之间的权衡。
因此，在现代柴油机动车中，发动机通常被设置成NOx排放低和相应地PM排放高；和使用PM捕集器随后从排放物中脱除PM以满足整体排放低的标准。从文献中已知这种设置导致发动机效率较低和燃料消耗明显增大。但是，替代的减排策略要复杂和昂贵得多，和还只是大规模应用于载重机动车。事实上，即使NOx后处理广泛可用于例如客车，在可预见的未来，PM过滤器的可靠性将有可能保证该发动机设置保持同样水平。
但是，应当意识到，高级燃烧和废气排放的控制不仅仅是空气吸入和发动机控制的问题，还牵涉到燃料性质如十六烷值、密度和存在特定添加剂等。因此，在开发过程中，发动机的排放通过参照严格指定的参比燃料来测量，因此发动机设置针对该参比燃料的性质进行优化。该体系的不利之处是发动机中使用的燃料类型的任何改变都会对发动机性能(例如效率降低)和排放产生重大影响。
例如，为了促进现代机动车后处理技术和为了更进一步减少机动车排放，燃料炼油厂投资辅助系统如脱硫技术。这通常会使密度较低的柴油燃料可用。由于这些技术而提供的更多灵活性还使得炼油厂通过进一步将燃料密度降至更接近相关完整规格的下限来优化“能量让渡”。因此，市场上燃料的密度逐渐远离用于发动机校准的参比燃料。一些燃料的性质上的这种偏移意味着实际用在特定发动机中的燃料类型可以具有重大影响。
此外，由于注入机动车发动中的燃料量主要通过体积来控制，燃料密度的降低导致发动机气缸中可燃燃料量减少和能够转化的能量的有效量随之减少。这使得发动机排放在低NOx和高PM的方向上进一步发展，但会损害发动机效率和增大燃料消耗。即使这可能在NOx排放上具有小的益处，但已经意识到这种设置不能提供机动车生产商想要的燃料经济性与废气排放之间的最优平衡。
鉴于上述操作程序和问题，仅使用标准炼油厂燃料很难达到燃料经济性与废气排放之间的最优平衡。因此，需要改进的燃料和改进发动机的燃料经济性的方法。
因此，本发明目的在于克服或减轻与现有技术相关的至少一个问题。
发明内容
现在已经令人惊奇地发现，提高燃料组合物和特别是柴油燃料的粘度可以改进发动机的燃料经济性。不被理论所束缚，可能是粘度的提高能够补偿与参比燃料相比典型的炼油厂柴油密度的减小；和因此粘度的提高可以使燃料消耗和CO2排放均降低。即使根据本发明改性的燃料的全部性质不能必然地接近参比燃料的性质，但更低密度和更高粘度的燃烧可以改进燃料经济性，和在一些情况下甚至可以实现与原始的参比燃料所取得的同样的燃料消耗与废气排放之间的最优平衡。根据本发明，燃料粘度可以通过在炼油厂加入高粘度组分直接提高或通过加入粘度提高添加剂提高。
因此，在本发明的第一方面中，提供了粘度提高组分在柴油燃料组合物中的用途，用于改进燃料组合物被引入或要被引入其中的发动机的燃料经济性。本发明进一步涉及改进由该发动机提供动力的机动车的燃料经济性的相同用途。
因此，发动优选为柴油发动机或压缩点火发动机。但是也可以设想本发明可用于汽油燃料组合物和对应的非压缩点火型的内燃机。柴油发动机也可以为涡轮增压柴油发动机。发动机可以受发动机管理系统(EMS)的控制。
任何燃料粘度提高组分(或试剂)均可用于本发明。示例性的这种组分包括炼油厂组分如高粘度燃料和/或油馏分，或添加剂如粘度指数(VI)改进添加剂。因此，将粘度提高组分加入燃料组合物可在炼油厂或炼油厂之外如输送到销售点之前或在销售点进行。
VI改进添加剂对于本领域技术人员来说是公知的，包括包含嵌段共聚物的组合物，所述嵌段共聚物例如包含选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的一种或多种单体嵌段。特别适合的VI改进添加剂包括聚苯乙烯-聚异戊二烯星形共聚物如SVTM200(获自Infineum、Multisol和其它公司)。
适合地，VI改进添加剂的使用浓度为0.01-0.5%w/w，基于燃料组合物的总重量计。VI改进添加剂的使用浓度可以为：(i)0.01-2.0%w/w；(ii)0.05-1.0%w/w；或(iii)0.1-0.5w/w；基于燃料组合物的总重量计。
另一种适合的粘度提高组分为高粘度柴油燃料或油组分，例如炼油厂产品，它的运动粘度高于它加入(要加入)其中的基础燃料。根据一个实施方案，以较小的量使用高粘度组分(例如小于总燃料组合物的50%w/w)，而以基础燃料作为燃料组合物的主要组分。适合地，高粘度柴油燃料/油组分的使用浓度为总燃料组合物的至多20%，如约1-10%。在特别适合的实施方案中，高粘度组分的使用量为浓度约3-10%，或5-8%。
在一些实施方案中，与加入粘度提高组分之前的燃料组合物的粘度相比，粘度提高组分的使用量足以将燃料组合物的运动粘度提高(i)至少0.2mm2/s；(ii)0.25-1.0mm2/s；或(iii)0.32-0.67mm2/s。在标准条件如40℃下测量运动粘度。
应当理解的是，结果的或想要的燃料组合物的最终运动粘度可以根据燃料的所需性质和/或通过国家或国际规定和标准进行确定。举例来说，在一个实施方案中，包含粘度提高组分的柴油燃料组合物40℃下的运动粘度可以达到4.5mm2/s；如2.0-4.0mm2/s；或3.0-3.8mm2/s。
对于一些应用来说，可能需要柴油燃料组合物包含生物燃料。在这种实施方案中，生物燃料组分可以包含脂肪酸甲酯(FAME)。在一个实施方案中，燃料组合物中存在至少2%w/w的FAME，基于燃料的总重量计。在其它实施方案中，可以存在5-50%w/w的FAME；和在适合的实施方案中，存在约5%w/w的FAME。
燃料组合物可以包含本领域技术人员已知的任何数量的附加的有用添加剂。在一些实施方案中，可以使用两种或更多种粘度提高组分，如VI改进剂和高粘度燃料或油组分。在另一个实施方案中，可以有相同或不同结构类别的两种或更多种VI改进剂。
本发明还涉及改进/提高发动机或由该发动机提供动力的机动车的燃料经济性。该方法包括将包含粘度提高组分的燃料组合物引入发动机的燃烧室。燃料组合物优选为柴油燃料，和发动机优选为压缩点火发动机。应当理解的是，除非另外说明，针对本发明用途描述的全部特征和实施方案均可用于本发明的方法。
在另一个实施方案中，本发明涉及操作压缩点火发动机和/或由该发动机提供动力的机动车的方法。在这方面，该方法包括将由本发明的方法获得的燃料组合物引入发动机的燃烧室。
根据具体应用，本发明的用途和/或方法可以用于减少或减轻燃料经济性的降低，所述燃料经济性的降低可能例如由加入为任何其它目的(例如为改进有关燃料的排放性能)已经或打算引入燃料组合物中的燃料组分或添加剂引起。有利地，与加入粘度提高组分之前包含在燃料组合物中的柴油燃料相比，本发明的用途将劣化降至最低，和取得中间的或更好的排放性能。同样地，与加入粘度提高组分之前的性能相比，本发明的用途和/或方法适合地对由燃料组合物提供动力的发动机的性能产生最小的或无害的影响。
在具体的实施方案中，本发明的用途和方法可以用于配制燃料，该燃料符合希望的或预定的燃料标准的同时，确实改进了特定发动机中的燃料经济性，例如燃料组合物可以为符合欧洲标准EN590(2000)的柴油燃料，例如为“超低硫柴油”。替代地，所述用途和方法可以用于改进与体积应变能低的燃料或燃料掺混物有关的燃料经济性损失，以例如降低机动车排放，例如在包含符合瑞典1类标准的柴油燃料的燃料或燃料掺混物中。
在本发明的又一个方面中，提供了用于制备赋予发动机更好的燃料经济性的燃料组合物和特别是用于压缩点火发动机的柴油燃料组合物的方法。该方法包括向燃料组合物中加入粘度提高组分，如这里所限定的那些；和将粘度提高组分掺入燃料组合物，以提供适合在选定的发动机中提供更好的燃料经济性的燃料组合物。
附图说明
通过下列附图进一步说明本发明：
图1描述了“新欧洲驾驶周期”(NEDC)，它包括四个连续的“城市周期”(ECE)和一个市区外的“陆路周期”(EUDC)；
图2描述了对本发明的燃料组合物相对于对照燃料组合物的NEDC测量；
图3作为燃料中粘度提高组分浓度的函数描述了根据本发明取得的燃料经济性益处。误差带代表两侧95%的置信区间；
图4描述了NEDC测试驾驶方案的每个阶段中，使用本发明的燃料组合物所取得的燃料经济性改进，以消耗燃料的重量(y轴)相对于测试运转(x轴)：(A)整个NEDC测试方案的燃料使用；(B)测试方案阶段1的燃料使用；(C)测试方案阶段2的燃料使用；(D)测试方案阶段3的燃料使用；(E)测试方案阶段4的燃料使用；和(F)测试方案EUDC阶段的燃料使用。
具体实施方式
为帮助理解本发明，在这里对几个术语进行定义。
“粘度指数”(或VI)是用来度量运动粘度随温度变化的任意单位。通常用它来表征汽车工业中的润滑油。因此，粘度指数突出了液体的(或润滑剂的)粘度如何随温度的变化而变化。总的来说，液体的粘度随着其温度升高而降低。许多润滑剂或燃料应用需要液体在宽范围的发动机条件下工作，所述发动机条件例如当液体处于环境的优势温度时以及当发动机运行(达到200℃/392℉)时起动状态下的发动机条件。VI越高，粘度随温度的相对变化就越小。令人期望地，燃料组合物在它通常的操作温度范围内粘度不会有过大变化(即它具有相对高的VI)。
根据VI量度测量粘度的参照温度在37.8℃和98.9℃(即100℉和210℉)下任意选择。但是，除非另外指出，运动粘度通常在约40℃和/或约100℃下测量。方便地，使用本领域技术人员已知的标准化测试程序如ASTMD-445或ENISO3104测量运动粘度。
这里使用的术语“粘度提高组分”包括以合适的浓度加入到燃料组合物中时在燃料操作温度范围内的一个或多个温度下相对于燃料组合物的先前粘度有提高其粘度效果的任何组分。该术语包括高粘度燃料或油组分以及天然的或合成的燃料或油添加剂。
VI改进剂(也称为粘度调节剂)为在该VI改进剂的整个有用温度范围内提高流体粘度的添加剂。有用操作温度优选与发动机中燃料组合物的操作温度范围至少部分重叠。
VI改进剂为对温度敏感的聚合物分子。在低温下，该分子链收缩并因此不会明显影响流体粘度。但在高温下，该链扩张并使粘度相对提高；尽管实际粘度仍会随温度升高而降低。因此，加入VI改进剂能够减缓而不是停止粘度降低的速率。
存在许多类型和结构的VI改进剂。较高分子量的聚合物能成为较好的增稠剂，但是抗机械剪切性较差。另一方面，较低分子量的聚合物抗剪切性较好，但是在较高温度下不能有效地改进粘度，因而在所需温度下可能需要较大使用量以取得相同效果。
这里在燃料粘度的上下文中使用的“提高”包括与先前在相同或等同条件下测量的粘度相比任何程度的提高。因此，提高适合地与引入粘度提高(或改进)组分或添加剂之前燃料组合物的粘度相比较。替代地，粘度提高可通过与其它方面相似的燃料组合物(或者分批或相同的燃料组合物)相比较来测量；例如，加入粘度提高组分之前，打算(例如销售)用于内燃机、特别是柴油发动机中的燃料组合物。
本发明例如可以包括使用粘度提高组分调整(即提高)燃料组合物的粘度，从而获得所需的目标粘度。
如上所述，在相同条件下测量，粘度提高组分的使用量足以提高它加入其中的燃料组合物的粘度。运动粘度的提高可在任何适合的温度如40℃或100℃下测量。方便地，粘度在40℃下测量。适合地，粘度提高组分的使用量使粘度提高至少0.05mm2/s、至少0.1mm2/s或至少0.2mm2/s。更适合地，粘度提高可以为0.25-2.0mm2/s；或0.25-1.0mm2/s。在优选的实施方案中，粘度提高为0.3-0.8mm2/s，如0.32-0.67mm2/s。在一些情况下，可能希望将粘度提高约0.4mm2/s、约0.5mm2/s、约0.6mm2/s或约0.7mm2/s。
同样地，在燃料经济性的上下文中，“提高”包括与加入粘度提高组分之前相同燃料组合物的燃料经济性相比任何量的提高，其中测量在相同或等同的发动机中进行。替代地，燃料经济性的提高可以在相同或等同的发动机中在相同或等同条件下相对于类似的燃料组合物测量。因此，提高适合地与引入粘度提高(或改进)组分或添加剂之前发动机或机动车的燃料经济性相比较。
燃料经济性的提高可以以任何适合的方式测量和/或报告，如百分比提高、用确定体积的燃料(例如L)行驶距离(例如km)的提高或在相同条件(例如速度、负荷)下行驶特定距离所用燃料体积或质量的减少。举例来说，百分比提高可以为至少0.1%，如至少0.2%。适合地，燃料经济性的百分比提高为至少0.25%或至少0.5%。更适合地，燃料经济性的提高为至少1.0%、至少2.0%或至少3.0%。在一些特别优选的实施方案中，燃料经济性的提高为至少5.0%或甚至至少10%。但是，应当理解的是，燃料经济性的任何可测量的改进均可以提供有价值的好处，特别是当考虑到全世界的机动车每天使用多少燃料时。
其中使用本发明的燃料组合物的发动机可以为任何适当的发动机。因此，当燃料为柴油或生物柴油燃料组合物时，发动机为柴油发动机或压缩点火发动机。同样地，可以使用任何类型的柴油发动机，如涡轮增压柴油发动机，条件是使用相同或等同的发动机来测量使用和不使用粘度提高组分的燃料经济性。类似地，本发明可用于任何机动车中的发动机。通常，本发明也可用于任何驾驶条件，如市区、市区外和/或快车道/高速公路/试验车道驾驶条件；尽管本发明对于某种发动机类型和/或在特定驾驶条件下特别有利。
在本发明的上下文中，粘度提高组分在燃料组合物中的“用途”意为将该组分掺入该组合物，通常作为与一种或多种燃料组分(通常为柴油基础燃料)及任选的一种或多种燃料添加剂的掺混物(即物理混合物)。
优选在将燃料组合物引入靠该组合物运转的发动机之前，将粘度提高组分掺入该组合物。
因此，可在炼油厂将粘度提高组分直接加入(例如掺混)燃料组合物或基础燃料的一种或多种组分中。例如，可以在适当的燃料组分中预稀释，随后形成总汽车燃料组合物的一部分。
替代地，它可以在炼油厂的下游加入到汽车燃料组合物中。例如，它可以作为包含一种或多种其它燃料添加剂的添加剂包的一部分加入。这可能是特别有利的，因为在一些情况下可能不便于或者不希望在炼油厂改变燃料组合物。例如，基础燃料组分的掺混并不是在所有地点都可行，而在燃料仓库或在其它灌装点如油槽车、驳船或列车灌装点、分配器、用户储罐和车辆处以相对低的浓度引入燃料添加剂可能更容易实现。
因此，本发明的“用途”还可以包括连同其使用说明供给粘度提高组分以获得本发明的效果之一(例如提高特定内燃机或特定机动车中的燃料经济性)。因此粘度提高组分可以作为适于和/或打算用作燃料添加剂、特别是柴油燃料添加剂的配制物的组分进行供给。举例来说，可将粘度提高组分或添加剂与一种或多种其它燃料添加剂一起掺入添加剂配制物或添加剂包中。一种或多种燃料添加剂可以选自本领域技术人员已知的任何有用的添加剂，如清净剂、抗腐蚀添加剂、酯、聚α-烯烃、长链有机酸、含胺或酰胺活性中心的组分和它们的混合物。
作为替代或者补充，本发明的“用途”可以包括使用包含粘度提高组分的燃料组合物运行发动机，通常通过将燃料组合物引入发动机的燃烧室进行。
根据本发明的一个实施方案，可以在汽车燃料组合物中使用两种或更多种粘度提高组分以提供这里所述的本发明的一种或多种效果。
粘度提高组分
粘度提高组分可以为高粘度燃料或油衍生物或者VI改进添加剂。
当使用时，高粘度燃料或油衍生物可以包括粘度高于要引入其中的燃料的第3组润滑剂基础油。根据所需效果，这些组合物可以以任何适合的浓度使用。
VI改进添加剂易于合成制备，因此通常可以以明确定义的组成和质量得到，相比之下，例如矿物衍生的粘度提高燃料组分(炼油厂物流)，不同批次的组成可能不同。而且VI改进添加剂广泛可得，对于用于润滑剂来说，这也可以使它们成为对本发明提出的新用途来说有吸引力的添加剂。它们通常还价格低廉，特别是考虑到与其它粘度提高组分如矿物基础油相比所需浓度较低。
用于本发明的燃料组合物的VI改进添加剂在性质上可以是聚合的。它例如可以选自：a)苯乙烯基共聚物，特别是嵌段共聚物，例如可获得的那些如KratonTMD或KratonTMG添加剂(获自Kraton)或者如SVTM添加剂(获自Infineum、Multisol或其它公司)。特定的例子包括苯乙烯类与乙烯/丁烯单体的共聚物，例如聚苯乙烯-聚异戊二烯共聚物和聚苯乙烯-聚丁二烯共聚物。这些共聚物可以为嵌段共聚物，例如SVTM150(聚苯乙烯-聚异戊二烯二嵌段共聚物)或KratonTM添加剂(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或苯乙烯-乙烯-丁烯嵌段共聚物)。它们可以为递变共聚物，例如苯乙烯-丁二烯共聚物。它们可以为星形(“星形”)共聚物，例如SVTM200和SVTM260(苯乙烯-聚异戊二烯星形共聚物)；b)其它基于乙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯或其它烯烃单体的嵌段共聚物，例如乙烯-丙烯共聚物；c)聚异丁烯(PIBs)；d)聚甲基丙烯酸酯(PMAs)；e)聚α-烯烃(PAOs)；和f)它们的混合物。
VI改进添加剂可以包括无机来源的一种或多种化合物，例如沸石。
日本专利954077、1031507、1468752、1764494和1751082中公开了适合的VI改进剂的其它例子。更进一步的例子包括分散型VI改进剂，它包含共聚的含氮和氧原子的极性单体；烷基芳族型VI改进剂；和已知可用作VI改进剂的某些降倾点剂。
上述中，优选类型(a)和(b)的添加剂或它们的混合物；特别是类型(a)的添加剂。
优选包含或理想地基本上由嵌段共聚物组成的VI改进添加剂，这是因为通常这样的VI改进添加剂有更少的副作用如增加沉淀物和/或泡沫的形成。VI改进添加剂例如可以包括嵌段共聚物，该嵌段共聚物含有通常选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的一种或多种烯烃、单体嵌段。特别优选的VI改进剂类型为基于苯乙烯和异戊二烯的星形共聚物；和特别优选的VI改进剂为SVTM200，这是一种聚苯乙烯-聚异戊二烯星形共聚物。
VI改进添加剂40℃下的运动粘度(VK40，按照ASTMD-445或ENISO3104测量)适合地为40mm2/s或更大，优选为100mm2/s或更大，更优选为1000mm2/s或更大。它在15℃下的密度(ASTMD-4052或ENISO3675)适合地为600kg/m3或更大，优选为800kg/m3或更大。它的硫含量(ASTMD-2622或ENISO20846)适合地为1000mg/kg或更小，优选为350mg/kg或更小，更优选为10mg/kg或更小。
VI改进添加剂可以预溶解于适合的溶剂，例如油如矿物油或费-托衍生烃混合物；与添加剂要在其中使用的燃料组合物(当打算用于柴油燃料组合物中时，例如中间馏分燃料组合物如瓦斯油或煤油)相容的燃料组分(也可以是矿物的或费-托衍生的)；聚α-烯烃；所谓的生物燃料如脂肪酸烷基酯(FAAB)、费-托衍生生物质-液体合成产物、氢化植物油、废油或藻类油或者醇如乙醇；芳族溶剂；任何其它的烃或有机溶剂；或者它们的混合物。在这里，优选使用的溶剂为矿物油基柴油燃料组分和溶剂，以及费-托衍生组分如以下所称的“XtL”组分。在某些情况下也可以优选生物燃料溶剂。
燃料组合物中VI改进添加剂的浓度可以为至多2%w/w，适合地为至多1.0%w/w和更适合地为至多0.5%w/w。它可以为0.001%w/w或更大，适合地为0.01%w/w或更大，更适合地为0.05%w/w或更大，和进一步适合地为0.1%w/w或更大。适合的浓度范围可以例如为约0.001-2.0%w/w、0.01-2.0%w/w、0.01-1.0%w/w、0.01-0.5%w/w、0.05-1.0%w/w、0.05-0.5%w/w、0.1-0.5%w/w或0.1-0.3%w/w。在一些情况下，VI改进添加剂的量可以为约0.15-0.25%w/w。特别有用的VI改进剂浓度为约0.1%w/w和0.2%w/w，基于燃料组合物的总重量计。在一些有利的实施方案中，VI改进剂选自SVTM系列VI改进剂(如上所述)，并且其使用量有利地为0.05-0.5%w/w。例如，可以有利地以约0.1%、0.2%或0.3%w/w的量使用SVTM200或SVTM260VI改进剂。这些浓度仅针对VI改进添加剂本身，不考虑它的活性成分进行预稀释可能使用的任何溶剂，并且基于总燃料组合物的重量计。当在组合物中使用两种或更多种VI改进添加剂的组合时，VI改进添加剂的总组合也适用相同的浓度范围。应当理解的是，量/浓度也可以表示为ppm，这种情况下1%w/w相当于10,000ppmw/w。
组合物的剩余部分通常由如下面详述的一种或多种汽车基础燃料组成，任选地含有一种或多种燃料添加剂。VI改进添加剂的使用浓度可以取决于所需的燃料特性/性质，如：所需的总燃料组合物的粘度；在掺入添加剂之前组合物的粘度；添加剂本身的粘度；和/或添加剂在其中使用的任何溶剂的粘度。根据本发明制备的柴油燃料组合物中存在的VI改进添加剂、燃料组分和任何其它组分或添加剂的相对比例也可以取决于其它所需的性质如密度、排放性能和十六烷值。在一些情况下，总燃料组合物的密度可以为特别相关的参数。
可以使用标准测试程序如欧洲R49、ESC、OICA或ETC(用于重型发动机)或ECE+EUDC或MVEG(用于轻型发动机)测试循环测量排放水平。理想地，排放性能使用符合欧II标准排放限制(1996)或符合欧III(2000)、欧IV(2005)或甚至欧V(2008)标准限制制造的柴油发动机测量。
用途和方法
已知在润滑剂配制物中使用粘度指数改进添加剂(也称为VI改进剂)，其中它用来通过在较高温度下相对提高粘度(即减缓粘度降低)来尽可能在所需温度范围内使粘度保持不变。它通常基于分子量相对高的、长链的聚合物分子，该聚合物分子可以形成聚集团和/或胶束。这些分子体系在较高温度下扩张，因此进一步限制彼此间的相对运动而提高体系的粘度。包括在润滑油配制物中的已知的VI改进剂浓度通常为1-20%w/w。但是，在WO01/48120中，提出将这些类型添加剂中的一些用于燃料组合物、特别是柴油燃料组合物，用于改进发动机在高温下起动的能力。在US2009/0241882中，描述了某些用于燃料组合物的VI改进添加剂，用于改进加速性能，这可以体现在发动机功率和/或扭矩和/或机动车在任何给定速度下牵引力的增大。但是就我们所知，还没有提出将它们用于改进发动机和/或发动机安装在其中的机动车的燃料经济性。
已经发现，即使当在相对低浓度下使用VI改进添加剂时，它也可以明显提高汽车燃料组合物、特别是柴油燃料组合物的粘度；和这可以改进该组合物要引入其中的发动机的燃料经济性。在任何类型的驾驶条件下如市区、市区外和高速公路，在低速和/或高速下，均能观察到这种燃料经济性效果。因此，本发明不局限于特定驾驶条件，尽管燃料经济性效果在一些特定条件下比在其它条件下更为明显。
同样地，燃料经济性效果不局限于特定类型的发动机，尽管优选柴油压缩点火发动机。此外，本发明的优势可以适用于涡轮增压发动机以及非涡轮发动机。
因此，本发明可以提供通过引入其中的燃料改进内燃机的燃料经济性的有效途径。
由于根据本发明粘度提高组分的使用量可以根据燃料类型和/或发动机类型而不同；所以本发明进一步的好处在于在一些条件下，观察到本发明效果所需的VI改进剂的量令人惊奇地低，如处在常规燃料添加剂的水平。由此，这可以降低燃料制备过程的成本和复杂性。例如，允许通过在炼油厂下游掺入添加剂而不是在初始制备的地点改变基础燃料的成分来改变燃料组合物，从而改进燃料经济性。基础燃料组分的掺混并不是在所有地点都可行，而在燃料仓库或在其它灌装点如油槽车、驳船或列车灌装点、分配器、用户储罐和车辆处以相对低的浓度引入燃料添加剂可能更容易实现。
而且，与需要在数十重量百分比量级的浓度下使用燃料组合物相比，将在相对低的浓度下使用的添加剂自然可以更加成本有效地运输、储存和引入燃料组合物。
使用相对低浓度的VI改进添加剂还可以有助于减少不希望的副作用：例如由将它们引入燃料组合物而引起的对蒸馏或冷流动性质产生的影响。
本发明的另一方面提供了操作内燃机和/或由该发动机提供动力的机动车的方法，该方法包括将根据本发明制备的燃料组合物引入发动机的燃烧室。优选出于针对本发明所述的一个或多个目的而引入该燃料组合物。因此，发动机优选用该燃料组合物操作，用于改进燃料经济性。该发动机特别地为柴油发动机，和可以为涡轮增压柴油发动机。柴油发动机可以为例如旋转泵、管道泵、单元泵、电子单元喷射器或共轨型的直接喷射式，或者为间接喷射式。它可以为重型或轻型柴油发动机。例如，它可以为电子单元直接喷射式(EUDI)发动机。
柴油燃料组合物
本发明进一步的好处为特别设计VI改进添加剂以在较高温度下提高粘度。由于发动机功率的提高通常与燃料喷射系统(通常在高温下操作)中的条件和燃料消耗相关，所以据信与其它更常规的粘度提高组分相比，VI改进添加剂在改进燃料经济性方面能够提供更好的效果，特别是在较高速度和功率下。
因此，已经令人惊奇地发现，至少在针对本发明用途提出的相对低的浓度下，VI改进添加剂可以提高燃料组合物、特别是柴油燃料组合物的粘度，提高量大于基于单个组分的粘度的理论预测值。可以使用三步程序计算粘度不同的两种或更多种液体的掺混物的预期粘度(参考Hirshfelder等人的“MolecularTheoryofGasesandLiquids”，第一版，Wiley(ISBN0-471-40065-3)；和Maples(2000)的“PetroleumRefineryProcessEconomics”，第二版，PennwellBooks(ISBN0-87814-779-9))。举例来说，已经发现(参考例如WO2009/118302)，对于99%w/w的VK40(40℃下的运动粘度)为2.75mm2/s的不含硫的柴油燃料与1%w/w的VI改进添加剂SVTM261(VK40为16,300mm2/s)的掺混物，它的总体上测量的VK40为3.19mm2/s。换言之，掺入该VI改进剂使柴油燃料的VK40提高了0.44mm2/s；而例如根据Hirshfelder等人描述的公式，预测的理论值VK40为2.84mm2/s(即与柴油燃料本身的VK40相比仅提高了0.09mm2/s)。因此，仅根据理论，并不能预期VI改进添加剂在添加剂水平的浓度下能够明显提高燃料组合物的粘度。SVTM261是15%w/w的嵌段共聚物(例如SVTM260，也获自Infineum)与85%w/w的矿物油的混合物。
由于包括VI改进添加剂，根据本发明制备的燃料组合物(特别是柴油燃料组合物)的VK40适合地为2.0mm2/s或更大、2.5mm2/s或更大、2.7mm2/s或更大、2.8mm2/s或更大或者优选为2.9mm2/s或更大。在一些情况下，VK40可以为至多4.5mm2/s、至多4.2mm2/s或者至多4.0mm2/s。有利地，包括粘度提高组分(VI改进剂或其它)的燃料组合物的VK40为3.0-4.0mm2/s，如3.0-3.8mm2/s、3.1-3.7mm2/s或3.2-3.6mm2/s。但是在例外的情况下，例如在温度极低的柴油燃料中，该组合物的VK40可以低至1.5mm2/s，尽管它优选为约1.7或2.0mm2/s或更大。应当理解的是，除非另外指出，这里所指的粘度均为运动粘度。
对于柴油燃料组合物来说，该组合物的密度优选相对高，如在15℃下为830kg/m3或更大(ASTMD-4052或ENISO3675)，优选为832kg/m3或更大，如在15℃下为832-845kg/m3，这是当前EN590柴油燃料规格的上限。
根据本发明制备的柴油燃料组合物通常可以为适用于压缩点火(柴油)发动机的任何类型的柴油燃料组合物。除VI改进添加剂之外，它还可以包含其它标准柴油燃料组分。例如，它可以包括主要比例的柴油基础燃料，例如下面描述的类型。在这里的上下文中，“主要比例”意为至少50%w/w，和通常为至少85%w/w，基于总组合物计。更适合地，为至少90%w/w或至少95%w/w；和在一些情况下，燃料组合物的至少98%w/w或至少99%w/w由柴油基础燃料组成。
因此，除VI改进添加剂之外，根据本发明制备的柴油燃料组合物可以包括常规类型的一种或多种柴油燃料组分。这些组分通常会包括液体烃中间馏分燃料油，例如石油衍生瓦斯油。通常这些燃料组分可以为有机或合成衍生，和适合地通过从原油中蒸馏所需范围的馏分而获得。这些瓦斯油可以在加氢脱硫(HDS)装置中进行处理，由此将其硫含量减小到适于包含在柴油燃料组合物中的水平。根据等级和用途，它的沸点通常为常规柴油范围150-410℃或170-370℃。在一些情况下，燃料组合物会包含通过裂化重质烃获得的一种或多种裂化产物。
柴油基础燃料可以包含费-托衍生柴油燃料组分或由其组成，所述费-托衍生柴油燃料组分通常为费-托衍生瓦斯油。这里使用的术语“费-托衍生”意为物料为或衍生自费-托缩合过程的合成产物。因此，费-托衍生燃料或燃料组分为烃物流，其中除加入的氢之外，大部分直接或间接衍生自费-托缩合过程。费-托过程将一氧化碳和氢转化为长链烃，通常为链烷烃。一氧化碳和氢本身可以衍生自有机、无机、天然或合成来源，如来自天然气或来自有机衍生甲烷。
本发明中使用的费-托衍生燃料组分可以直接从炼制或费-托反应获得，或者间接通过例如炼制或合成产物的分馏或加氢处理以提供分馏或加氢处理产物获得。可以随后例如通过蒸馏来分离所需的馏分(通常为瓦斯油馏分)。如本领域中已知，还可以使用其它后合成处理如聚合、烷基化、蒸馏、裂化脱羧、异构化和加氢重整，以改变费-托缩合产物的性质。
费-托燃料可以通过将气体、生物质或煤转化为液体(XtL)、特别是通过气至液转化(GtL)、或者从生物质转化为液体(BtL)获得。任何形式的费-托衍生燃料组分均可以用作本发明的基础燃料。
根据本发明制备的组合物中包含的柴油燃料组分在15℃下的密度通常为750-900kg/m3、800-860kg/m3(ASTMD-4052或ENISO3675)和/或VK40为1.5-6.0mm2/s(ASTMD-445或BNISO3104)。
在根据本发明制备的柴油燃料组合物中，基础燃料本身可以包含上述类型的两种或更多种柴油燃料组分的混合物。
在本发明有利的实施方案中，柴油燃料可以包含所谓的“生物柴油”燃料组分或另外的含氧物或者由它们组成，生物柴油燃料组分例如植物油、氢化植物油或植物油衍生物(例如脂肪酸酯，特别是脂肪酸甲酯FAME)，含氧物例如酸、酮或酯。这些组分不必为生物衍生。
当燃料组合物包含生物柴油组分时，生物柴油组分的存在量例如可以为1-99%w/w。在一个实施方案中，燃料包含至少2%w/w的生物柴油，如2-80%w/w。在一些情况下，生物柴油的存在量为2-50%w/w，如3-40%w/w、4-30%w/w或5-20%w/w。在有利的实施方案中，生物柴油组分为FAME。在优选的应用中，FAME的存在量为约5%w/w，基于燃料组合物的总重量计。
根据本发明，可以使用粘度提高组分如VI改进剂来提高燃料组合物的粘度。因此，基础燃料可以具有相对低的粘度(例如小于3.0mm2/s)，然后通过掺入粘度提高组分来“改进”。例如因为炼制过程或添加剂已经用来优化燃料的其它重要的性质(如废气排放)，因此，可能并不必然利于好的发动机燃料经济性的基础燃料组分可以进行改性，以改进燃料经济性。可能已经预期添加剂或炼制过程对燃料经济性产生的有害效果可以通过提高燃料的粘度而至少部分地抵消。同样地，相对较低的预期燃料经济性水平可能是相关发动机或机动车的操作条件的结果，例如可能由于受发动机管理系统的控制。因此，本发明的用途和方法还可以有助于抵消至少部分由发动机操作条件/参数引起的较低的发动机燃料经济性。
例如在柴油燃料组合物的情况下，基础燃料包含相对低粘度的组分或由它们组成，所述相对低粘度的组分例如费-托或矿物衍生煤油组分、费-托或矿物衍生石脑油组分、所谓的“冬季GtL”费-托衍生瓦斯油、低粘度矿物油柴油组分或者生物柴油组分。在一些情况下，这些基础燃料的VK40(ASTMD-445或ENISO3104)可能低于欧洲柴油燃料规格EN590所允许的最大值，例如低于4.5mm2/s，或者低于3.5、3.2或3.0mm2/s。在一些情况下，它们的VK40可能低于EN590允许的最小值，例如低于2.0mm2/s或者甚至低于1.5mm2/s。在将VI改进添加剂掺入最终的汽车燃料组合物之前，可以在一种或多种这类燃料组分中进行预稀释。
根据本发明制备的汽车柴油燃料组合物将会适合地符合当前适用的标准规格，例如EN590(用于欧洲)或ASTMD-975(用于美国)。举例来说，总燃料组合物在15℃下的密度可以为820-845kg/m3(ASTMD-4052或ENISO3675)；T95沸点(ASTMD-86或ENISO3405)为360℃或更低；测量十六烷值(ASTMD-613)为51或更大；VK40(ASTMD-445或ENISO3104)为2-4.5mm2/s；硫含量(ASTMD-2622或ENISO20846)为50mg/kg或更低；和/或多环芳烃(PAH)含量(IP391(mod))为小于11%w/w。但是，相关规格可能随国家和年代变化，还可能取决于燃料组合物的计划用途。
但是，应当理解的是，根据本发明制备的柴油燃料组合物可以包含性质超出这些范围的燃料组分，这是因为总掺混物的性质经常会与它的单个组分的性质明显不同。
根据本发明制备的柴油燃料组合物适合地包含不超过5000ppmw(重量百万分率)的硫，通常为2000-5000ppmw或1000-2000ppmw，或者替代地为至多1000ppmw。该组合物例如为低硫或超低硫燃料，或者为不含硫的燃料，例如包含至多500ppmw的硫，有利地为不超过350ppmw，适合地为不超过100或50或甚至10ppmw。
根据本发明制备的汽车燃料组合物或用于该组合物中的基础燃料可以包含一种或多种燃料添加剂，或者可以不含添加剂。如果包含添加剂(例如在炼油厂加入到燃料中)，它可以包含少量的一种或多种添加剂。所选的例子或适合的添加剂包括(但不限于)：抗静电剂；管线减阻剂；流动改进剂(例如乙烯/乙酸乙烯酯共聚物或丙烯酸酯/马来酸酐共聚物)；润滑性增强添加剂(例如酯基或酸基添加剂)；去雾剂(例如烷氧基化的酚醛聚合物)；消泡剂(例如聚醚改性的聚硅氧烷)；点火改进剂/十六烷值增进剂(例如硝酸2-乙基己酯(EHN)、硝酸环己酯、二叔丁基过氧化物)；防锈剂(例如四丙烯基琥珀酸的丙烷-1,2-二醇半酯，或琥珀酸衍生物的多羟基醇酯)；缓蚀剂；芳香剂；耐磨添加剂；抗氧化剂(例如酚类如2,6-二叔丁基苯酚)；金属钝化剂；助燃剂；防静电添加剂；冷流动改进剂(例如单油酸甘油酯、己二酸二异癸酯)；抗氧化剂；和蜡防沉降剂。该组合物例如可以包含清净剂。含清净剂的柴油燃料添加剂已知且可商购。这些添加剂可以以旨在减少、去除或减缓发动机沉积物累积的水平加入到柴油燃料中。在一些实施方案中，燃料组合物包含消泡剂可能是有利的，更优选为消泡剂与防锈剂和/或缓蚀剂和/或润滑性增强添加剂组合。
当该组合物包含这些添加剂(除本发明的粘度提高组分之外)时，在粘度提高组分之外，它适合地包含小比例(如1%w/w或更低、0.5%w/w或更低、0.2%w/w或更低)的一种或多种燃料添加剂。除非另外说明，燃料组合物中每种添加剂的(活性物质)浓度可以为至多10000ppmw，如0.1-1000ppmw；和有利地为0.1-300ppmw，如0.1-150ppmw。
如果需要，一种或多种添加剂组分(如上面所列的那些)可以共混(例如连同适合的稀释剂)在添加剂浓缩物中，然后可将该添加剂浓缩物分散到基础燃料或燃料组合物中。根据本发明，可将粘度提高组分、特别是VI改进剂掺入这种添加剂配制物中。这种燃料添加剂混合物通常包含清净剂，任选地连同上述其它组分，以及与柴油燃料相容的稀释剂，该稀释剂可以为矿物油、溶剂如Shell公司以商标“SHELLSOL”销售的那些、极性溶剂如酯和特别是醇(例如己醇、2-乙基己醇、癸醇、异三癸醇和醇混合物如Shell公司以商标“LINEVOL”销售的那些，特别是作为C7-9伯醇的混合物的LINEVOL79醇，或可商购的C12-14醇混合物)。
燃料组合物中添加剂的总含量可以适合地为0-10000ppmw，和更适合地为低于5000ppmw。
这里使用的组分的量(例如浓度、ppmw和%w/w)是指活性物质，即不包括挥发性溶剂/稀释剂物料。
在一个实施方案中，本发明涉及使用粘度提高组分(例如VI改进添加剂)调节燃料组合物的粘度，以取得所需的目标粘度。
如上所述，适合地，粘度提高组分或VI改进剂使燃料组合物的粘度提高至少0.05mm2/s和小于2.0mm2/s。更适合地，粘度提高为0.25-1.0mm2/s，如0.3-0.8mm2/s。在一些特定的实施方案中，粘度提高为约0.32mm2/s、约0.67mm2/s，或者这些范围内的任何值。
汽车燃料组合物的最大粘度经常受到相关法律和/或商业规格的限制，例如欧洲柴油燃料规格EN590规定VK40最大为4.5mm2/s，而瑞典1类柴油燃料的VK40不能大于4.0mm2/s。但是当前生产的通常的商业汽车柴油燃料的粘度远低于这些规格，例如约为2-3mm2/s。因此，本发明可以涉及使用VI改进添加剂对其它标准规格的汽车燃料组合物进行处理以提高它的粘度，从而改进它被引入或要被引入其中的发动机的燃料经济性，同时保持在所需的或合法的粘度范围之内。
在一些优选的实施方案中，例如使用标准测试方法ASTMD-4052或ENISO3675测量，燃料组合物的密度受到加入粘度提高组分的影响小于1%，如小于0.1%。
根据本发明的另一方面，提供一种制备汽车燃料组合物的方法，该方法包括使汽车基础燃料与粘度提高组分掺混。该掺混可以出于这里所述的一个或多个目的而进行。
本说明书和权利要求书全文中，除非上下文需要，单数包括复数。特别地，当使用不定冠词时，除非上下文需要，应当理解为包括复数和单数。
因此，结合本发明的特定方面、实施方案或实施例进行描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或基团应理解为可用于这里所述的任何其它方面、实施方案或实施例，除非与之不相容。因此，本发明的“用途”特征可以直接应用于本发明的“方法”。此外，除非另外说明，这里公开的任何特征可用用于相同或相似目的的替代特征代替。
通过下列非限制性实施例进一步说明本发明。
实施例
引言
在这些实施例中，报告了用来评价燃料粘度对于柴油燃料经济性影响的试验台发动机测试程序的结果。将标准柴油与包含不同浓度的粘度提高组分的相同柴油燃料进行比较。使用VI改进剂、具体为ShellVis200(“SV200”)作为粘度提高组分。
1、测试平台和测试周期
为了评估燃料粘度对于柴油燃料经济性的潜在影响，使用MercedesBenz2.21柴油试验台发动机(OM646.963L-“OM646发动机”)进行研究。OM646发动机为安装在PAE试验台007上的共轨式柴油发动机。所用的OM646测试发动机的相关技术信息/数据示于表1。
表1
机动车 C220CDI，E220，施工期CDI2004-2007
气缸 4DOHC
排量 2148cm3
功率 110kW42001/min
扭矩 340Nm20001/min
压缩比 1:18
发动机管理 Bosch EDC
排放标准 EU4
喷射系统 共轨3-1600巴，压电喷射器
排气 DPF，λ探针，EGR
OM646发动机具有“开放的”EMS，因此有能力记录全部相关的EMS数据。为了获得单个测试的良好再现性，在测试开始之前准备和预调整发动机测试床。为此，在重复周期之间，发动机不停止但强制冷却至28℃。为了有助于找出燃料消耗的差异和引起该结果的发动机参数，在测试过程中记录如下参数：(i)油温；(ii)冷却剂温度；(iii)空气温度；(iv)燃料温度；和(v)电池温度。
1.1驾驶周期
选择非过渡性的新欧洲驾驶周期(NEDC)作为测试周期(图1)。NEDC驾驶周期由四个重复的市区驾驶周期(ECE)和一个市区外驾驶周期(EUDC)组成，所述市区外驾驶周期是指更高速的驾驶模式。NEDC是受到广泛认可的工业标准测试周期。
对初始的“冷起动”和随后的城市周期和陆路周期分别进行详细的燃料消耗分析。
对于该程序，单次燃料经济性测试运行由20次连续的NEDC组成，且各周期之间强制冷却至28℃。因此，NEDC周期不是标准冷起动NEDC测试的精确重复，标准冷起动NEDC测试在测试之间有最低6小时的均热期和冷却至约23℃。
2、测试燃料和测试设计
表2中给出了研究中使用的全部测试燃料的概况。如表中所示，通过向基础燃料组合物A0中加入FAME至5%w/w得到燃料组合物A1。然后，通过分别以1000mg/kg或2000mg/kg的浓度向燃料A1中加入VI改进剂SV200而得到测试燃料B1和B2。如表4所示，得到的测试燃料B1和B240℃下的绝对燃料粘度分别提高0.32和0.67mm2/s。这些粘度较高的燃料(B1和B2)与无硫柴油(ZSD)基础燃料A1进行对照。
表2
编号 PAE掺混# 描述 测试程序
A1 DK3003 DK2842(A0)+5%w/w FAME OM646VII粘度
B1 A1+1000mg/kg SV200 OM646VII粘度
B2 A1+2000mg/kg SV200 OM646VII粘度
如1.1节中所述，测试结果为20个周期的平均燃料经济性结果。除组合NEDC周期结果之外，分别确定对于四个1kmECE周期(第1-4阶段)和EUDC周期(第5阶段)的燃料消耗数据。表3显示了用于评估的测试序列。
表3
测试1 测试2 测试3 测试4 测试5 测试6
燃料编号 A1 B2 B1 B2 B1 A1
SV200(mg/kg) 0 2000 1000 2000 1000 0
表4中提供了所选燃料的进一步的分析细节。
表4
2.1测试结果
图2中绘制了组合NEDC测试的测量结果。数据质量不存在问题，和全部测试结果用于统计分析。这些数据表明，与当依靠不含粘度提高组分而其它方面均相同的对照燃料运行时的性能相比，使用包含粘度提高组分的本发明的两种测试燃料的发动机均表现出改进的燃料经济性。
表5中还分析和报告了在测试周期的每个单个阶段中燃料经济性的益处；图3中也图示了相同的结果。
如图所示，在SV200添加剂浓度为1000mg/kg时，观察到燃料经济性提高0.15%；而在SV200添加剂浓度为2000mg/kg时，可以确定燃料经济性提高0.59%(统计明显性为99%)。
表5
NEDC 第1阶段 第2阶段 第3阶段 第4阶段 EUDC
燃料B1 0.15% 0.09% 0.16% 0.36% 0.06% 0.21%
燃料B2 059% 052% 061% 108% 082% 047%
表6中提供了组合测试周期以及单个子周期的程序的更详细的测试数据。对于测试方案的每个阶段和每种燃料，示出了所用燃料的重量(单位g)。图4中以图形方式对这些结果进行了详细图解，其中：图A表示整个NEDC测试方案的燃料使用；图B表示测试方案第1阶段的燃料使用；图C表示测试方案第2阶段的燃料使用；图D表示测试方案第3阶段的燃料使用；图E表示测试方案第4阶段的燃料使用；和图F表示测试方案EUDC阶段的燃料使用。
3、结论
该研究的目的是在OM646测试台发动机中评价燃料粘度对于柴油燃料经济性的影响。如表5中所示，与对照燃料相比，以2000mg/kg的浓度使用可商购的粘度改进剂ShellVis200使得在NEDC周期中燃料经济性提高约0.6%(明显性水平99%)。同样如上所述，在一些周期中，与不含粘度提高组分的对照燃料相比，测试中的燃料经济性提高超过1%。在这些测试中，使用较高浓度的VI改进剂(即约0.75%)时，在市区驾驶周期中观察到的燃料经济性提高平均高于市区外驾驶周期。但是，对于使用较低浓度的VI改进剂的燃料来说，效果相反。值得注意的是，在所有阶段中和对于粘度提高组分的所有测试浓度来说，燃料经济性提高始终是正的。总之，与使用较低浓度(即1000mg/kg)的VI改进剂相比，使用较高浓度的VI改进剂的燃料经济性提高更大。
该研究表明柴油燃料组合物的粘度与燃料经济性第一相关。这种关系可用于不仅基于所需性质如排放性能、发动机清洁效果、功率和/或加速，还基于全部或特定驾驶条件下的燃料经济性，来掺混所需的燃料组合物，和选择用来掺混的燃料。

Claims (23)

1.粘度提高组分在柴油燃料组合物中的用途，用于通过降低所述燃料组合物被引入或要被引入其中的发动机或者由该发动机提供动力的机动车的燃料消耗和CO2排放而改进所述发动机的燃料经济性，其中所述粘度提高组分为粘度指数改进添加剂，和其中粘度指数改进添加剂包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包含选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的一种或多种单体嵌段。
2.权利要求1的用途，其中粘度指数改进添加剂包括聚苯乙烯-聚异戊二烯星形共聚物。
3.权利要求1或2的用途，其中粘度指数改进添加剂的使用浓度为0.01-1.0％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
4.权利要求3的用途，其中粘度指数改进添加剂的使用浓度为0.05-0.5％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
5.权利要求4的用途，其中粘度指数改进添加剂的使用浓度为0.1-0.3％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
6.权利要求1的用途，其中所述粘度提高组分为40℃下的运动粘度高于柴油燃料组合物的主要组分的少量高粘度柴油燃料或油组分。
7.权利要求6的用途，其中所述高粘度柴油燃料或油组分的使用浓度为1-30％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
8.权利要求7的用途，其中所述高粘度柴油燃料或油组分的使用浓度为2-20％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
9.权利要求8的用途，其中所述高粘度柴油燃料或油组分的使用浓度为3-10％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
10.权利要求9的用途，其中所述高粘度柴油燃料或油组分的使用浓度为5-8％w/w，基于所述燃料组合物的总重量计。
11.权利要求1或2的用途，其中与加入所述粘度提高组分之前的所述燃料组合物的粘度相比，所述粘度提高组分的使用量足以将所述燃料组合物40℃下的运动粘度提高至少0.2mm2/s。
12.权利要求11的用途，其中与加入所述粘度提高组分之前的所述燃料组合物的粘度相比，所述粘度提高组分的使用量足以将所述燃料组合物40℃下的运动粘度提高0.25-1.0mm2/s。
13.权利要求12的用途，其中与加入所述粘度提高组分之前的所述燃料组合物的粘度相比，所述粘度提高组分的使用量足以将所述燃料组合物40℃下的运动粘度提高0.32-0.67mm2/s。
14.权利要求1或2的用途，其中包含所述粘度提高组分的所述柴油燃料组合物40℃下的运动粘度为至多4.5mm2/s。
15.权利要求14的用途，其中包含所述粘度提高组分的所述柴油燃料组合物40℃下的运动粘度为2.0-4.0mm2/s。
16.权利要求15的用途，其中包含所述粘度提高组分的所述柴油燃料组合物40℃下的运动粘度为3.0-3.8mm2/s。
17.权利要求1或2的用途，其中所述柴油燃料组合物包含生物燃料。
18.权利要求1或2的用途，其中柴油燃料组合物包含至少2％w/w的脂肪酸甲酯，基于所述燃料组合物的总重量计。
19.权利要求18的用途，其中柴油燃料组合物包含5-50％w/w的脂肪酸甲酯，基于所述燃料组合物的总重量计。
20.权利要求19的用途，其中柴油燃料组合物包含5％w/w的脂肪酸甲酯，基于所述燃料组合物的总重量计。
21.权利要求1或2的用途，其中包含两种或更多种粘度提高组分。
22.通过降低发动机或由该发动机提供动力的机动车的燃料消耗和CO2排放而改进所述发动机的燃料经济性的方法，该方法包括将包含粘度提高组分的柴油燃料组合物引入发动机的燃烧室，其中所述粘度提高组分为粘度指数改进添加剂，和其中粘度指数改进添加剂包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包含选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的一种或多种单体嵌段。
23.操作压缩点火发动机和/或由该发动机提供动力的机动车的方法，该方法包括将包含粘度提高组分的柴油燃料组合物引入发动机的燃烧室，其中所述粘度提高组分为粘度指数改进添加剂，和其中粘度指数改进添加剂包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包含选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的一种或多种单体嵌段。
CN201180064516.7A 2010-12-08 2011-12-08 有关燃料经济性的改进 Active CN103314085B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10194245.6 2010-12-08
EP10194245 2010-12-08
PCT/EP2011/072205 WO2012076653A1 (en) 2010-12-08 2011-12-08 Improvements relating to fuel economy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103314085A CN103314085A (zh) 2013-09-18
CN103314085B true CN103314085B (zh) 2016-06-01

Family

ID=43548826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180064516.7A Active CN103314085B (zh) 2010-12-08 2011-12-08 有关燃料经济性的改进

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP2649165B1 (zh)
JP (1) JP6338857B2 (zh)
CN (1) CN103314085B (zh)
AU (1) AU2011340462A1 (zh)
BR (1) BR112013014274B1 (zh)
CA (1) CA2819550A1 (zh)
MY (1) MY172745A (zh)
RU (1) RU2013131112A (zh)
SG (1) SG190944A1 (zh)
WO (1) WO2012076653A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2980193A4 (en) * 2013-03-28 2016-11-16 Jx Nippon Oil & Energy Corp ENGINE OIL COMPOSITION SAVING FUEL
JP6147090B2 (ja) * 2013-05-28 2017-06-14 日油株式会社 ディーゼルエンジン用軽質燃料油リーク抑制剤及び軽質燃料油組成物
KR20160132100A (ko) 2014-03-12 2016-11-16 더루우브리졸코오포레이션 내연기관을 윤활처리하는 방법
RU2615510C1 (ru) * 2016-03-21 2017-04-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") Способ получения нефти с пониженной вязкостью и температурой застывания
EP3861090B1 (en) * 2018-10-05 2023-10-18 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Fuel compositions
WO2020157017A1 (en) 2019-01-29 2020-08-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Improvements relating to fuel economy
CN114746533A (zh) * 2020-08-03 2022-07-12 Jts工程私人有限公司 燃料利用方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009118302A2 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Automotive fuel compositions

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1304289A (zh) 1970-09-14 1973-01-24
GB1370093A (en) 1970-11-13 1974-10-09 Shell Int Research Lubricant compositions containing a viscosity index improver
GB1487823A (en) * 1973-08-13 1977-10-05 Mobil Oil Corp Block copolymers and organic compositions containing the same
EP0029622B1 (en) 1979-11-16 1984-07-25 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Modified hydrogenated star-shaped polymer, its preparation and a lubricating oil composition containing the polymer
US4427834A (en) 1981-12-21 1984-01-24 Shell Oil Company Dispersant-VI improver product
US4490267A (en) 1982-12-31 1984-12-25 Shell Oil Company Preparation of a lubricating oil additive, an additive thus prepared _and a lubricating oil containing this additive
US5302667A (en) * 1990-04-16 1994-04-12 Shell Oil Company Asymmetrical radial polymer and composition of matter comprising the same
US5906665A (en) * 1995-09-26 1999-05-25 General Technology Applications, Inc. High molecular weight fuel additive
WO2001048120A1 (en) 1999-12-23 2001-07-05 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Fuel compositions
US7727291B2 (en) * 2005-04-27 2010-06-01 Himmelsbach Holdings, Llc Low molecular weight fuel additive

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009118302A2 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Automotive fuel compositions

Also Published As

Publication number Publication date
CN103314085A (zh) 2013-09-18
AU2011340462A1 (en) 2013-06-20
RU2013131112A (ru) 2015-01-20
EP2649165A1 (en) 2013-10-16
SG190944A1 (en) 2013-07-31
BR112013014274B1 (pt) 2019-07-02
WO2012076653A1 (en) 2012-06-14
CA2819550A1 (en) 2012-06-14
JP2013545856A (ja) 2013-12-26
MY172745A (en) 2019-12-11
EP2649165B1 (en) 2017-11-22
JP6338857B2 (ja) 2018-06-06
BR112013014274A2 (pt) 2016-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103314085B (zh) 有关燃料经济性的改进
JP5619354B2 (ja) 燃料組成物
RU2510986C2 (ru) Композиция автомобильного топлива
JP2004269682A (ja) 軽油組成物
JP2004075723A (ja) 軽油組成物
JP2011105958A (ja) 軽油組成物の製造方法
JP2004067905A (ja) 軽油組成物
CN104169400A (zh) 粘度改进剂的用途
CN109153931A (zh) 蜡抗沉降添加剂在汽车燃料组合物中的用途
JP2005220329A (ja) 軽油組成物
JP2005220330A (ja) 軽油組成物
JP2004067899A (ja) 軽油組成物
JP2004067906A (ja) 軽油組成物及びその製造方法
JP3990227B2 (ja) 軽油組成物
US11578283B2 (en) Fuel economy
JP4119190B2 (ja) 軽油組成物及びその製造方法
JP4555027B2 (ja) 軽油組成物
JP5311976B2 (ja) 軽油組成物の製造方法
CN103282468A (zh) 通过加入聚合型粘度提高组分改进燃料
JP4555016B2 (ja) 軽油組成物
JP2011137174A (ja) 軽油組成物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant