CN114341319B - 燃料添加剂、使用燃料添加剂的方法和燃料混合物 - Google Patents

燃料添加剂、使用燃料添加剂的方法和燃料混合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料添加剂、使用该燃料添加剂的方法以及燃料混合物。具体地，该燃料添加剂包含：基于该燃料添加剂的总重量，70重量％至95重量％的壬基酚聚醚胺以及5重量％至30重量％的芳族胺。在将仅少量(例如小于燃料总量的400ppm)的该燃料添加剂添加到燃料中时，该燃料添加剂便可显著减少车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等上的沉积物。

Description

燃料添加剂、使用燃料添加剂的方法和燃料混合物
技术领域
本发明涉及燃料添加剂的技术领域，并且尤其涉及燃料添加剂及其使用方法和燃料混合物。
背景技术
本领域技术人员熟知的是，在发动机运行过程中，由于烃燃料的氧化和聚合，会在发动机部件(诸如化油器口、节气门体、燃料喷射器、进气口和进气门)的表面上形成沉积物。由于包含空气、燃料和油的混合物的不完全燃烧，在内燃机的燃烧室中也会形成沉积物。这些沉积物即使以相对低的量存在也经常会引起明显的驾驶问题，诸如失速和加速不良。此外，发动机沉积物可显著增加汽车的燃料消耗和废气污染物的产生。具体地，当在给定发动机中使用的汽油具有恒定的辛烷值时，在形成沉积物时，功率输出降低。为了将功率输出维持在预定的期望水平，则随着时间的推移，有必要增加燃料的辛烷值。这种辛烷值要求提高(ORI)是不可取的。因此，开发有效的燃料清净剂或沉积物控制添加剂以防止或控制此类沉积物是相当重要的，并且许多此类材料是本领域已知的。
另外，目前，通过电子装置控制燃料供应的汽车已经逐渐取代了通过化油器供给燃料的汽车。在通过电子装置控制燃料供应的车辆中，发动机中的燃料喷射器的孔径小、工作温度高并且燃料润滑性差，使得燃料喷射器易于被碳沉积物堵塞，从而导致诸如雾化不良、供油不良、油耗和污染排放的问题。长期使用后，碳沉积物易于形成在发动机的进气门的密封表面上，使得气缸密封不严，从而导致发动机功率降低和不燃烧。这会严重降低燃料的经济性、发动机的功率输出和废气的质量，从而使发动机的性能下降。
为了解决碳沉积问题，目前广泛使用的方法是向燃料中添加燃料添加剂。目前有两种主要类型的可商购获得的燃料添加剂。
一种类型的燃料添加剂包括烃基取代的胺，诸如通过使烯烃和烯烃聚合物与胺(包括多胺)反应制备的那些。烃基取代的胺的典型示例为聚异丁烯胺。聚异丁烯胺燃料添加剂对汽油发动机中的燃料喷射器和进气门具有清洁作用，并且可有效地抑制和清洁汽油发动机中这些部件上的沉积物。然而，这种类型的燃料添加剂会将从燃料进气系统冲刷的沉积物带入燃烧室，从而导致燃烧室中的沉积物显著增加。当汽油发动机的燃烧室中的沉积物总量显著增加时，发动机的压缩比增加，并且产生的热量不易耗散，从而导致在燃烧室的压缩结束时气体温度增加。在严重的情况下，这会增加活塞顶部与气缸盖之间的机械干扰，最终增加发动机的燃料消耗并使废气质量变差。另外，据信聚异丁烯胺比单独的燃料产生更多的燃烧室沉积物。
另一种类型的燃料添加剂包括聚醚胺。通常，聚醚胺为“单分子”添加剂，其中在同一分子中存在胺官能团和聚醚官能团。基于聚醚胺的燃料添加剂的典型示例为包含重复环氧丁烷单元的聚氨酯产物。聚醚胺在高温下易于分解，使得其在燃烧室中不形成新的碳沉积物，这在一定程度上减少了燃烧室中碳沉积物的增加。本领域通常认识到，基于聚醚胺的燃料添加剂是优选的，因为来自聚醚官能团的氧合被认为会减少颗粒物和氮氧化物(NOx)排放以及燃烧室沉积物。然而，基于聚醚胺的燃料添加剂必须以相对高的浓度(高于400ppm)用在燃料中，以便实现期望的清洁结果。
除了清洁性能之外，燃料添加剂的更重要的功能是避免在燃料喷射器或进气门中形成沉积物。对于该目标，聚异丁烯胺在汽油中在约300ppm-500ppm的低浓度下有效。然而，对于聚醚胺，当在汽油中的浓度低于400ppm时，其不能很好地起作用。此外，人们始终希望花费更少的金钱来实现相同或更好的效果。因此，重要的是开发一种能够在汽油中以低浓度产生良好沉积功能的燃料添加剂。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供一种燃料添加剂，该燃料添加剂能够在将仅少量(例如，小于燃料的400ppm)的燃料添加剂添加到燃料中时显著减少车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等上的沉积物。
本发明人通过深入研究完成了本发明。
根据一个实施方案，本公开提供了一种燃料添加剂，该燃料添加剂包含：
基于燃料添加剂的总重量，70重量％至95重量％的壬基酚聚醚胺；以及
5重量％至30重量％的芳族胺。
在一些实施方案中，壬基酚聚醚胺由以下通式(I)表示：
其中x为9至15的整数。
在一些实施方案中，壬基酚聚醚胺具有在800至1200范围内的重均分子量。
在一些实施方案中，根据燃料添加剂的总重量，壬基酚聚醚胺以85重量％至90重量％的量存在。
在一些实施方案中，芳族胺由以下通式(II)表示：
其中R1、R2和R3各自独立地选自具有1至8个碳原子的烷基基团，并且X为O或N。
在一些实施方案中，芳族胺具有在100g/mol至500g/mol范围内的分子量。
在一些实施方案中，根据燃料添加剂的总重量，芳族胺以10重量％至15重量％的量存在。
在一些实施方案中，燃料添加剂还包含腐蚀抑制剂。
在一些实施方案中，燃料添加剂还包含稀释剂。
在一些实施方案中，根据燃料添加剂的总重量，稀释剂以超过0重量％至25重量％的量存在。
在一些实施方案中，提供了一种使用如上所述的燃料添加剂的方法，该方法包括将燃料添加剂添加到燃料中的步骤。
在另一个实施方案中，本公开提供了一种燃料混合物，该燃料混合物包含燃料和根据本公开的上述实施方案中的燃料添加剂中的任一种的燃料添加剂。
在一些实施方案中，基于燃料混合物的总重量，燃料添加剂以小于400ppm的量存在于燃料混合物中。
在一些实施方案中，基于燃料混合物的总重量，燃料添加剂以小于200ppm的量存在于燃料混合物中。
本发明相对于本领域现有技术的优点如下：该燃料添加剂能够在将仅少量(例如小于燃料的400ppm)的燃料添加剂添加到燃料中时显著减少车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等上的沉积物。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方案进一步详细描述本发明。应该理解，在不脱离本发明的范围或实质的情况下，可实施其他实施方案。因此，以下详细描述是非限制性的。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的指示特征的尺寸、数量和理化性质的所有数字被理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非另有说明，否则以上描述和所附权利要求书中所陈述的数值参数均为近似值，并且本领域的技术人员能够使用本文所公开的教导。由端点定义的值的范围包括该范围内的所有数字和该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等。
根据本发明的技术方案，提供了一种燃料添加剂，该燃料添加剂能够在将仅少量(例如，小于燃料的400ppm)的燃料添加剂添加到燃料中时显著减少车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等上的沉积物。
具体地，本公开提供了一种燃料添加剂，该燃料添加剂包含：
基于燃料添加剂的总重量，70重量％至95重量％的壬基酚聚醚胺；以及
5重量％至30重量％的芳族胺。
根据本公开的燃料添加剂包含壬基酚聚醚胺作为主要清洁组分。壬基酚聚醚胺具有优异的沉积物控制能力，这可显著减少在燃料喷射器、进气门和车辆中其他部件上的沉积物积聚。
在一些实施方案中，壬基酚聚醚胺由以下通式(I)表示：
其中x为9至15的整数。
在一些实施方案中，壬基酚聚醚胺具有在800至1200范围内的重均分子量。当重均分子量低于800或高于1200时，沉积物控制性能将降低。在一些实施方案中，基于燃料添加剂的总重量，壬基酚聚醚胺以85重量％至90重量％的量存在。当聚醚胺的量低于85重量％或高于90重量％时，沉积物控制性能可能降低。可用于根据本公开的燃料添加剂中的可商购获得的壬基酚聚醚胺产品的具体示例包括：由尤尼威尔贸易有限公司(Univar TradeCo.，Ltd.)以产品名称PEA-1000生产的壬基酚聚醚胺(其具有由通式(I)表示的结构，其中x为12并且其重均分子量为约1000)；由尤尼威尔贸易有限公司(Univar Trading Co.，Ltd.)以产品名称PEA-800生产的壬基酚聚醚胺(其具有由通式(I)表示的结构，其中x为9并且其重均分子量为约800)；以及由尤尼威尔贸易有限公司以产品名称PEA-1200生产的壬基酚聚醚胺(其具有由通式(I)表示的结构，其中x为15并且其重均分子量为约1200)。
为了减少被添加用于清洁的壬基酚聚醚胺的量，根据本公开的燃料添加剂包含芳族胺。本发明的发明人已经发现，芳族胺对壬基酚聚醚胺的清洁行为具有意想不到的促进作用。不希望受理论的束缚，据信，由于芳族胺包含具有极性的胺基团，因此其可有效地吸附在金属表面上，从而防止或延迟碳沉积在车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等上；另一方面，芳族胺也具有与壬基酚聚醚胺类似的芳环结构，因此有助于壬基酚聚醚胺分散在车辆中的部件诸如燃料喷射器、进气门等的表面上，以便实现更好的清洁效果。
在一些实施方案中，芳族胺由以下通式(II)表示：
其中R1、R2和R3各自独立地选自具有1至8个碳原子的烷基基团(例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)，并且X为O或N。在一些实施方案中，芳族胺具有在100g/mol至500g/mol、优选地150g/mol至450g/mol、更优选地200g/mol至400g/mol并且甚至更优选地250g/mol至350g/mol范围内的分子量。在一些实施方案中，基于燃料添加剂的总重量，芳族胺以10重量％至15重量％的量存在。可用于根据本发明的燃料添加剂中的芳族胺的可商购获得的产品的具体示例包括：由青原星化工科技有限公司(Qingyuanxing Chemical Technology Co.，Ltd.)以名称AO-177制造的分子量为约177g/mol的芳族胺；由青原星化工科技有限公司以名称AO-149生产的分子量为约149g/mol的芳族胺；以及由青原星化工科技有限公司以名称AO-445生产的分子量为约445g/mol的芳族胺。
除了上文提到的壬基酚聚醚胺和芳族胺之外，根据本发明的燃料添加剂还可以包含其他组分以向燃料添加剂提供另外的期望特性。具体地，根据本发明的燃料添加剂还可以包含腐蚀抑制剂，以减轻燃料对发动机部件的腐蚀作用。对可添加到根据本发明的燃料添加剂中的腐蚀抑制剂的具体类型没有特别限制，并且其可选自通常添加到普通商业汽油中的任何腐蚀抑制剂，只要该腐蚀抑制剂不影响壬基酚聚醚胺和芳族胺的相应功能即可。
此外，根据本发明的燃料添加剂还可以包含稀释剂，以将燃料添加剂稀释至适当的浓度以便储存、运输和使用。可添加到根据本发明的燃料添加剂中的稀释剂的具体类型没有特别限制，只要该稀释剂不影响壬基酚聚醚胺和芳族胺的相应作用即可。优选地，稀释剂选自饱和脂族烃、芳族烃和饱和环烷烃中的一种或多种。可用于本发明的燃料添加剂中的饱和脂族烃的具体示例包括由美孚公司(Mobil Company)生产的D60以及由美孚公司生产的D100。可用于本发明的燃料添加剂中的芳族烃的具体示例包括由美孚公司生产的S150以及由美孚公司生产的S200。稀释剂可在上述产品的范围内适当地选择。在一些实施方案中，稀释剂的闪点在60℃至100℃的范围内。为了实现更好的稀释效果，基于燃料添加剂的总重量，稀释剂以等于或超过0重量％至25重量％的量存在。当稀释剂量超过25重量％时，沉积物控制性能可能降低。
根据本发明的燃料添加剂的制备方法没有特别限制，并且例如，燃料添加剂的组分可通过本领域中的常规混合方法混合。具体地，可在常温(约25℃)和常压(约1atm)下在不锈钢容器中混合用于制备燃料添加剂的组分以获得燃料添加剂。在混合过程中，原料的添加顺序没有特别限制。
根据本公开的另一方面，提供了一种燃料混合物，该燃料混合物包含燃料和燃料添加剂，该燃料混合物可用作需要燃料的各种车辆或机器的燃料。对可在本公开中采用的燃料的具体类型没有特别限制，并且其可选自当前销售的各种等级的燃料，诸如国标92号汽油、国标95号汽油等。为了实现本公开的技术效果，基于燃料混合物的总重量，燃料添加剂以小于400ppm的量存在于燃料混合物中。优选地，基于燃料混合物的总重量，燃料添加剂以小于200ppm的量存在于燃料混合物中。
本发明将参考实施方案更详细地描述。应当理解，这些描述和示例旨在为示例性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求书限定。
实施例
在本发明中，除非另有说明，否则所采用的试剂均为可商购获得的并且无需进一步纯化即直接使用。另外，所提及的“％”为“重量％”，并且所提及的“份”为“重量份”。
根据本发明的实施例和比较例中使用的原料如下表1所示。除非另有说明，否则原料无需另外纯化即直接使用。
表1.实施例和比较例中使用的原料的列表
性能测试
根据下面列出的具体方法测试在下面详细描述的相应实施例和比较例中制备的样品的沉积物控制特性。测试结果在下表2中示出。
沉积物控制特性
模拟进气门中的碳沉积过程，并且根据中国标准GB 19592-2004中详细描述的方法评估沉积物控制水平。
具体地，在常温(约25℃)和常压(约1atm)下，将在以下相应实施例和比较例中制备的样品以1∶5000(200ppm)的比率添加到国标92号汽油中，以制备其中添加了燃料添加剂的燃料混合物。
将测试板浸泡在酒精中60分钟以清洁其表面。然后将测试板置于100℃的烘箱中15分钟。然后将测试板从烘箱中取出并在室温下置于干燥器中。记录测试板的精确重量(m0)。
将300mL如上制备的燃料混合物添加到容量瓶中。然后将容量瓶放入L-2型进气系统沉积物模拟试验机中，其供应商为兰州维科石化仪器有限公司(Lanzhou WeikePetrochemical Instrument Co.Limited)。然后将测试板也放入L-2进气系统沉积物模拟试验机中。然后打开模拟试验机，使温度升至170℃。将添加了燃料添加剂的燃料混合物在70分钟内喷雾到测试板上。随后，取出测试板，并分别用庚烷和石油醚洗涤。随后，将测试板干燥并称重。记录测试板的精确重量(m1)。
根据本公开的技术方案，通过下式计算模拟进气门上沉积物的量m(mg)：
m＝m0-m1
其中m为模拟进气门上的沉积物的量m(mg)；m1为汽油喷雾之后测试板的重量(mg)；m0为汽油喷雾之前测试板的重量(mg)。
此外，根据本发明，对模拟进气门上沉积物的量(mg)进行评定以评估沉积物控制性能，其中：当模拟进气门上的沉积物的量(mg)小于1.0时，沉积物控制水平为“非常好”；当模拟进气门上沉积物的量(mg)大于或等于1.0且小于2.0时，沉积物控制水平为“良好”；当模拟进气门上沉积物的量(mg)大于或等于2.0且小于3.0时，沉积物控制水平为“正常”；并且当模拟进气门上沉积物的量(mg)大于或等于3.0时，沉积物控制水平为“不良”。
实施例E1
将壬基酚聚醚胺PEA-1000和芳族胺AO-177在不锈钢容器中在常温(约25℃)和常压(约1个大气压)下混合得到燃料添加剂1，其中基于燃料添加剂1的总重量，壬基酚聚醚胺PEA-1000占70％重量，并且芳族胺AO-177占30％重量。
实施例E2-E10和比较例C1-C4
除了以下方面外，实施例E2-E10和比较例C1-C4以与实施例E1相同的方式实施以得到燃料添加剂2-10和比较燃料添加剂1-4：如表2所示改变相应组分的具体类型和含量。
比较例C5
在比较例C5中，将由3M中国有限公司生产的PN7029用作比较燃料添加剂5。
比较例C6
除了以下方面外，比较例C6以与实施例E1相同的方式实施以得到比较燃料添加剂6：用70重量％的N-苯基-2-萘胺代替70重量％的PEA-1000。
比较例C7
比较例C6为不添加燃料添加剂的国标92号汽油。
根据上列方法测试实施例1-10和比较例C1-C7的沉积物控制性能。实施例E1-E10和比较例C1-C4的结果示于下表2中，并且比较例C5-C7的结果示于下表3中。
表3.比较例C5-C7中的组合物的详情及其性能测试结果
显然，在不偏离本公开的实质和范围的情况下，本领域技术人员可以对本公开进行各种修改和变化。因此，如果本公开的这些修改和变化处于本发明的权利要求及其等效技术的范围内，则本公开也旨在涵盖这些修改和变化。

Claims (6)

1.一种燃料添加剂，所述燃料添加剂包含：
基于所述燃料添加剂的总重量，85重量％至90重量％的壬基酚聚醚胺；以及
10重量％至15重量％的芳族胺，其中
所述壬基酚聚醚胺由以下通式(I)表示：
其中x为9至15的整数，并且
所述芳族胺由以下通式(II)表示：
其中R1、R2和R3各自独立地选自具有1至8个碳原子的烷基基团，并且X为O。
2.根据权利要求1所述的燃料添加剂，其中所述壬基酚聚醚胺具有在800至1000范围内的重均分子量。
3.根据权利要求1所述的燃料添加剂，其中所述芳族胺具有在200g/mol至400g/mol范围内的分子量。
4.一种使用根据权利要求1至3中任一项所述的燃料添加剂的方法，所述方法包括将所述燃料添加剂添加到燃料中的步骤。
5.一种燃料混合物，所述燃料混合物包含燃料和根据权利要求1至3中任一项所述的燃料添加剂。
6.根据权利要求5所述的燃料混合物，其中基于所述燃料混合物的总重量，所述燃料添加剂以小于200ppm的量存在于所述燃料混合物中。
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