CN112639059A

CN112639059A - 特定挥发性脂肪酸酯在汽油发动机中减少排放的用途

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Publication number: CN112639059A
Application number: CN201980049935.XA
Authority: CN
Inventors: 让·伊夫·杜普雷; 让·路易斯·雷韦尔
Original assignee: Biological Thinking Co
Current assignee: Biological Thinking Co
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-04-09
Also published as: BR112021001413A2; WO2020021070A1; FR3084373A1; EP3830226A1; FR3084373B1; CA3107558A1; US20210163838A1

Abstract

本发明涉及挥发性脂肪酸的酯在用于汽油发动机的燃料中以减少汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃以及颗粒的排放的用途，这样的酯具有在4与8之间的碳原子数。

Description

特定挥发性脂肪酸酯在汽油发动机中减少排放的用途

本发明涉及改善汽油的品质，以及特别地涉及减少汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃以及颗粒的排放。

现今，因为汽油发动机排放更少的有害物质，所以其优于柴油发动机。旨在将它们很大部分地使用。然而，尽管如此，它们仍排放对环境以及对人和动物健康危险的氮氧化物、未燃烧的烃以及颗粒。

目前，尚未提出使得可以减少汽油发动机的所有这些排放的令人满意的解决方案。

本发明的目的是找到可以在工业规模上使用并且能够减少汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃以及颗粒的排放的产品。

为了实现所述目的，本发明提出使用特定酯。

酯已经被用在化石燃料中。特别地，已经将植物油或动物脂肪的酯与瓦斯油混合。这些酯被称为“长”酯(每个分子16至20个碳原子)或“平均”酯(每个分子8至16个碳原子)。

然而，因为归因于挥发性不足所述酯不能以与汽油的混合物使用，所以所述酯不能使实现本发明的目的成为可能。而且，迄今为止，尚未将酯以与汽油的混合物使用以显著减少排放。

然而，根据本发明，在汽油中使用一种或多种挥发性脂肪酸的“短”酯(每个分子包括在4与8之间的碳原子数)令人惊讶地使得可以减少汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃和颗粒的排放。而且，根据本发明的用途有利地使得可以同时增加汽油的辛烷值。

根据本发明的以下详细描述，其他特征和优点将变得明显。

定义

在本发明的意义上，“挥发性脂肪酸”意指具有一至六个碳原子的脂族链的单羧酸脂肪酸(甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸)或其异构体之一。

在本发明的意义上，“燃料”或“用于汽油发动机的燃料”意指在进行或不进行发动机(优选地，包括至少汽油以及任选地其他成分的发动机)的具体调节的情况下可以操作汽油发动机的燃料。

在本发明的意义上，“短挥发性脂肪酸酯”或“短酯”或“挥发性脂肪酸的短酯”意指由挥发性脂肪酸与醇反应形成的酯，使得该酯包括在4与8之间的碳原子数。

在本发明的意义上，“未燃烧的烃”意指排他性地包括由发动机排放的碳和氢原子的组分。未燃烧的烃包括甲烷CH₄和也被称为“非产甲烷的烃”的其他未燃烧的烃。

在本发明的意义上，“汽油的辛烷值”一般意指RON辛烷值或MON辛烷值。

在本发明的意义上，汽油的“研究法辛烷值”或“RON值”意指根据方法NF EN ISO5164:2005测量的值。

在本发明的意义上，汽油的“马达法辛烷值”或“MON值”意指根据方法NF EN ISO5163:2005测量的值。

在本发明的意义上，“将化合物以按体积计x％的比率掺入燃料中”(特别是“将酯以按体积计x％的比率掺入燃料中”)意指通过任何合适的手段通过添加x％体积的化合物(例如酯)和1-x％体积的汽油以及存在于燃料中的可能的其他添加剂形成混合物。因此，燃料由x％的化合物和1-x％的汽油以及可能的其他添加剂形成。

在本发明的意义上，“氮氧化物”意指仅包括氧和氮原子的化合物，在发动机的排放中最常见的是一氧化氮NO和二氧化氮NO₂。

酯或烷烃的“碳数”意指酯或烷烃的一个分子的碳原子数。

在本发明的意义上，“将化合物以燃料的按体积计x％的比率使用”(特别是“将酯以燃料的按体积计x％的比率使用”)意指在汽油发动机中，使用由化合物(例如一种或多种酯)、汽油和可能的其他添加剂形成的燃料，该燃料是通过将化合物以按体积计x％的比率掺入该燃料中获得的。因此，燃料由x％的化合物和1-x％的汽油以及可能的其他添加剂形成。

具体实施方式

因此，本发明涉及至少一种挥发性脂肪酸酯在用于汽油发动机的燃料中以减少氮氧化物和未燃烧的烃的排放，以及优选地还减少来自汽油发动机的颗粒的用途，所述酯包括在4与8之间的碳数。

优选地，包括在4与8之间的碳数的一种或多种挥发性脂肪酸酯以由一种或多种酯、汽油以及可能的其他成分形成的燃料的按体积计至少15％的比率，以及甚至更优选地以至少20％的比率，优选地以至少30％的比率，以及根据特别合适的实施方式以至少50％的比率使用。这些比率使得可以在减少汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃和颗粒的排放方面实现特别有效的结果。

根据本发明使用的一种或多种挥发性脂肪酸的短酯可以选自以下酯：乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、戊酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯、丁酸丁酯及其混合物。

根据本发明使用的一种或多种酯优选根据任何合适的方法全部或部分地从生物质(生物质来源的挥发性脂肪酸和/或生物质来源的醇)获得。它们可以特别地全部或部分地并且优选全部地通过以下获得：生物质的发酵(厌氧发酵挥发性脂肪酸，以及酒精或丙酮丁醇(aceto-butanol)发酵醇)，即通过生物质来源的醇酯化生物质来源的挥发性脂肪酸。挥发性脂肪酸也可以由在微生物燃料电池中的二氧化碳或一氧化碳获得。因此，包括在4与8之间的碳数的挥发性脂肪酸的酯可以完全或部分地通过以下获得：通过生物质来源的醇酯化生物质来源的挥发性脂肪酸，或通过醇(醇可以具有生物质来源或其他方式)酯化由在微生物燃料电池中的二氧化碳或一氧化碳产生的挥发性脂肪酸。

在汽油发动机的燃料中，包括在4与8之间的碳原子数的挥发性脂肪酸的酯特别使得能够并且可以用于以下：

--通过将至少20％比率的酯掺入燃料中来减少通过汽油发动机的氮氧化物的排放，或例如，将50％的酯掺入燃料中减少至少10％(特别地可以根据满足欧洲法规Euro 6，即2012年5月29日的法规459/2012的要求的方法测量氮氧化物的排放)；和/或

--通过将至少20％比率的酯掺入燃料中来减少通过汽油发动机的未燃烧的烃的排放，或例如，将50％的酯掺入燃料中减少至少10％(特别地可以根据满足欧洲法规Euro6，即2012年5月29日的法规459/2012的要求的方法测量未燃烧的烃的排放)；

--以及任选地，通过将至少25％比率的酯掺入燃料中来减少通过汽油发动机行进的每公里排放的颗粒的质量和数目，或例如，将50％的酯掺入燃料中减少至少12.5％(特别地可以根据满足欧洲法规Euro 6，即2012年5月29日的法规459/2012的要求的方法测量通过汽油发动机行进的每公里排放的颗粒的质量和数目)。

有利地，除上文所陈述的用途外，根据本发明的用途还可以使以下成为可能：

--将汽油的“研究法”辛烷值提高至少2点，优选地至少3点；和/或

--将汽油的“马达法”辛烷值提高至少2点，优选地至少3点。

这些用途是非常有利的，并且使得可以获得与当前使用的汽油相比对环境具有显著减少的负面影响的燃料。

可以使用其他汽油添加剂与短酯组合，以增加挥发性脂肪酸的酯的作用并协同作用。为了优化燃烧，除了挥发性脂肪酸的短酯之外，特别地可以向汽油中添加一种或多种烷烃，其分子的碳原子数在4与10之间。所述烷烃可以为石油来源或源自生物质。优选地，根据本发明使用的烷烃源自生物质。所述烷烃与短酯组合使得甚至可以进一步减少氮氧化物和未燃烧的烃的排放。所述烷烃优选地选自辛烷、异辛烷、癸烷及其混合物。实际上，所述烷烃倾向于改善混合物的燃烧。

所述烷烃优选地以燃料的按体积计0与50％之间的掺入比率使用。它们优选地由源自通过“Kolbe”电解的生物质的厌氧发酵的挥发性脂肪酸产生。

除了短酯、汽油和可能的烷烃外，还可以将一种或多种其他产品组合添加到燃料中，所述产品选自：

--改善辛烷值的添加剂，诸如有机金属化合物诸如MMT和二茂铁，或醚诸如ETBE或TAME，或芳族烃诸如甲苯，

--改善润滑的添加剂，诸如平均酯，诸如戊酸己酯、己酸己酯或更长的酯，

--降低燃烧温度的产品，诸如可能与水混合的氮化合物诸如胺、脲或氨，

--醇，诸如异丙醇、丁醇、己醇或辛醇，

--及其混合物。

所述添加剂使得可以特别地并且与挥发性脂肪酸的酯组合以进一步减少氮氧化物和未燃烧的烃的排放，或者实际上改善汽油发动机的其他运行参数。

现在将通过实施例和测试结果说明本发明。

实施例

实施例1：

在RON 95汽油中使用15％丁酸乙酯(85％汽油-15％丁酸乙酯)

实施例2：

在RON 95汽油中使用30％丁酸乙酯(70％汽油-30％丁酸乙酯)

实施例3：

在RON 95汽油中使用30％丁酸乙酯和10％异辛烷(60％汽油-30％丁酸乙酯-10％异辛烷)

实施例4：

在RON 95汽油中使用50％丁酸乙酯和20％异辛烷(30％汽油-50％丁酸乙酯-20％异辛烷)

测试结果

进行测试的目的是评估在包括汽油的燃料中使用包括在4与8之间的碳原子数的挥发性脂肪酸的酯对汽油发动机的氮氧化物、未燃烧的烃和颗粒的排放的影响以及还对汽油的辛烷值的影响。

与单独的RON 95汽油相比，使用实施例1至4的组合物在EP6单圆柱点燃式发动机上进行排放测试。

根据法国燃料规格的监管标准，在实验室中进行了RON辛烷值测量。

测试的操作方案描述如下：

每种燃料混合物实施8个发动机点，以涵盖代表以下驱动循环的使用：

--1500rpm，4、8、12bar和最大AIP

--2000rpm，4、8、12bar和最大AIP

对于每个发动机点，优化点火提前以获得最大AIP(平均指示压力)。混合物的丰度调整为1。有必要等待几分钟，以稳定发动机的热排放和废气排放。在PBS PEGASOR探头上分析颗粒。

表1列出了与氮氧化物排放相关的结果。

[表1]

表2列出了与未燃烧的烃的排放相关的结果。

[表2]

表3列出了与颗粒排放相关的结果。

[表3]

表4列出了与辛烷值相关的结果。

[表4]

	RON辛烷值
		RON 95	95.1
实施例1	98.1

这些结果实际上示出，使用挥发性脂肪酸的短酯同时使得可以：

--减少氮氧化物的排放

--减少未燃烧的烃的排放

--减少颗粒的排放。

它还使得可以非常显著地提高汽油的辛烷值。

Claims

1.至少一种挥发性脂肪酸的酯在用于汽油发动机的燃料中用于减少所述汽油发动机的氮氧化物和未燃烧的烃的排放的用途，至少一种挥发性脂肪酸的酯是具有一至六个碳原子的脂族链的单脂肪酸或其异构体之一，所述酯包括在4与8之间的碳数。

2.根据权利要求1所述的用途，还用于减少汽油发动机的颗粒的排放。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的用途，其特征在于，包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以燃料的按体积计至少15％的比率使用，所述燃料是由所述汽油、包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以及可能的其他成分形成的。

4.根据前一项权利要求所述的用途，其特征在于，包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以燃料的按体积计至少30％的比率使用。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的用途，其特征在于，包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以燃料的按体积计至少50％的比率使用。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其特征在于，包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯选自以下酯：乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、戊酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯、丁酸丁酯及其混合物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其特征在于，包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯完全或部分地通过以下获得：通过生物质来源的醇酯化生物质来源的挥发性脂肪酸，或通过生物质来源或其他方式的醇酯化由在微生物燃料电池中的二氧化碳或一氧化碳产生的挥发性脂肪酸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用途，通过在所述燃料中掺入至少20％比率的所述酯来减少通过所述汽油发动机的氮氧化物的排放，所述燃料由所述汽油、包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以及可能的其他成分形成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用途，通过在所述燃料中掺入至少20％比率的所述酯来减少通过所述汽油发动机的未燃烧的烃的排放，所述燃料由所述汽油、包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以及可能的其他成分形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用途，通过在所述燃料中掺入至少25％比率的所述酯来减少通过所述汽油发动机的颗粒的排放，所述燃料由所述汽油、包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯以及可能的其他成分形成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其特征在于，为了优化燃烧，在所述燃料中将其与至少一种具有在4与10个碳原子之间的链长的烷烃组合使用。

12.根据前一项权利要求所述的用途，其特征在于，所述一种或多种烷烃选自辛烷、异辛烷、癸烷及其混合物。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的用途，其特征在于，所述一种或多种烷烃是石油来源的或获自生物质。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的用途，其特征在于，所述一种或多种烷烃以在燃料的按体积计0与50％之间的比率使用，所述燃料由所述汽油、包括在4与8之间的碳数的所述一种或多种挥发性脂肪酸的酯、具有在4与10个碳原子之间的链长的所述一种或多种烷烃以及可能的其他成分形成。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其特征在于，将一种或多种其他产品添加到所述燃料中，所述产品选自：

-改善辛烷值的添加剂，

-改善润滑的添加剂，

-降低燃烧温度的产品，

-醇，

-包括大于8的碳数的酯，

-酯，

-及其混合物。