CN108884403A - 燃料添加剂组合物以及相关方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及包括重石蜡馏分和较轻石油馏分，特别是包括氢化处理的和/或饱和的组分与溶剂脱蜡的和/或支链的组分的混合物的重石蜡馏分的燃料添加剂组合物。本公开还涉及包括燃料添加剂组合物和液体或固体可燃燃料的燃料组合物。相关方法包括制备燃料组合物的方法和燃烧燃料组合物的方法。所得到的燃料组合物具有若干改善的燃烧性能，比如改善的燃烧效率、改善的燃烧能量/卡路里含量、减少的硫产生和减少的灰分产生。

Description

燃料添加剂组合物以及相关方法和组合物
相关申请的交叉引用
要求于2015年11月4日提交的美国临时申请第62/251,021号的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及包括重石蜡馏分和(较轻)石油馏分，特别是包括氢化处理的和/或饱和的组分与溶剂脱蜡的和/或支链的组分的混合物的重石蜡馏分的燃料添加剂组合物。本公开还涉及包括燃料添加剂组合物和液体或固体可燃燃料的燃料组合物。相关方法包括制备该燃料组合物的方法和燃烧该燃料组合物的方法。
背景技术
燃料添加剂组合物与燃料组合使用，并且它们通常旨在与特定类型的燃料(例如石油馏分燃料，比如汽油、柴油、喷气燃料或其他较重的燃料油，而通常不是组分分子量跨越宽范围的石油馏分光谱的多种类型的燃料和/或烃类(比如烷烃、环烷烃和芳香烃))使用。燃料添加剂组合物当与燃料混合时，可以得到具有一种或多种改善的燃烧性质的燃料，比如改善的燃烧效率、改善的燃烧能量/卡路里含量、减少的硫产生、减少的灰分产生等。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种燃料添加剂组合物，包括：(a)氢化处理的重石蜡馏分(例如CAS64742-54-7)，该氢化处理的重石蜡馏分以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如，按重量计至少10％、20％、25％、28％或30％和/或至多32％、34％、40％或50％)的量存在；(b)溶剂脱蜡的重石蜡馏分(例如，CAS64742-65-0)，该溶剂脱蜡的重石蜡馏分以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如，按重量计至少10％、25％、30％、34％或35％和/或至多39％、40％、41％、45％或50％)的量存在；以及(c)石油馏分，该石油馏分包括具有5至16个碳原子(例如至少5、6或7个碳原子和/或至多12、13、14、15或16个碳原子)的烃(例如直链烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳烃)，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如按重量计至少10％、20％、25％、29％或30％和/或至多34％、35％、40％或50％)的量存在。在改进中，(i)氢化处理的重石蜡馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在；ii)溶剂脱蜡的重石蜡馏分以25wt.％至45wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在。在另一个改进中，(i)氢化处理的重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；(ii)溶剂脱蜡的重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
在另一方面，本公开涉及一种燃料添加剂组合物，包括：(a)饱和的重石蜡馏分，该饱和的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如，按重量计至少10％、20％、25％、28％或30％和/或至多32％、34％、40％或50％；基本上不含不饱和石蜡和/或芳香烃，比如按饱和的重石蜡馏分的重量计少于5％、2％、1％或0.1％；该烃可以在C20-C50范围内，但不一定跨越全部范围内的每个碳数(即跨越其子范围))的量存在；(b)支链的重石蜡馏分，该支链的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如，按重量计至少10％、25％、30％、34％或35％和/或至多39％、40％、41％、45％或50％；基本上不含直链烷烃，比如按支链的重石蜡馏分的重量计少于5％、2％、1％或0.1％；该烃可以在C20-C50范围内，但不一定跨越整个范围内的每个碳数(即，跨越其子范围))的量存在；以及(c)石油馏分，该石油馏分包括具有5至16个碳原子(例如，至少5、6或7个碳原子和/或至多12、13、14、15或16个碳原子)的烃(例如，直链烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃)，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内(例如，按重量计至少10％、20％、25％、29％或30％和/或至多34％、35％、40％或50％)的量存在。在改进中，(i)饱和重石蜡馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在；(ii)支链的重石蜡馏分以25wt.％至45wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在。在另一个改进中，(i)饱和重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；(ii)支链重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
另一方面，本公开涉及一种燃料添加剂组合物，包括：(a)包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃的氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分；(b)包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃的溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分；(c)包括具有5至16个碳原子的烃的石油馏分；(d)(任选地)燃烧催化剂(例如，金属氧化物(氧化)催化剂，比如例如纳米颗粒形式的氧化铈；作为稳定的分散体燃料添加剂组合物存在于相应的燃料组合物)；以及(e)(任选地)十六烷值改进剂(例如，本领域已知的增加柴油燃料的十六烷值的化学品，比如硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物，特别是2-乙基己基硝酸盐(CAS 27247-96-7)。在改进中，(i)氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为0.90至1.05(例如，0.95至1.00)；并且(ii)溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为1.00至1.30(例如1.05至1.25或1.10至1.20)。在另一改进中，组分(a)、(b)和(c)总共以基于燃料添加剂组合物的5wt.％至40wt.％的范围内(例如，按重量计至少5％、10％、15％、20％或25％和/或至多20％、25％、30％或40％)的总量存在。在另一改进中，燃烧催化剂以基于燃料添加剂组合物的0.2wt.％至5wt.％的范围内(例如，按重量计至少0.2％、0.5％、0.8％或1.2％和/或至多1.5％、2％、3％或5％)的量存在。在另一改进中，十六烷值改进剂以基于燃料添加剂组合物的30wt.％至90wt.％的范围内(例如，按重量计至少30％、40％、50％或60％和/或至多50％、60％、70％、80％或90％)的量存在。在另一改进中，组分(e)相对于组分(a)、(b)和(c)总和的重量比的范围为1至8(例如，至少1、1.5、2、2.5或3和/或至多2、3、4、5、6或8)。在另一改进中，燃烧催化剂包括氧化铈(例如，氧化铈是唯一存在的燃烧催化剂)。在另一改进中，燃烧催化剂为纳米颗粒的形式，其平均尺寸范围为2nm至50nm(例如，通过光散射或其他合适方法测定的重量、体积或数目平均尺寸；至少2、5、8、10、15或20nm和/或至多10、15、20、30、40或50nm，比如5nm或10nm至20nm或30nm)。在另一改进中，十六烷值改进剂包括2-乙基己基硝酸盐。在另一改进中，燃料添加剂组合物进一步包括一种或多种选自由以下组成的组中的添加剂：抗氧化剂、抗微生物剂、抗静电剂及其组合的添加剂。在另一改进中，燃料添加剂组合物基本上不含醇。在另一改进中，燃料添加剂组合物基本上不含除组分(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、抗氧化剂、抗微生物剂、抗静电剂以外的组分。
燃料添加剂组合物通常在室温(约25℃)下且优选在大多数或所有操作环境温度(例如低至约-10℃、-5℃、0℃或5℃和/或高达约40℃)下为液体形式。燃料添加剂组合物可以通过其组分的任何合适的共混或混合过程(例如搅拌、搅动、高剪切混合、超声混合等)形成。
燃料添加剂组合物中氢化处理的或饱和的重石蜡馏分的各种改进是可能的。在改进中，氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分(例如，通过ASTM D445)在40℃下测量的粘度范围为15cSt至60cSt(例如，20cSt至40cSt)。例如，氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分可以包括以下的共混物：(i)(例如，通过ASTM D445)在40℃下测量的粘度范围为15cSt至30cSt(例如，15cSt至25cSt)的低粘度氢化处理的或饱和的重石蜡馏分以及(ii)(例如，通过ASTM D445)在40℃下测量的粘度范围为30cSt至60cSt(例如35cSt至50cSt)的高粘度氢化处理的或饱和的重石蜡馏分。在另一改进中，氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分(例如通过ASTM D445)在100℃下测量的粘度范围为3cSt至10cSt(例如4cSt至7cSt)。在另一改进中，氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分(例如，通过ASTM D4052测量)的密度范围为0.845kg/L至0.870kg/L(例如，0.850kg/L至0.865kg/L)。
燃料添加剂组合物中的溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分的各种改进是可能的。在改进中，溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分(例如通过ASTM D445)在40℃下测量的粘度范围为200cSt至600cSt(例如，400cSt至550cSt)。在另一改进中，溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分(例如通过ASTM D445)在100℃下测量的粘度范围为15cSt至50cSt(例如，25cSt至40cSt)。
燃料添加剂组合物中的石油馏分的各种改进是可能的。在改进中，石油馏分包括具有7至12个碳原子的烃(例如，石油馏分和/或燃料添加剂组合物基本上不含具有5、6、13、14、15或16个碳原子的烃，比如按石油馏分或燃料添加剂组合物的重量计少于5％、2％、1％或0.1％；例如Stoddard溶剂作为石油馏分，具有约30-50wt.％的直链和支链烷烃、约30-40wt.％的环烷烃和约10-20wt.％的芳香烃)。在另一改进中，石油馏分选自由以下组成的组中：矿物精、矿物松节油、石油精、石脑油、Stoddard溶剂、煤油及其组合。
燃料添加剂组合物的各种改进是可能的。在改进中，(i)氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为0.90至1.05(例如，0.95至1.00)；并且(ii)溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为1.00至1.30(例如1.05至1.25或1.10至1.20)。在另一改进中，燃料添加剂组合物进一步包括一种或多种选自由以下组成的组中的添加剂：燃烧催化剂(例如，含铈催化剂，比如氧化铈纳米颗粒)、抗氧化剂(例如，4,4'-亚甲基双(2,6-二-叔丁基苯酚))、抗微生物剂、抗静电剂及其组合。在另一改进中，燃料添加剂组合物基本上不含醇(例如，基于燃料添加剂组合物少于5wt.％、2wt.％、1wt.％、0.1wt.％或0.01wt.％的醇，例如总烷基醇，比如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、其异构体以及其混合物)。在另一改进中，燃料添加剂组合物基本上不含除了氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分、溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分以及石油馏分以外的组分(例如，基于燃料添加剂组合物，少于5wt.％、2wt.％、1wt.％、0.1wt.％或0.01wt.％；例如在其他组分包括一种或多种上述添加剂的情况下)。
另一方面，本公开涉及一种燃料组合物，包括：(a)任何前述方面、改进和实施方式的燃料添加剂组合物；和(b)可燃燃料；其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000。在各种改进中，可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比可以是至少2、3、5、10、15、20、25、50、100或200和/或至多5、7、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、200、500、800或1000。在各种实施方式中，取决于针对目标改进的具体的可燃燃料和期望的燃烧性质，重量比的范围可以为2至30、2至20、2至10、2至8、3至40、3至25、3至15、3至10、3至7、5至50、5至40、5至30、5至15、10至60、10至30、15至25、50至800或200至800。在一些实施方式中，可燃燃料包括液体燃料。在其他实施方式中，可燃燃料包括固体燃料(例如煤)。
另一方面，本公开涉及一种燃料组合物，包括：燃料添加剂组合物，该燃料添加剂组合物包括(a)包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃的氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分；(b)包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃的溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分；(c)包括具有5至16个碳原子的烃的石油馏分；(d)燃烧催化剂；和(e)十六烷值改进剂；以及可燃燃料(例如，燃料油、柴油燃料、生物柴油燃料)；其中：(i)可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000；(ii)基于燃料组合物的重量，燃料添加剂组合物的组分(a)、(b)和(c)总共以10ppm至5000ppm的范围内的总量存在(例如，按重量计至少10、20、50、100、200或500ppm和/或至多200、500、1000、2000、5000或10000ppm)；(iii)基于燃料组合物的重量，燃烧催化剂以2ppm至100ppm的范围内的量存在(例如，按重量计至少2、5、10、15或20ppm和/或至多15、20、25、30、50或100ppm)；并且(iv)基于燃料组合物的重量，十六烷值改进剂以100ppm至10000ppm的范围内的量存在(例如，按重量计至少100、200、500、800、1000或2000ppm和/或至多2000、3500、5000、8000或10000ppm)。在各种改进中，可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比可以是至少2、3、5、10、15、20、25、50、100或200和/或至多5、7、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、200、500、800或1000。在各种实施方式中，取决于针对目标改进的具体的可燃燃料和期望的燃烧性质，重量比范围可以为2至30、2至20、2至10、2至8、3至40、3至25、3至15、3至10、3至7、5至50、5至40、5至30、5至15、10至60、10至30、15至25、50至800或200至800。在另一改进中，燃料组合物的十六烷值为至少50(例如，至少50、52或55和/或至多55、58或60；选择十六烷值改进剂的量以单独增加可燃燃料的十六烷值达到期望的水平；十六烷值可通过已知方法测定，比如合作燃料研究(CFR)发动机的ASTM D-613(ISO 5165)、点火质量测试仪(IQT)的D-6890、燃料点火测试仪(FIT)的D-7170和十六烷值点火延迟(CID 510)的D-7668)。
在室温(约25℃)下且优选在大多数或所有操作环境温度(例如低至约-10℃、-5℃、0℃或5℃和/或高达约40℃)下，燃料组合物通常可以为液体形式，比如当可燃燃料在这样的温度下也是液体形式时。在其他实施方式中，例如当可燃燃料是固体燃料时，燃料组合物可以在这样的温度下为被液体包覆的固体的形式。燃料添加剂组合物可以通过其组分的任何合适的共混或混合过程(例如搅拌、搅动、高剪切混合、超声混合等)形成，例如通过将已形成的燃料添加剂组合物与可燃燃料共混或者通过将燃料添加剂组合物的个别组分直接与可燃燃料共混来形成。
燃料组合物的各种改进是可能的。在改进中，燃料组合物基本上不含醇(例如，基于燃料组合物少于5wt.％、2wt.％、1wt.％、0.1wt.％或0.01wt.％的醇，例如总烷基醇，比如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、其异构体以及其混合物)。在另一改进中，燃料组合物基本上不含除了燃料添加剂组合物和可燃燃料之外的组分(例如，基于燃料组合物少于5wt.％、2wt.％、1wt.％、0.1wt.％或0.01wt.％)。
液体燃料作为燃料组合物中的可燃燃料的各种改进是可能的。在改进中，液体燃料包括石油馏分燃料或油(例如，烷烃、环烷烃和/或芳香烃)。在另一改进中，液体燃料包括以下中的一种或多种：燃料油#1(还包括柴油燃料#1或馏分#1)、燃料油#2(还包括柴油燃料#2、馏分#2或加热油)、燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5、燃料油#6(或船用燃料)、煤油(例如，包括燃料油#1或其组分)、喷气燃料(例如，包括燃料油#1或其组分)、汽油(例如，包括燃料油#1或其组分)、柴油燃料(或石化柴油；例如，包括燃料油#2或其组分)、液化天然气(LNG)及其混合物。在另一改进中，液体燃料包括汽油(例如，汽油作为唯一燃料或与另一种燃料混合)。在另一改进中，液体燃料包括柴油燃料(例如，作为唯一燃料的柴油燃料或与比如燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5或燃料油#6的另一种燃料混合)。在另一改进中，液体燃料包括燃料油#6(例如，燃料油#6作为唯一燃料或与另一种燃料混合)。在另一改进中，液体燃料包括生物柴油燃料(例如，一种或多种脂肪酸烷基酯，比如甲酯或乙酯)。在另一改进中，液体燃料包括喷气燃料，其可以是煤油型燃料(例如，具有每分子约8至16个碳的碳范围的烃)或石脑油型燃料(例如，具有每分子约5至15个碳的碳范围的烃)，具有或没有燃料添加剂(例如，腐蚀抑制剂、润滑剂、氧化剂、防冻剂等中的一种或多种)。普通喷气燃料配方的实例包括Jet A和Jet A-1(例如，用于民用飞机)以及JP-5(“喷气推进剂”)、JP-7和JP-8(例如军用飞机)。
另一方面，本公开涉及用于燃烧燃料组合物的方法，该方法包括：例如在发动机、发电机或其他燃烧室中，燃烧任何前述方面、改进和实施方式的燃料组合物，以提供各种形式的动力或驾驶车辆或船只。
用于燃烧燃料组合物的方法的各种改进是可能的。在改进中，该方法包括在车辆发动机(例如，汽车或其他机动车辆(比如汽车、(轻型)卡车或半挂车)中的内燃发动机)中燃烧燃料组合物，例如以向车辆提供动力或驱动力。在进一步改进中，可燃燃料可以包括汽油(例如，用于汽油发动的车辆发动机)。在另一种进一步的改进中，可燃燃料可以包括柴油燃料(例如，用于柴油发动的车辆发动机)。在另一改进中，该方法包括在发电机(例如，比如不在车辆中的比如用于(电力)发电的固定的或移动的发电机)中燃烧燃料组合物。在进一步改进中，可燃燃料可以包括柴油燃料。在另一个进一步改进中，可燃燃料可以包括以下中的一种或多种：燃料油#1、燃料油#2、燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5和燃料油#6。在另一改进中，该方法包括在船用发动机或船舶发动机中燃烧燃料组合物。在进一步改进中，可燃燃料可以包括燃料油#6。
另一方面，本公开涉及用于制备燃料组合物的方法，该方法包括：将前述方面、改进和实施方式中任一项的燃料添加剂组合物与前述方面、改进和实施方式中任一项的可燃燃料混合，以形成燃料组合物；其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000(例如，在混合期间和/或在最终混合燃料组合物中)。在各种改进中，可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比可以是至少2、3、5、10、15、20、25、50、100或200和/或至多5、7、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、200、500、800或1000。在各种实施方式中，取决于针对目标改进的具体的可燃燃料和期望的燃烧性质，重量比的范围可以为2至30、2至20、2至10、2至8、3至40、3至25、3至15、3至10、3至7、5至50、5至40、5至30、5至15、10至60、10至30、15至25、50至800或200至800。
尽管所公开的组合物和方法容许各种形式的实施方式，但是本公开的具体实施方式被示出(并且将在下文中被描述)，理解的是，该公开内容意图是说明性的，并且不意图将权利要求限于本文描述和说明的具体实施方式。
具体实施方式
本公开涉及包括重石蜡馏分和较轻石油馏分，特别是包括氢化处理的和/或饱和的组分与溶剂脱蜡的和/或支链的组分的混合物的重石蜡馏分的燃料添加剂组合物。在一些实施方式中，燃料添加剂组合物进一步包括燃烧催化剂和/或十六烷值改进剂(例如，比如当意图添加到柴油燃料组合物时)。本公开还涉及包括燃料添加剂组合物和液体或固体可燃燃料的燃料组合物。相关方法包括制备燃料组合物的方法和燃烧燃料组合物的方法。所得到的燃料组合物具有若干改善的燃烧性能，比如改善的燃烧效率、改善的燃烧能量/卡路里含量、减少的硫产生和减少的灰分产生。
氢化处理的重石蜡馏分(例如CAS 64742-54-7)可用于所公开的燃料添加剂。该馏分可以通过在催化剂存在下用氢处理石油馏分而形成，并且它们主要由碳原子数为C20至C50的饱和烃组成，并且成品油的粘度在100°F下通常不低于100SUS(Seybolt通用秒)。在石油馏分的氢化后，它们通常可以大部分含有饱和烃。
所公开的燃料添加剂中可以使用溶剂脱蜡的重石蜡馏分(例如，CAS 64742-65-0)。该馏分可以通过溶剂结晶从石油馏分中除去正链烷而形成，并且它们主要由碳数为C20至C50的烃组成，并且成品油的粘度在100°F下通常不低于100SUS(Seybolt通用秒)。在除去正链烷烃后，它们通常可以含有剩余的支链烃。
在所公开的燃料添加剂组合物中可以使用各种合适的石油馏分。Stoddard溶剂是石油馏分混合物，通常包括C7-C12烃。该混合物可以包括三组主要组分：直链和支链烷烃(例如，链烷烃；总混合物的约30-50％)；环烷烃(例如，环烷或环烷属烃；总混合物的约30-40％)和芳香烃(总混合物的约10-20％)。Stoddard溶剂是不同处理的油馏分的提炼混合物。Stoddard溶剂通常具有150-200℃的沸程。在其他实施方式中，Stoddard溶剂可包括C5-C12烃并具有185-207℃的沸程。石油溶剂是类似于Stoddard溶剂的合适的石油馏分，具有介于C7和C11之间的范围的烃。石脑油是合适的石油馏分，主要含有C5-C13脂肪族烃，并在30-238℃下蒸馏。
燃烧催化剂通常改善燃烧反应(例如，作为氧化催化剂)，提高燃料组合物中可燃燃料的分解，由此降低未燃烧的碳氢燃料、烟灰、NOx产物等形式的潜在污染物。合适的燃烧(或氧化)催化剂包括各种氧化物，例如金属氧化物，比如含铈(例如氧化铈或二氧化铈(ceria))、镁、铝和/或钴的金属氧化物。非金属氧化燃烧催化剂的实例包括过氧化物，比如过氧化氢。此外，燃烧催化剂可以表现出对发动机的活塞和汽缸(例如，由于其上的残余物的氧化)的清洁效果。优选地，燃烧催化剂为纳米颗粒形式(例如，当其是金属氧化物时)，该纳米颗粒形式例如具有平均尺寸(例如，比如通过光散射或其他合适的方法测定的重量、体积或数目平均尺寸)范围为2nm至50nm，更一般地至少2、5、8、10、15或20nm和/或至多10、15、20、30、40或50nm(例如，5nm或10nm至20nm或30nm)的尺寸分布。燃烧催化剂，特别是当其为纳米颗粒形式时，可以以催化剂在合适的烃介质(例如本文公开的任何重石蜡馏分和/或较轻石油馏分)中的稳定的、浓缩的分散体的形式提供。燃烧催化剂分散体可以作为可混溶组分与燃料添加剂组合物中的重石蜡馏分和较轻石油馏分以及相应的燃料组合物共混，得到燃烧催化剂在相应组合物中的稳定分散体。氧化铈燃烧催化剂的合适的浓缩分散体可以从NYACOL Nano Technologies，Inc.(Ashland，MA)获得。
十六烷值改进剂通常是如本领域已知的提高柴油燃料的十六烷值的化学品，例如包括硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物。特别合适的十六烷值改进剂是2-乙基己基硝酸盐(CAS 27247-96-7)。十六烷值改进剂在通常使用温度下通常为液体，并且其可以作为可混溶组分与燃料添加剂组合物中的重石蜡馏分和较轻石油馏分以及相应的燃料组合物共混。十六烷值改进剂通常具有比其相应的可燃燃料(例如，在燃料组合物中共混在一起)更低的分解温度，使得其将在相对较低的温度下开始分解或点燃，其进而开始点燃相应的可燃燃料(例如，特定类型的柴油或其他)。合适地，十六烷值改进剂被包括在燃料添加剂组合物中，其水平足以将燃料组合物的十六烷值提高到至少50或55(例如，至少50、52或55和/或至多55、58、55或60)，比如其中可燃燃料本身具有约40至45或50的较低十六烷值。组合物的十六烷值可以通过已知方法测定，比如合作燃料研究(CFR)发动机的ASTM D-613(ISO 5165)、点火质量测试仪(IQT)的D-6890、燃料点火测试仪(FIT)的D-7170和十六烷值点火延迟(CID 510)的D-7668。
所公开的燃料添加剂组合物，相关燃料组合物和相关方法的各种实施方式在以下编号段落中提供。
1.一种燃料添加剂组合物，包括：(a)氢化处理的重石蜡馏分，该氢化处理的重石蜡馏分以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；(b)溶剂脱蜡的重石蜡馏分，该溶剂脱蜡的重石蜡馏分以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；以及(c)石油馏分，该石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在。
2.段落1所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)氢化处理的重石蜡馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在；(ii)溶剂脱蜡的重石蜡馏分以25wt.％至45wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以20wt.％至40wt.％％的范围内的量存在。
3.段落1所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)氢化处理的重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；(ii)溶剂脱蜡的重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
4.一种燃料添加剂组合物，包括：(a)饱和的重石蜡馏分，该饱和的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；(b)支链的重石蜡馏分，该支链的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；和(c)石油馏分，该石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃，并且以基于燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在。
5.段落4所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)饱和的重石蜡馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在；(ii)支链的重石蜡馏分以25wt.％至45wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以20wt.％至40wt.％的范围内的量存在。
6.段落4所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)饱和的重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；(ii)支链的重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且(iii)石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
7.一种燃料添加剂组合物，包括：(a)氢化处理的重石蜡馏分；(b)溶剂脱蜡的重石蜡馏分；(c)包括具有5至16个碳原子的烃的石油馏分；(d)(任选地)燃烧催化剂；和(e)(任选地)十六烷值改进剂。
8.一种燃料添加剂组合物，包括：(a)饱和的重石蜡馏分，该饱和的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃；(b)支链的重石蜡馏分，支链的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃；(c)石油馏分，该石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃；(d)(任选地)燃烧催化剂；和(e)(任选地)十六烷值改进剂。
9.段落7或8所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为0.90至1.05；并且(ii)溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为1.00至1.30。
10.段落7至9中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中基于燃料添加剂组合物，组分(a)、(b)和(c)总共以5wt.％至40wt.％的范围内的总量存在。
11.段落7至10中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中燃烧催化剂以基于燃料添加剂组合物的0.2wt.％至5wt.％的范围内的量存在。
12.段落7至11中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中十六烷值改进剂以基于燃料添加剂组合物的30wt.％至90wt.％的范围内的量存在。
13.段落7至12中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中组分(e)相对于组分(a)、(b)和(c)的总和的重量比范围为1至8。
14.段落7至13中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中燃烧催化剂包括氧化铈。
15.段落7至14中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中燃烧催化剂为平均尺寸范围为2nm至50nm的纳米颗粒的形式。
16.段落7至15中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中十六烷值改进剂包括2-乙基己基硝酸盐。
17.段落1至16中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分在40℃下测量的粘度范围为15cSt至60cSt。
18.段落17所述的燃料添加剂组合物，其中氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分包括以下的共混物：(i)在40℃下测量的粘度范围为15cSt至30cSt的低粘度氢化处理的或饱和的重石蜡馏分以及(ii)在40℃下测量的粘度为30cSt至60cSt的高粘度氢化处理的或饱和的重石蜡馏分。
19.段落1至18中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分在100℃下测量的粘度范围为3cSt至10cSt。
20.段落1至19中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分的密度范围为0.845kg/L至0.870kg/L。
21.段落1至20中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分在40℃下测量的粘度范围为200cSt至600cSt。
22.段落1至21中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分在100℃下测量的粘度范围为15cSt至50cSt。
23.段落1至22中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中石油馏分包括具有7至12个碳原子的烃。
24.段落1至23中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中石油馏分选自由以下组成的组中：矿物精、矿物松节油、石油精、石脑油、Stoddard溶剂、煤油及其组合。
25.段落1至24中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中：(i)氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为0.90至1.05；并且(ii)溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于石油馏分的重量比范围为1.00至1.30。
26.段落1至25中任一段所述的燃料添加剂组合物，进一步包括一种或多种选自由以下组成的组中的添加剂：燃烧催化剂、抗氧化剂、抗微生物剂、抗静电剂及其组合。
27.段落1至26中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中燃料添加剂组合物基本上不含醇。
28.段落1至27中任一段所述的燃料添加剂组合物，其中燃料添加剂组合物基本上不含除了氢化处理的重石蜡馏分或饱和的重石蜡馏分、溶剂脱蜡的重石蜡馏分或支链的重石蜡馏分和石油馏分以外的组分。
29.一种燃料组合物，包括：(a)段落1至28中任一段所述的燃料添加剂组合物和(b)可燃燃料；其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000。
30.段落29所述的燃料组合物，其中可燃燃料包括液体燃料。
31.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括石油馏分燃料或油。
32.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括以下中的一种或多种：燃料油#1、燃料油#2、燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5、燃料油#6、煤油、喷气燃料、汽油、柴油燃料、液化天然气及其混合物。
33.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括汽油。
34.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括柴油燃料。
35.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括燃料油#6。
36.段落30所述的燃料组合物，其中液体燃料包括生物柴油燃料。
37.段落29所述的燃料组合物，其中可燃燃料包括固体燃料。
38.段落29至37、43或44中任一段所述的燃料组合物，其中燃料组合物基本上不含醇。
39.段落29至38、43或44中任一段所述的燃料组合物，其中燃料组合物基本上不含除了燃料添加剂组合物和可燃燃料之外的组分。
40.段落29至39中任一段所述的燃料组合物，其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至20。
41.段落29至40中任一段所述的燃料组合物，其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为3至15。
42.段落29至41中任一段所述的燃料组合物，其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为5至50。
43.一种燃料组合物，包括：段落7至28中任一段所述的燃料添加剂组合物；和可燃燃料；其中：(i)可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000；(ii)基于燃料组合物的重量，燃料添加剂组合物的组分(a)、(b)和(c)总共以10ppm至5000ppm的范围内的总量存在；(iii)基于燃料组合物的重量，燃烧催化剂以2ppm至100ppm的范围内的量存在；并且(iv)基于燃料组合物的重量，十六烷值改进剂以100ppm至10000ppm的范围内的量存在。
44.段落43所述的燃料组合物，其中燃料组合物的十六烷值为至少50。
45.一种用于燃烧燃料组合物的方法，该方法包括：燃烧根据段落29至44中任一段所述的燃料组合物。
46.段落45所述的方法，包括在车辆发动机中燃烧燃料组合物。
47.段落46所述的方法，其中可燃燃料包括汽油。
48.段落46所述的方法，其中可燃燃料包括柴油燃料。
49.段落45所述的方法，包括在发电机中燃烧燃料组合物。
50.段落49所述的方法，其中可燃燃料包括柴油燃料。
51.段落49所述的方法，其中可燃燃料包括以下中的一种或多种：燃料油#1、燃料油#2、燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5和燃料油#6。
52.段落45所述的方法，包括在船用发动机中燃烧燃料组合物。
53.段落52所述的方法，其中可燃燃料包括燃料油#6。
54.一种用于制备燃料组合物的方法，该方法包括：将段落1至28中任一段所述的燃料添加剂组合物与可燃燃料混合以形成所述燃料组合物；其中可燃燃料与燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000。
实施例
以下实施例说明了所公开的燃料添加剂组合物，但并不意图限制其任何权利要求的范围。
在实施例1-3中，制备燃料添加剂组合物并将其单独燃烧或与粉碎的粉末盆煤(basin coal)(即固体燃料组合物)组合燃烧。实施例1通过将以下混合来制备：(i)60wt.％氢化处理的重石蜡馏分(CAS 64742-54-7；可作为CHEVRON 100N获得，来自Chevron USA的中性油100C和中性油220C的共混物)、(ii)8.0wt.％溶剂脱蜡的重石蜡馏分(CAS 64742-65-0；可作为CALPAR 2500从Calumet Shreveport Lubricants and Waxes获得)和(iii)32.0wt.％Stoddard溶剂形式的石油馏分(CAS 64742-88-7；可从Fisher Scientific获得)。实施例2以与实施例1相同的方式制备，但不同的是含有(i)31.2wt.％氢化处理的重石蜡馏分、(ii)36.8wt.％溶剂脱蜡的重石蜡馏分和(iii)32.0wt.％Stoddard溶剂形式的石油馏分。实施例3是商业可得的比较燃料添加剂组合物。
将实施例配方单独燃烧或与煤组合燃烧并测量水分含量(wt.％；ASTM D2961/D3173)、灰分含量(wt.％；ASTM D3174)、硫含量(ASTM D4239)、BTU含量(BTU/lb；ASTMD5865)、挥发性物质(wt.％，ASTM D3175)和固定碳含量(wt.％).实施例制剂或煤单独燃烧的结果按照收到基、干基和MAF基(仅BTU；无水无灰基)总结在表1中。实施例配方与煤组合燃烧的结果按照收到基、干基和MAF基(仅BTU；无水无灰基)总结于表2中。对于使用煤的燃烧测试，实施例配方与煤以1或2份燃料添加剂组合物与10份煤的重量比混合。
表1.燃料添加剂配方的燃烧数据
表2.燃料添加剂配方与煤的燃烧数据
由于对于本领域技术人员而言为了适应特定的操作要求和环境而变化的其他修改和改变将是明显的，因此本公开不被认为限于所选择用于说明目的的实施例，并且覆盖不背离本公开的真实精神和范围的所有改变和修改。
因此，前面的描述仅仅是为了清楚理解而给出的，而不应从其中理解到不必要的限制，因为在本公开的范围内的修改对于本领域普通技术人员来说可能是明显的。
本说明书中引用的所有专利、专利申请、政府出版物、政府法规和文献参考均以其整体通过引用并入本文。在冲突的情况下，以本说明书(包括定义)为准。
在整个说明书中，在组合物、方法或设备被描述为包括组分、步骤或材料的情况下，除非另有说明，否则预期组合物、方法或设备还可以包括以下，实质上由以下组成，或由以下组成：所叙述的组分或材料的任何组合。除非另外特别指出，否则组分浓度可以以重量浓度表示。考虑到前面的公开内容，如本领域普通技术人员将理解的，组分的组合预期包括均相和/或非均相混合物。

Claims (35)

1.一种燃料添加剂组合物，包括：
(a)氢化处理的重石蜡馏分，所述氢化处理的重石蜡馏分以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；
(b)溶剂脱蜡的重石蜡馏分，所述溶剂脱蜡的重石蜡馏分以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；以及
(c)石油馏分，所述石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃并且以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在。
2.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中：
(i)所述氢化处理的重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；
(ii)所述溶剂脱蜡的重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且
(iii)所述石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
3.一种燃料添加剂组合物，包括：
(a)饱和的重石蜡馏分，所述饱和的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃，并且以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；
(b)支链的重石蜡馏分，所述支链的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的支链烃，并且以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在；以及
(c)石油馏分，所述石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃，并且以基于所述燃料添加剂组合物的10wt.％至50wt.％的范围内的量存在。
4.如权利要求3所述的燃料添加剂组合物，其中：
(i)所述饱和的重石蜡馏分以28wt.％至34wt.％的范围内的量存在；
(ii)所述支链的重石蜡馏分以34wt.％至40wt.％的范围内的量存在；并且
(iii)所述石油馏分以29wt.％至35wt.％的范围内的量存在。
5.一种燃料添加剂组合物，包括：
(a)氢化处理的重石蜡馏分；
(b)溶剂脱蜡的重石蜡馏分；
(c)石油馏分，所述石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃；
(d)燃烧催化剂；以及
(e)十六烷值改进剂。
6.一种燃料添加剂组合物，包括：
(a)饱和的重石蜡馏分，所述饱和的重石蜡馏分包括具有20至50个碳原子或其子范围的饱和烃；
(b)支链的重石蜡馏分，所述支链的重石蜡馏分包括具有20-50个碳原子或其子范围的支链烃；
(c)石油馏分，所述石油馏分包括具有5至16个碳原子的烃；
(d)燃烧催化剂；以及
(e)十六烷值改进剂。
7.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中：
(i)所述氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于所述石油馏分的重量比范围为0.90至1.05；并且
(ii)所述溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于所述石油馏分的重量比范围为1.00至1.30。
8.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中基于所述燃料添加剂组合物，组分(a)、(b)和(c)总共以5wt.％至40wt.％的范围内的总量存在。
9.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中基于所述燃料添加剂组合物，所述燃烧催化剂以0.2wt.％至5wt.％的范围内的量存在。
10.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中基于所述燃料添加剂组合物，所述十六烷值改进剂以30wt.％至90wt.％的范围内的量存在。
11.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中组分(e)相对于组分(a)、(b)和(c)总和的重量比的范围为1至8。
12.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中所述燃烧催化剂包括氧化铈。
13.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中所述燃烧催化剂为具有2nm至50nm的范围内的平均尺寸的纳米颗粒的形式。
14.如权利要求5所述的燃料添加剂组合物，其中所述十六烷值改进剂包括2-乙基己基硝酸盐。
15.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述氢化处理的重石蜡馏分或所述饱和的重石蜡馏分在40℃下测量的粘度范围为15cSt至60cSt。
16.如权利要求15所述的燃料添加剂组合物，其中所述氢化处理的重石蜡馏分或所述饱和的重石蜡馏分包括以下的共混物：(i)在40℃下测量的粘度范围为15cSt至30cSt的低粘度的氢化处理的或饱和的重石蜡馏分以及(ii)在40℃下测量的粘度范围为30cSt至60cSt的高粘度的氢化处理的或饱和的重石蜡馏分。
17.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述氢化处理的重石蜡馏分或所述饱和的重石蜡馏分在100℃下测量的粘度范围为3cSt至10cSt。
18.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述氢化处理的重石蜡馏分或所述饱和的重石蜡馏分的密度范围为0.845kg/L至0.870kg/L。
19.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述溶剂脱蜡的重石蜡馏分或所述支链的重石蜡馏分在40℃下测量的粘度范围为200cSt至600cSt。
20.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述溶剂脱蜡的重石蜡馏分或所述支链的重石蜡馏分在100℃下测量的粘度范围为15cSt至50cSt。
21.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述石油馏分包括具有7至12个碳原子的烃。
22.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述石油馏分选自由以下组成的组中：矿物精、矿物松节油、石油精、石脑油、Stoddard溶剂、煤油及其组合。
23.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中：
(i)所述氢化处理的或饱和的重石蜡馏分相对于所述石油馏分的重量比范围为0.90至1.05；并且
(ii)所述溶剂脱蜡的或支链的重石蜡馏分相对于所述石油馏分的重量比范围为1.00至1.30。
24.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，所述燃料添加剂组合物进一步包括一种或多种选自由以下组成的组中的添加剂：燃烧催化剂、抗氧化剂、抗微生物剂、抗静电剂及其组合。
25.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述燃料添加剂组合物基本上不含醇。
26.如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，其中所述燃料添加剂组合物基本上不含除所述氢化处理的重石蜡馏分或所述饱和的重石蜡馏分、所述溶剂脱蜡的重石蜡馏分或所述支链的重石蜡馏分以及所述石油馏分以外的组分。
27.一种燃料组合物，包括：
(a)如权利要求1所述的燃料添加剂组合物，以及
(b)可燃燃料；
其中所述可燃燃料与所述燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000。
28.如权利要求27所述的燃料组合物，其中所述液体燃料包括以下中的一种或多种：燃料油#1、燃料油#2、燃料油#3、燃料油#4、燃料油#5、燃料油#6、煤油、喷气燃料、汽油、柴油燃料、生物柴油燃料、液化天然气及其混合物。
29.一种燃料组合物，包括：
如权利要求5所述的燃料添加剂组合物；以及
可燃燃料；
其中：
(i)所述可燃燃料与所述燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000；
(ii)基于所述燃料组合物的重量，所述燃料添加剂组合物的组分(a)、(b)和(c)总共以10ppm至5000ppm的范围内的总量存在；
(iii)基于所述燃料组合物的重量，所述燃烧催化剂以2ppm至100ppm的范围内的量存在；并且
(iv)基于所述燃料组合物的重量，所述十六烷值改进剂以100ppm至10000ppm的范围内的量存在。
30.如权利要求29所述的燃料组合物，其中所述燃料组合物的十六烷值为至少50。
31.一种用于燃烧燃料组合物的方法，所述方法包括：
燃烧如权利要求27所述的燃料组合物。
32.如权利要求31所述的方法，所述方法包括在车辆发动机中燃烧所述燃料组合物。
33.如权利要求31所述的方法，所述方法包括在发电机中燃烧所述燃料组合物。
34.如权利要求31所述的方法，所述方法包括在船用发动机中燃烧所述燃料组合物。
35.一种用于制备燃料组合物的方法，所述方法包括：
将权利要求1所述的燃料添加剂组合物与可燃燃料混合以形成所述燃料组合物；
其中所述可燃燃料与所述燃料添加剂组合物的重量比范围为2至1000。
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