CN110300795A - 用于无铅汽油的醇和醚燃料添加剂 - Google Patents

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Abstract

辛烷值提升添加剂包括混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4‑二聚体，混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇，和C4‑二聚体包含二异丁烯、2,2,4‑三甲基戊烷、2,3,3‑三甲基戊烷或包含前述中的至少一种的组合。

Description

用于无铅汽油的醇和醚燃料添加剂
技术领域
本申请涉及用于汽油的燃料添加剂、包含该添加剂的汽油和制备该汽油的方法。
背景技术
作为内燃机用燃料的商业汽油是精炼的石油产品，其通常是烃(基础汽油)、添加剂和共混剂的混合物。为了提高汽油的性能和稳定性，将添加剂和共混剂添加到基础汽油中，例如辛烷值提升剂等。
当用于高压缩内燃机时，汽油具有“爆震”的倾向。当气缸中的空气/燃料混合物的燃烧响应于点火而没有正确启动时会发生爆震，这是因为一个或多个空气/燃料混合物的袋会在正常燃烧前沿的外壳外部预先点燃。防爆震剂，其也被称为辛烷值提升剂，会降低发动机爆震现象，并提高所述汽油的辛烷等级。现有的辛烷值提升剂，例如四乙基铅和甲基环戊二烯基三羰基锰(MMT)，由于环境、健康或其它原因，已经或正在被逐步淘汰。
目前用于配制辛烷值提升剂的优选化合物包括C4氧合化合物，例如甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)和正丁醇及其异构体。然而，在炼油厂生产和贮存大量这些材料可能是昂贵的。此外，监管要求对于使用高浓度添加剂的限制增加了生产高辛烷值燃料的精炼操作的难度和费用。需要一种燃料添加剂或燃料，其具有与汽油相当的辛烷等级并具有增加的燃烧效率。
鉴于上述情况，仍然需要提供成本有效的辛烷值提升组合物和包括所述辛烷值提升组合物的汽油组合物。
发明内容
在各个实施方案中公开了辛烷值提升添加剂(辛烷值改进剂，octane-enhancingadditive)、包含所述辛烷值提升添加剂的汽油组合物以及制备该汽油组合物的方法。
辛烷值提升添加剂包括混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体，混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇，和C4-二聚体包含二异丁烯、2,2,4-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷或包含前述中的至少一种的组合。
汽油组合物包括基础汽油和本文中公开的辛烷值提升组合物。
用于制备所述汽油组合物的方法包括将基础汽油和本文中公开的辛烷值提升组合物组合以形成汽油组合物。
用于制备汽油组合物的方法包括将基础汽油与混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体组合，混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇，和C4-二聚体包含二异丁烯、2,2,4-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷或包含前述中的至少一种的组合。
上述的和其它的特征由以下详细描述说明。
具体实施方式
本文中描述了氧合添加剂(oxygenate additive)的新组合，包含氧合添加剂的新组合的辛烷值提升组合物，和包含所述新的辛烷值提升组合物的汽油组合物。发明人已经发现，包含本文中公开的新的辛烷值提升组合物的汽油组合物的特征在于提高的辛烷数，在内燃机中提供了更好的燃烧和改进的性能，特别是对于汽车市场。特别地，与含有乙醇、MTBE或丁醇作为唯一氧合添加剂的汽油组合物相比，包含所述氧合添加剂的新组合的汽油组合物可提供更好的性能。
术语“燃料氧合物”、“汽油氧合物”和简称“氧合物”指一类汽油添加剂，该汽油添加剂含有一个或多个氧原子并且通过增加汽油的氧含量有效改进了汽油的辛烷等级。大多数氧合物是醇或醚，例如甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、异丙醇(IPA)、正丙醇(NPrOH)、异丁醇(IBA)、正丁醇(BuOH)、仲丁醇(SBA)、叔丁醇(TBA)或汽油级叔丁醇(GTBA)、叔戊基醇(TAA)或叔戊醇、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、叔戊基甲基醚(TAME)、叔戊基乙基醚(TAEE)、叔己基甲基醚(THEME)和二异丙基醚(DIPE)。这些氧合物可以通过本领域中已知的任何已知和可接受的化学和生物反应来制备，例如异丁烯和甲醇或乙醇之间的化学反应以分别制备MTBE或ETBE，糖的微生物发酵以制备生物乙醇等。制备方法可进一步包括纯化、蒸馏或脱水步骤以提高纯度和除去水。
氧合添加剂的新组合包含混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体。
混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇。仲丁醇与叔丁醇的相对比例可以广泛变化，例如1:99至99:1，或10:90至90:10，或20:80至80:20，或30:70至70:30的仲丁醇:叔丁醇的体积比。在一个实施方案中，仲丁醇:叔丁醇的体积比为2:1至3:1。优选的体积比为2.4:1。混合丁醇组合物可进一步包含正丁醇、异丁醇或它们的组合。正丁醇、异丁醇或它们的组合的量可以是1至90体积百分比(体积％)，1至80体积％，或1至70体积％，或1至60体积％，或1至50体积％，或1至40体积％，或1至30体积％，或1至20体积％。在一个实施方案中，正丁醇、异丁醇或它们的组合的量是84体积％。
C4-二聚体包含二异丁烯；2,2,4-三甲基戊烷；2,3,3-三甲基戊烷；或包含前述中的至少一种的组合。对在C4-二聚体组合物中的每种前述组分的相对量没有特别限制。
可以将混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体添加到基础汽油中以形成汽油组合物。可以将混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体各自单独添加到基础汽油中。
可替换地，可以共混混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体中的至少两种以形成预混合的辛烷值提升添加剂。在一些实施方案中，可以将混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体共混在单一的辛烷值提升组合物中。随后可将辛烷值提升组合物添加到基础汽油中以获得汽油组合物。
因此，辛烷值提升组合物包含混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体。混合丁醇组合物可以2至35体积％，或3至29体积％，或0.6至30体积％的量存在于辛烷值提升组合物中。C-4二聚体可以在0.1至3体积％或0.19至2体积％范围内存在于辛烷值提升组合物中。甲醇可以0.4体积％至2体积％，或0.50体积％至0.9体积％，或0.55体积％至0.80体积％的量存在于辛烷值提升组合物中。MTBE可以65至99.8体积％，或68至99.3体积％，或70至95体积％的量存在于辛烷值提升组合物中。前述量中的每一个都基于辛烷值提升组合物的总体积，即混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体的总体积。
辛烷值提升组合物或其组分可以被直接添加到基础汽油中。然而，辛烷值提升组合物或其组分可用基本上惰性的通常液体的有机稀释剂(例如矿物油、石脑油、苯、甲苯或二甲苯)稀释以形成添加剂浓缩物。这些浓缩物可包含0.1至80重量％，或约1至80重量％，或10至80重量％的辛烷值提升组合物，并且可另外含有一种或多种如下文描述的本领域中已知的其它添加剂。可以使用如15％、20％、30％或50％或更高的浓度。浓缩物可通过在任何温度下(例如在23至70℃下)以任何顺序组合所需组分来制备。
还公开了汽油组合物，其包含基础汽油和本文中公开的辛烷值提升组合物。在汽油组合物中，基础汽油以60至97体积％，优选65至95体积％，更优选70至90体积％的量存在。辛烷值提升组合物可以3至40体积％，优选5至35体积％，优选10至30体积％的量存在于汽油组合物中，量各自基于汽油组合物的总体积计。
汽油组合物可通过将基础汽油和本文中公开的辛烷值提升组合物的组分单独组合或任何组合方式的组合来制备。
混合丁醇组合物可以0.5至20体积％，优选0.7至10体积％，更优选0.8至5体积％的总量存在于汽油组合物中，各自基于汽油组合物的总体积计。
甲醇可以0.02至0.3体积％，优选0.04至0.25体积％，更优选0.08至0.20体积％的总量存在于汽油组合物中，各自基于汽油组合物的总体积。
仲丁基醚和甲基叔丁基醚可以0.02至30体积％，优选0.06至26体积％的总量存在于汽油组合物中，各自基于汽油组合物的总体积。
C4-二聚体可以0.01至2体积％，优选0.04体积％至1体积％的量存在于汽油组合物中，各自基于汽油组合物的总体积。
辛烷值提升组合物可进一步包含本领域中已知的其它添加剂，例如消泡剂、防结冰剂、另外的防爆震剂、抗氧化剂、抗磨剂、颜色稳定剂、腐蚀抑制剂、清洁剂、分散剂、染料、极压剂、铅清除剂、金属钝化剂、倾点降低剂(pour point depressing agent)、上缸润滑剂、粘度改进剂等。这样的添加剂的量取决于具体的添加剂，并且可由本领域普通技术人员容易地确定。
用于减少或防止形成稳定泡沫的消泡剂包括硅酮或有机聚合物。抗氧化剂、腐蚀抑制剂和极压剂的实例有氯化脂族烃，有机硫化物和多硫化物，含磷酯(phosphorusester)，其包括二烃和三烃亚磷酸酯，钼化合物等。其它抗氧化剂，烷基化的二苯胺，位阻酚，尤其是在酚-OH基团邻位具有叔烷基基团(例如叔丁基基团)的那些等。
清洁剂和分散剂可以是产灰或无灰型的。产灰清洁剂的实例有碱金属或碱土金属与磺酸、羧酸、酚或有机磷酸(其特征在于至少一个直接的碳-磷键)的油溶性中性和碱性盐。无灰清洁剂和分散剂在燃烧时可产生非挥发性残余物，例如氧化硼或五氧化二磷，但通常不含金属，并且因此在燃烧时不产生含金属的灰分。实例包括含有34至54个碳原子的羧酸(或其衍生物)与含氮化合物(例如胺)、有机羟基化合物(例如酚和醇)和/或碱性无机材料的反应产物。
粘度改进剂通常是聚合物，例如聚异丁烯、聚(甲基丙烯酸酯)、氢化二烯聚合物、聚烷基苯乙烯、酯化苯乙烯-马来酸酐共聚物、氢化烯基芳烃-共轭二烯共聚物和聚烯烃。
特别地，辛烷值提升组合物可进一步包含其它氧合化合物，例如其它醇、酯或醚氧合物。可包括的其它醇的实例是乙醇、异丙醇、正丙醇、叔戊醇或包含前述中的至少一种的组合，可包括的其它醚的实例是乙基叔丁基醚、叔戊基甲基醚、叔戊基乙基醚、叔己基甲基醚、二异丙基醚或包含前述中的至少一种的组合。可包括的酯的实例是乙酸异戊酯、乙酸戊酯、丙酸异戊酯、壬酸异戊酯、乙酸异丁酯、丁酸甲酯、己酸甲酯、辛酸甲酯或包含前述中的至少一种的组合。这些另外的氧合化合物可以0.02至20体积％或0.1至10体积％的量存在，各自基于汽油组合物的总体积。
其它防爆震添加剂包括二甲苯、苯、甲苯、苯胺等。
汽油组合物可表征为具有6.0至8.0，优选6.5至7.8psi的雷德蒸气压(RVP)。汽油组合物还可表征为具有高于基础汽油的研究法辛烷值(RON)的RON和高于基础汽油的马达法辛烷值(MON)的MON。例如，汽油组合物可具有88至110，优选90至105的RON，和82至105的MON。
通过以下非限制性实施例进一步示例性说明本公开。
实施例
实施例1具有燃料添加剂的汽油共混物
将选自醇、醚或C4-二聚体的各种潜在添加剂添加到具有在下表1中示出的性能的基础汽油中。在表2和3中提供了每种汽油共混物的组成。
表1.基础汽油的典型物理性能
测量每种共混物的雷德蒸气压(RvP)、研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)。
RvP是汽油挥发性的量度。它被定义为通过测试方法ASTM D 323测定的液体(例如汽油)在100℉(37.8℃)下施加的绝对蒸气压。
RON描述了在低发动机负荷和低转速下的爆震特性，并且是根据DIN EN ISO 5164(ASTM D 2699)测定的。
MON描述了在高发动机负荷下和在高热应力下的行为，并且是根据DIN EN ISO5163(ASTM D 2700)测定的。
基础汽油和每种共混物的测试结果列于下表2和3中。
表2.汽油共混物的RvP、RON和MON
表3.汽油共混物的RvP、RON和MON
本公开进一步涵盖以下方面。
方面1.一种辛烷值提升组合物，包含混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体，混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇，和C4-二聚体包含二异丁烯、2,2,4-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷或包含前述中的至少一种的组合。
方面2.方面1的辛烷值提升组合物，混合丁醇组合物进一步包含正丁醇、异丁醇或它们的组合。
方面3.方面1或2的辛烷值提升组合物，其中甲醇以0.4体积％至2体积％，0.50体积％至0.9体积％，0.55体积％至0.80体积％的量存在。
方面4.方面1至3中任一项或多项的辛烷值提升组合物，其中甲基叔丁基醚以65至99.8体积％，68至99.3体积％，70至95体积％的量存在。
方面5.方面1至4中任一项或多项的辛烷值提升组合物，其中混合丁醇组合物以2至35体积％，3至29体积％，0.6至30体积％的量存在。
方面6.方面1至5中任一项或多项的辛烷值提升组合物，其中仲丁基醚以0.3至5体积％，0.4至4体积％的范围存在。
方面7.根据方面1至6中任一项或多项的辛烷值提升组合物，其中C4-二聚体以0.1至3体积％，0.19至2体积％的范围存在。
方面8.根据方面1至7中任一项或多项的辛烷值提升组合物，进一步包含乙醇、异丙醇、正丙醇、叔戊醇或包含前述中的至少一种的组合。
方面9.根据方面1至8中任一项或多项的辛烷值提升组合物，进一步包含乙基叔丁基醚、叔戊基甲基醚、叔戊基乙基醚、叔己基甲基醚、二异丙基醚或包含前述中的至少一种的组合。
方面10.一种汽油组合物，包含基础汽油和方面1至9中任一项或多项的辛烷值提升组合物。
方面11.方面10的汽油组合物，具有6.0至8.0psi的雷德蒸气压(RVP)。
方面12.方面10或11的汽油组合物，具有的研究法辛烷值(RON)高于基础汽油的RON和具有的马达法辛烷值(MON)高于基础汽油的MON。
方面13.方面10至12中任一项或多项的汽油组合物，具有88至110的RON和82至105的MON。
方面14.方面10至13中任一项或多项的汽油组合物，其中混合丁醇组合物和甲醇以汽油组合物的0.5至10体积％，0.9至5体积％的总量存在。
方面15.方面10至14中任一项或多项的汽油组合物，其中仲丁基醚和甲基叔丁基醚以汽油组合物的0.02至30体积％，优选0.06至26体积％的总量存在。
方面16.方面10至15中任一项或多项的汽油组合物，其中C4-二聚体以汽油组合物的0.01至3体积％，优选0.04体积％至1体积％存在。
方面17.方面10至16中任一项或多项的汽油组合物，其中基础汽油以60至97体积％，优选65至95体积％，更优选70至90体积％存在。
方面18.一种用于制备汽油组合物的方法，包括将基础汽油和方面1至9中任一项或多项的辛烷值提升组合物的组分组合以形成汽油组合物。
方面19.方面18的方法，其中辛烷值提升组合物以3体积％至40体积％，或优选5体积％至35体积％，优选10体积％至30体积％的量存在于汽油组合物中。
方面20.方面20的方法，其中混合丁醇组合物以0.5至20体积％，优选0.7至10体积％，更优选0.8至5体积％的总量存在于汽油组合物中。
方面21.方面18至20中任一项或多项的方法，其中甲醇以0.02至0.3体积％，优选0.04至0.25体积％，更优选0.08至0.20体积％的总量存在于汽油组合物中。
方面22.方面18至21中任一项或多项的方法，其中仲丁基醚和甲基叔丁基醚以汽油组合物的0.02至30体积％，优选0.06至26体积％的总量存在于汽油组合物中。
方面23.方面18至22中任一项或多项的方法，其中C4-二聚体以0.01至2体积％，优选0.04体积％至1体积％的量存在于汽油组合物中。
方面24.通过方面18至23中任一项或多项的方法制备的汽油组合物。
组合物和方法和制品可另选地包含本文公开的任何合适的材料、步骤或组分，由其组成或基本上由其组成。组合物、方法和制品可另外地或另选地被配制以没有或基本上不含对于实现组合物、方法和制品的功能或目的否则不必要的任何材料(或物质)、步骤或组分。
本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如“最高至25重量％，或更具体地，5重量％至20重量％”的范围包括端点和“5重量％至25重量％”范围的所有的中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物和类似物。术语“一个”和“一种”和“”不表示量的限制，而是要被解释为覆盖单数和复数二者，除非本文中另外指明或由上下文清楚反驳。“或”意思是“和/或”，除非另外明确说明。在本说明书全文中提及“一些实施方案”、“一个实施方案”等意思是与实施方案相关描述的特定要素包括在本文中描述的至少一个实施方案中，并且可以或可以不存在于其它实施方案中。此外，要理解的是：所描述的要素可以在各种实施方案中以任何合适的方式组合。
本文中引述的所有测试方法均为本申请优先权日有效的那些。
除非另外定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有与本申请属于的领域的技术人员通常理解的相同的含义。所有引述的专利、专利申请和其它文献都通过引用以其整体并入本文中。然而，如果在本申请中的术语与在并入的文献中的术语矛盾或相悖，那么来自本申请的术语优先于来自并入的文献的矛盾术语。
尽管已经描述了具体的实施方案，但目前未预见或目前可能未预见的备选方案、修正、变体、改进和实质性等价物可由申请人或其它本领域技术人员产生。因此，所提交的和可被修改的随附权利要求意欲包含所有这样的备选方案、修正、变体、改进和实质性等价物。

Claims (15)

1.一种辛烷值提升组合物，包含混合丁醇组合物、仲丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚和C4-二聚体，
所述混合丁醇组合物包含仲丁醇和叔丁醇，并且
所述C4-二聚体包含二异丁烯、2,2,4-三甲基戊烷、2,3,3-三甲基戊烷或包含前述中的至少一种的组合。
2.根据权利要求1所述的辛烷值提升组合物，所述混合丁醇组合物进一步包含正丁醇、异丁醇或它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的辛烷值提升组合物，其中甲醇以0.4体积％至2体积％，或0.50体积％至0.9体积％，或0.55体积％至0.80体积％的量存在；
其中甲基叔丁基醚以65至99.8体积％，或68至99.3体积％，或70至95体积％的量存在；
其中所述混合丁醇组合物以2至35体积％，或3至29体积％，或0.6至30体积％的量存在；或
其中仲丁基醚以0.3至5体积％，或0.4至4体积％的范围存在。
4.根据权利要求1至3中任一项或多项所述的辛烷值提升组合物，其中所述C4-二聚体以0.1至3体积％，或0.19至2体积％的范围存在。
5.根据权利要求1至4中任一项或多项所述的辛烷值提升组合物，进一步包含乙醇、异丙醇、正丙醇、叔戊醇或包含前述中的至少一种的组合。
6.根据权利要求1至5中任一项或多项所述的辛烷值提升组合物，进一步包含乙基叔丁基醚、叔戊基甲基醚、叔戊基乙基醚、叔己基甲基醚、二异丙基醚或包含前述中的至少一种的组合。
7.一种汽油组合物，包含基础汽油和权利要求1至6中任一项或多项所述的辛烷值提升组合物。
8.根据权利要求7所述的汽油组合物，具有6.0至8.0磅/平方英寸的雷德蒸气压；或
具有的研究法辛烷值高于所述基础汽油的研究法辛烷值，和具有的马达法辛烷值高于所述基础汽油的MON。
9.根据权利要求7至8中任一项或多项所述的汽油组合物，具有88至110的研究法辛烷值和82至105的马达法辛烷值。
10.根据权利要求7至9中任一项或多项所述的汽油组合物，其中所述混合丁醇组合物和甲醇以所述汽油组合物的0.5至10体积％，0.9至5体积％的总量存在。
11.根据权利要求7至10中任一项或多项所述的汽油组合物，其中所述仲丁基醚和所述甲基叔丁基醚以所述汽油组合物的0.02至30体积％，优选0.06至26体积％的总量存在。
12.根据权利要求7至11中任一项或多项所述的汽油组合物，其中所述C4-二聚体以所述汽油组合物的0.01至3体积％，优选0.04体积％至1体积％存在。
13.根据权利要求7至12中任一项或多项所述的汽油组合物，其中所述基础汽油以60至97体积％，优选65至95体积％，更优选70至90体积％存在。
14.一种用于制备汽油组合物的方法，包括
将基础汽油和权利要求1至6中任一项或多项所述的辛烷值提升组合物的组分组合以形成汽油组合物，其中优选地。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述辛烷值提升组合物以3体积％至40体积％，优选5体积％至35体积％，优选10体积％至30体积％的量存在于所述汽油组合物中。
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