CN1484686A - 用于制备水性烃类燃料的浓缩乳状液 - Google Patents

用于制备水性烃类燃料的浓缩乳状液 Download PDF

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Abstract

通过在燃料的一部分中乳化乳化剂、然后在高剪切混合条件下加入水得到浓缩的水性燃料乳状液来制备水－混合燃料的方法。然后在混合或掺合条件下将浓缩的乳状液用最后的燃料部分稀释，形成乳化的水性混合燃料。

Description

用于制备水性烃类燃料的浓缩乳状液
该申请是2000年1月14日申请的美国申请号09/483,481的部分继续申请，上述申请又是1999年9月7日申请的美国申请号09/390,925的部分继续申请，该申请又是1999年7月7日申请的美国申请号09/349,268的部分继续申请。在本文中将这些申请公开的所有内容全文引入作为参考。
                           发明领域
本发明涉及用于制备水性烃类燃料乳状液的浓缩乳状液。更具体地讲，本发明涉及制备水性烃类燃料的方法，该方法包括将浓缩乳状液预先乳化，然后用外部的燃料相将其稀释。
                           发明背景
以柴油作为燃料的发动机因燃烧过程中达到相对高的火焰温度而产生NOx。氮氧化物因其促成了烟雾和污染而是一个环境问题。政府的规章制度和对环境的担忧已需要减少发动机的NOx排放物。空气质量未达标的区域例如美国加州和休斯敦市以及管理严格的地区例如Mexico City、UK和Germany将最受益于排放物的减少。减少NOx的产生包括使用催化转化器、使用“清洁”燃料、废气的循环以及发动机定时机制的变动。这些方法通常是昂贵或因复杂而不能在商业上使用。
在燃烧室使用与燃料相混合的水的内燃机、特别是柴油发动机每单位的功率输出可以产生较少的NOx、烃类和微粒排放物。水对于燃烧是惰性的，但是能降低峰值燃烧温度，导致减少的微粒和NOx的形成。燃料乳状液中的水将柴油发动机中的NOx排放物大约减少了5-20％并且将微粒减少了20-50％。
当将水加入到燃料中时，会形成乳状液，并且这些乳状液通常是不稳定的。小粒度的稳定的燃料包水乳状液更难于获得并保持。若能制备在存储中保持稳定的稳定的燃料包水乳状液将是有利的。
若能以良好的产率生产具有最佳的稳定性的稳定的燃料包水乳状液将是十分有利的。在以上列出的现有申请中公开的申请人发明的方法利用其中将水、燃料和总量的乳化剂进行乳化以生成完全配好的水性烃类燃料乳状液的方法。现已发现，若先加入一部分燃料和总量的水以及总量的乳化剂以形成浓缩乳状液、然后将最后的燃料部分加入到浓缩乳状液中可以提高完全配好的燃料包水混合物的乳状液的稳定性。此外，制备浓缩乳状液(然后将其用燃料的其余部分稀释)由于能产生大量的完全配好的水-混合燃料产物可以增加产量。
                          发明概述
本发明涉及浓缩的水性烃类乳状液，该乳状液含有：
(1)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的烃类燃料总量的一部分，
(2)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的基本上所有的乳化剂，其中乳化剂选自(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到的至少一种燃料可溶性产物，其中烃基取代的酰化剂含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值为约1至约40的离子或非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵、叠氮化合物、硝基化合物、硝酸酯、硝胺、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合；和
(3)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的基本上所有的水，其中所述的水选自水、水/防冻剂、水/硝酸铵或其组合，形成用于制备完全配好的水性烃类燃料乳状液的浓缩的水性烃类乳状液。
本发明还涉及从浓缩的水性烃类燃料乳状液生产水性烃类燃料乳状液的方法，该方法包括：
(1)制备浓缩的水性烃类燃料乳状液，包括乳化下列成分：
(a)烃类燃料的一部分，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.5％至约70重量％；
(b)基本上所有的乳化剂，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.05％至约20重量％，其中乳化剂选自(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到至少一种的燃料可溶性产物，其中烃基取代的酰化剂含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值为约1至约40的离子或非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵盐、叠氮化合物、硝基化合物、硝酸酯、硝胺、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合；和
(c)基本上所有的水，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约50重量％，其中所述水选自水、水/防冻剂、水/硝酸铵及其组合，
从而形成其水滴粒度的平均直径小于1微米的浓缩的水性烃类燃料乳状液；
(2)用剩余的烃类燃料部分稀释浓缩的水性烃类燃料乳状液，所述的剩余的烃类燃料部分占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约95％至约50重量％，
生成含有约50％至约99重量％液体烃类燃料和约1％至约50重量％水的完全配好的水性烃类燃料。
本发明还提供了从浓缩的水性烃类燃料乳状液制备完全配好的水性烃类燃料乳状液的连续的或间歇的方法。
                     具体的实施方案
本发明涉及浓缩的水性烃类燃料乳状液。该浓缩的水性烃类燃料乳状液含有在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的总烃类燃料的一部分。在浓缩的水性烃类乳状液中，该烃类燃料部分占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.5％至约70重量％，在另一个实施方案中是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约40重量％，在另一个实施方案中是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约20重量％。
浓缩的水性烃类乳状液含有总量的乳化剂，在另一个实施方案中含有基本上所有的乳化剂。可以将少量的乳化剂任选地加入到完全配好的水性烃类燃料乳状液、烃类燃料或其组合中。乳化剂占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.05％至约20重量％，在一种实施方案中占完全配好的水性烃类乳状液的约0.1％至约10重量％，在另一个实施方案中占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约1％至约10重量％，在另一个实施方案中占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约1％至约5重量％。
乳化剂选自(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到的至少一种燃料可溶性产物，其中烃基取代的酰化剂含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值为约1至约40的离子或非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵盐、叠氮化合物、硝基化合物、硝酸酯、硝胺、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合。
浓缩的水性烃类乳状液含有总量的水，在另一个实施方案中含有基本上所有的水。水占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约1％至约50重量％，在一种实施方案中占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约15％至约50重量％，在另一个实施方案中占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约35％至约50重量％。所述的水选自水、水/防冻剂、水/硝酸铵或其组合。可以将少量水加入到完全配好的水性烃类乳状液、烃类燃料或其组合中。
浓缩的水性烃类乳状液在环境条件下的存放期至少是一年，在另一个实施方案中的存放期大于一年。
本发明还涉及从浓缩的水性烃类燃料乳状液制备水性烃类燃料的方法。浓缩的水性烃类乳状液含有在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的总烃类燃料的一部分。该方法包括制备浓缩的水性烃类燃料乳状液，其中将烃类燃料的一部分用完全配好的水性烃类燃料乳状液所含的总量的乳化剂和总量的水乳化。为制备浓缩的水性烃类乳状液所加入的烃类燃料部分占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约50％，在另一个实施方案中为约5％至约40％，在另一个实施方案中为约1％至约20重量％。
将基本上所有的乳化剂加入到该烃类燃料部分中。可以将少量的乳化剂任选地加入到完全配好的水性烃类乳状液、烃类燃料或其组合中。乳化剂占配好的水性烃类燃料产物的约0.05％至约20％，在另一个实施方案中为约0.1％至约10％，在另一个实施方案中为约0.5％至约5重量％。
根据添加剂的溶解度，可以任选地将添加剂加入到乳化剂、燃料、水或其组合中。添加剂包括但不限于十六烷值增进剂、有机溶剂、防冻剂、稳定剂、表面活性剂、其它的已知用于燃料的添加剂等。将添加剂在乳化之前或在乳化过程中加入到乳化剂、烃类燃料或水中，或者在另一个实施方案中对完全配好的乳状液进行处理。添加剂通常占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.00001％至约10重量％，在另一个实施方案中为约0.0001％至约10重量％，在另一个实施方案中为约0.001％至约10重量％。
然后将烃类燃料、乳化剂和/或添加剂用总量的水乳化，在另一个实施方案中用基本上所有的水乳化，从而生成浓缩的水性烃类乳状液。加入的水是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约50％，在另一个实施方案中为约15％至约50％，在另一个实施方案中为约35％至约50重量％。可以将少量水加入到完全配好的水性烃类乳化剂、烃类燃料或其组合中。
水中可任选地含有但不限于防冻剂、硝酸铵或其混合物。通常将硝酸铵以水溶液的形式加入到含水混合物中，在另一个实施方案中将其加入到乳化剂中。在高剪切混合/乳化下加入水以形成浓缩的乳状液。
乳化通过任何已知的方法进行。乳化通常在环境条件下进行。乳化可以形成其平均液滴粒度小于或等于1微米的浓缩的水性烃类乳状液，在一种实施方案中为约0.1微米至约1微米，在另一个实施方案中为约0.1至约0.95，在另一个实施方案中为约0.1至约0.8，在另一个实施方案中为约0.1至约0.7。乳化在足以提供这样的平均液滴粒度的条件下进行。
剪切是制备水性烃类燃料的决定性步骤。在乳化过程中通常发生两种情况；水分解成均匀的小于微米的粒度，乳化剂被分布到水的界面上以稳定粒度分布。为了使完全配好的水性烃类燃料乳状液均匀并具有增加的稳定性，在乳化过程中用总量的水和总量的乳化剂。
在乳化过程中只用燃料总量的一部分。然后将浓缩的水性烃类乳状液用烃类燃料部分的余量进行稀释。稀释可以通过本领域已知的任何常用方法、例如混合、掺合、搅动、搅拌、乳化等来进行。高剪切不是必需的，但是任选的。最后的烃类燃料部分占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约40％至约95％，在另一个实施方案中为约50％至约95％，在另一个实施方案中为约70％至约95重量％。与浓缩的水性烃类乳状液相混合的烃类燃料部分等于完全配好的水性烃类燃料乳状液中的烃类燃料总量与浓缩的水性烃类燃料乳状液中含有的烃类燃料部分之间的差值。预先加入的烃类燃料越少，在加入燃料的余量之后最后的产物产量越大。
在实施本发明的过程中，通过间歇的或连续的过程制备水性烃类燃料乳状液。该过程能够监控、调节燃料、乳化剂、添加剂和/或水的流速以形成具有所需的水滴大小的稳定乳状液。
在间歇过程中，通常以剪切罐容量使用总量的水、总量的乳化剂和烃类燃料的一部分。制备浓缩液的间歇过程增加了完全配好的水性烃类燃料乳状液的产量。因为循环时间的增量小于在完全配方的间歇式规模中循环时间的按比例增长数，所以更加浓缩的水性烃类乳状液的配方产生更高的分批产量。对于含水浓缩液的加工过程，间歇处理的时间通过将乳化阶段与稀释-混合阶段分离开而降至最小。这使得这两个过程能够同时发生。在另一个实施方案中，可以将浓缩的水性烃类燃料乳状液在更晚一些的时候与最后的燃料部分相混合。从浓缩的乳液形成的完全配方的乳状液比常规的加工过程明显地给出更稳定的产物。
浓缩的乳状液也可以用连续过程制备，并且比目前的方法表现出等同的或更高的稳定性能。通过利用连续过程可增加产量。连续过程消除了对间歇式处理多个储罐的周转过程中所需的额外时间的需求。
该过程可以是自动运转的集装箱设备机组的形式。可以在其安装位置就地编程控制、监控该过程，或者在远离其安装位置的地点编程控制、监控该过程。可以将完全配好的水性燃料混合物在安装位置分配给最终用户，或者在另一个实施方案中最终用户可以将浓缩的乳状液与最后的燃料部分相混合。这样提供了能够在广泛分布的网络中将水性烃类燃料乳状液供给最终用户的方法。
清楚的是，由于循环时间的增量小于在最后的间歇式规模中循环时间的成比例增长数，所以含有更多水的浓缩水性烃类乳状液可产生较高的分批产量。对于含水浓缩液的加工过程，可以通过将乳化阶段与稀释-混合阶段分离开而使间歇处理的时间降至最小。
                          实施例I
本发明的方法使用下面的配方；但是，只有将初始混合物中的柴油的一部分用乳化剂和水乳化。在高剪切混合下加入水以形成水性烃类乳状液。然后加入最后的柴油部分而没有进一步高剪切搅拌。
“乳化的燃料”是指将与其它成分相混合以制备浓缩的水性烃类乳状液的燃料部分。然后将“加入的燃料”部分与浓缩的水性烃类乳状液相混合。
在Zahn杯中测定粘度(以秒计)。
成分A                        重量％
LZ2825(0729.1)*             1.200
表面活性剂I**               0.214
表面活性剂II****             0.594
硝酸2-乙基己基酯             0.714
硝酸铵                       0.278
*200mol.wt PIB(聚异丁烯基)琥珀酸酐与二甲基乙醇胺以1∶1的当量比率的反应产物。
**十六烷基琥珀酸酐与二甲基乙醇胺以1∶1的摩尔比率的反应产物。
***聚异丁烯琥珀酸酐的多元胺衍生物。
方法 常规的乳化作用 采用柴油稀释混合的浓缩性乳化
名称 A  B  C  D
成分 Pbw*  加仑  pbw*  加仑  pbw*  加仑  pbw*  加仑
初始柴油 77  79.7  10  33.8  20  50.4  30  60.5
成分A 3  2.7  3  8.9  3  6.7  3  5.3
水 20  17.6  20  57.3  20  42.9  20  34.2
乳化的燃料 100  100  100  100  100
加入的燃料 0  0  67  226  57  144  47  95
最后的间歇式规模 100  100  100  326  100  244  100  195
*pbw配方是每100份制成的水-混合燃料。
该实施例说明通过使用在100-加仑的混合罐中产生的浓缩乳状液而增加的产量是没有使用浓缩乳状液的产量的3倍。
与其中一开始就投入所有燃料的方法相比，该方法的优点在于快速产生更多产物并生成高质量(更加均匀、更加稳定)的水性烃类燃料乳状液。这一效果实现主要是因为在乳化步骤中乳化剂更加浓缩，并因此能够更有效地形成乳状液，尽管相对于燃料存在大量的水。
发动机
可以按照本发明运转的发动机包括用于移动的(包括船用)和固定式的动力车间(其包括但不限于柴油、汽油)的所有的压缩-点火式(内部燃烧)发动机等。可以使用的发动机包括但不限于汽车、诸如所有种类的卡车之类的卡车、诸如城市公共汽车之类的大轿车、铁路机车、重载柴油发动机、固定式的发动机等所使用的发动机。还包括高速公路用载货发动机，其包括新发动机以及使用中的发动机。这些发动机包括每个循环二冲程以及每个循环四冲程型的柴油发动机。
水性燃料乳状液
在一种实施方案中，水性燃料乳状液含有：连续的燃料相、不连续的水相或水质相和乳化量的乳化剂。乳状液可含有其它的添加剂，所述的添加剂包括但不限于十六烷值增进剂、有机溶剂、防冻剂等。这些乳状液可以通过如下方法制备：(1)利用标准的混合技术将燃料、乳化剂和其它所需的添加剂相混合以形成烃类燃料/添加剂的混合物；然后(2)在乳化条件下将烃类燃料/添加剂的混合物与水(以及任选的防冻剂)相混合以形成所需的水性烃类燃料乳状液。或者将乳化剂中使用的水溶性化合物(iii)与水相混合，然后进行高剪切混合。
水性烃类燃料乳状液的水相或水质相由平均直径为1.0微米或更小的液滴组成。因此，乳化作用一般通过剪切混合而发生并且在足以提供这样的液滴大小的条件下进行。
液体烃类燃料
液体烃类燃料含有烃类石油馏分燃料、非烃类的水、油类、源自植物的液体燃料、源自矿物的液体燃料及其混合物。液体烃类燃料可以是任何的、所有的烃类石油馏分燃料，其包括但不限于ASTM Specification D439规定的车用汽油或ASTM Specification D396规定的柴油或燃料油等(煤油、石脑油、脂肪族化合物和链烷烃)。含有非烃类物质的液体烃类燃料含有但不限于醇类诸如甲醇、乙醇等，醚类诸如二乙醚、甲基乙基醚等、有机硝基化合物等；源自植物或矿物源诸如源自玉米、苜蓿、页岩、煤等的液体燃料。液体烃类燃料还包括一种或多种烃类燃料和一种或多种非烃类物质的混合物。这样的混合物的例子是汽油和乙醇的混合以及柴油和乙醚的混合。在一种实施方案中，液体烃类燃料是任何一种汽油。汽油通常是其ASTM馏程为10％蒸馏点约60℃至90％蒸馏点约205℃的烃类的混合物。在一种实施方案中，汽油的特征在于它是氯含量不大于约10ppm的不含氯的或低氯的汽油。
在一种实施方案中，液体烃类燃料是任何一种柴油。柴油通常具有的90％点的蒸馏温度为约300℃至约390℃，在一种实施方案中为约330℃至约350℃。在40℃下这些燃料的粘度通常为约1.3至约24厘沲。按照ASTMD975的规定，可以将柴油分成Nos.1-D、2-D或4-D中的任何一种品级。柴油可含有醇类和酯类。在一种实施方案中，按照ASTM D2622-87中规定的试验方法进行测定，柴油的硫含量最高至约0.05重量％(低硫柴油)。在一种实施方案中，柴油是特征在于它氯含量不大于约10ppm的不含氯的或低氯的柴油。
液体烃类燃料以约50％至约95重量％的浓度存在于水性烃类燃料乳状液中，在一种实施方案中为约60％至约95重量％，在一种实施方案中为约65％至约85重量％，在一种实施方案中为约70％至约80重量。
水
在形成水性烃类燃料乳状液的过程中使用的水可以取自任何资源。所述的水包括但不限于自来水、去离子水、软化水、纯净水例如利用反渗透或蒸馏得到的纯净水等等。
水以约1％至约50重量％的浓度存在于最后的水性烃类燃料乳状液中，在一种实施方案中为约5％至约50重量％，在一种实施方案中为约5％至约40重量％，在一种实施方案中为约5％至约25重量％，在一种实施方案中为15％至约50重量％，在一种实施方案中为约35％至约50重量％，在一种实施方案中为约10％至约20重量％。
乳化剂
乳化剂含有：(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到的至少一种燃料可溶性产物，其中所述的酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值(HLB)在一种实施方案中为约1至约40、在一种实施方案中为约1至约30、在一种实施方案中为约1至约20、在一种实施方案中为约1至约15的离子和非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵盐、叠氮化合物、硝基化合物、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合。乳化剂可以以约0.05％至约20重量％的浓度存在于水性燃料乳状液中，在一种实施方案中为约0.05％至约10重量％，在一种实施方案中为约0.1％至约5重量％，在一种实施方案中为约0.1％至约3重量％。
燃料可溶性产物(i)
燃料可溶性产物(i)至少是一种通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应所制备的燃料可溶性产物，其中所述的酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子。
烃基取代的羧酸酰化剂可以是羧酸或这样的酸类的反应性等同物。所述反应性等同物可以是酰基卤、酸酐或酯类(包括偏酯)等。这些羧酸酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子，在一种实施方案中含有约50至约300个碳原子，在一种实施方案中含有约60至约200个碳原子。在一种实施方案中，这些酰化剂的烃基取代基的数均分子量为约700至约3000，在一种实施方案中为约900至约2300。
烃基取代的羧酸酰化剂可以通过将一种或多种含有2至约20个碳原子(除羧基之外)的α-β烯属不饱和的羧酸试剂与一种或多种以下更充分描述的烯烃聚合物发生反应来制得。
实际上α-β烯属不饱和的羧酸试剂可以是一元或多元的。α-β烯属不饱和的一元羧酸的例子包括对应于下式的羧酸：
Figure A0182172900151
其中R是氢或饱和的脂肪族或脂环族的基团、芳基、烷基芳基或杂环基团，优选氢或低级烷基，并且R1是氢或低级烷基。R和R1中的碳原子总数通常不超过约18个碳原子。有用的α-β烯属不饱和一元羧酸的具体例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸、巴豆酸、3-苯基丙烯酸、α和β-癸烯酸。尽管可以使用三-和四羧酸，但多元酸试剂优选为二羧酸。多元酸的例子包括马来酸、富马酸、中康酸、衣康酸和柠康酸。α-β烯属不饱和的羧酸试剂的反应性等同物包括前述酸的酸酐、酯或酰胺官能化衍生物。一种有用的反应性等同物是马来酸酐。
可形成烯烃聚合物的烯烃单体是可聚合的烯烃单体，其特征在于含有一个或多个烯属不饱和的基团。它们可以是单烯属单体如乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯和1-辛烯或多烯属单体(通常是二烯属单体诸如1，3-丁二烯和异戊二烯)。这些单体通常是端烯烃，即，特征在于存在基团＞C＝CH2的烯烃。但是，某些内烯烃也可以用作单体(有时将这些单体称作中间烯烃)。当使用这样的中间烯烃单体时，通常将它们与端烯烃组合使用以生成共聚的烯烃聚合物。尽管烯烃聚合物还可以包括芳基(特别是苯基和低级烷基和/或低级烷氧基取代的苯基诸如对(叔丁基)-苯基)和脂环族的基团诸如得自可聚合的环状烯烃或脂环族化合物取代的可聚合物的环状烯烃，但是烯烃聚合物通常不含这样的基团。然而，衍生自1，3-二烯烃和苯乙烯诸如1，3-丁二烯和苯乙烯或对(叔丁基)苯乙烯的这样的共聚体的烯烃聚合物对于该常规是个例外。在一种实施方案中，烯烃聚合物是部分氢化的衍生自一种或多种二烯烃的聚合物。烯烃聚合物通常是含有约2至约30个碳原子、在一种实施方案中为约2至约16个碳原子的末端烯烃的均聚-或共聚体。更常用的烯烃聚合物类选自含有2至约6个碳原子、在一种实施方案中为2至约4个碳原子的端烯烃的均聚-和共聚体。
可用于制备烯烃聚合物的端烯烃和中间烯烃单体的具体例子包括乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、2-戊烯、丙烯四聚体、二异丁烯、异丁烯三聚体、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯、1，2-戊二烯、1，3-戊二烯、异戊二烯、1，5-己二烯、2-氯-1，3-丁二烯、2-甲基-1-庚烯、3-环己基-1-丁烯、3，3-二甲基-1-戊烯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙酸乙烯酯、烯丙醇、乙酸1-甲基乙烯酯、丙烯腈、丙烯酸乙酯、乙基乙烯基醚和甲基乙烯基酮。其中更常用的是纯的烃类单体，特别有用的是端烯烃单体。
在一种实施方案中，烯烃聚合物是聚异丁烯，例如在Lewis酸催化剂诸如氯化铝或三氟化硼的存在下通过聚合含有约35至约75重量％丁烯和约30至约60重量％异丁烯的C4炼厂物流得到的聚异丁烯。这些聚异丁烯通常主要含有(也就是大于全部的重复单元的约50％)如下构型的异丁烯重复单元：
Figure A0182172900171
在一种实施方案中，烯烃聚合物是数均分子量为约700至约3000的聚异丁烯基团(或聚异丁烯基团)，在一种实施方案中数均分子量为约900至约2300。
在一种实施方案中，烃基取代的羧酸酰化剂是对应于下式表示的烃基取代的琥珀酸或酸酐：
Figure A0182172900172
或
其中R是含有约50至约500个碳原子的烃基，在一种实施方案中为约50至约300个、在一种实施方案中为约60至约200个碳原子。通过用卤代烃烷基化马来酸或酸酐或其衍生物或通过马来酸或酸酐与含有末端双键的烯烃聚合物的反应来产生这些烃基取代的琥珀酸或酸酐是本领域的技术人员已知的，不需要在本文中详细地描述。
烃基取代的羧酸酰化剂可以是由烃基取代基和琥珀酸基组成的烃基取代的琥珀酸酰化剂。烃基取代基衍生自以上所讨论的烯烃聚合物。在一种实施方案中，烃基取代的羧酸酰化剂的特征在于相对于每当量的烃基取代基在其结构内存在平均至少1.3当量琥珀酸基，在一种实施方案中为约1.3至约2.5当量、在一种实施方案中为约1.5至约2.5当量、在一种实施方案中为约1.7至约2.1当量琥珀酸基。在一种实施方案中，烃基取代的羧酸酰化剂的特征在于相对于每当量的烃基取代基在其结构内存在约1.0至约1.3当量、在一种实施方案中为约1.0至约1.2当量、在一种实施方案中为约1.0至约1.1当量琥珀酸基。
在一种实施方案中，烃基取代的羧酸酰化剂是聚异丁烯-取代的琥珀酸酐，其中聚异丁烯取代基的数均分子量为约1500至约3000，在一种实施方案中为约1800至约2300，所述的第一种聚异丁烯-取代的琥珀酸酐的特征在于相对于每当量的聚异丁烯取代基含有约1.3至约2.5当量、在一种实施方案中为约1.7至约2.1当量琥珀酸基。
在一种实施方案中，烃基取代的羧酸酰化剂是聚异丁烯-取代的琥珀酸酐，聚异丁烯取代基的数均分子量为约700至约1300，在一种实施方案中为约800至约1000，所述的聚异丁烯-取代的琥珀酸酐的特征在于相对于每当量的聚异丁烯取代基含有约1.0至约1.3当量、在一种实施方案中为约1.0至约1.2当量琥珀酸基。
为了本发明的目的，将烃基取代的琥珀酸酰化剂的烃基取代基的当量重量认为是用形成烃基取代基的聚烯烃的数均分子量(Mn)去除烃基取代的琥珀酸酰化剂中存在的所有烃基取代基的总重量得到的数。因此，如果烃基取代的酰化剂的特征在于所有的烃基取代基的总重量为40,000并且烃基取代基衍生自的聚烯烃的Mn值为2000，则取代的琥珀酸酰化剂的特征在于取代基的总当量重量为20(40,000/2000＝20)。
琥珀酸基与烃基取代的琥珀酸酰化剂中存在的取代基的当量的比率(也称作“琥珀酰化的比率”)可以通过本领域的技术人员利用常规技术(例如从皂化反应或酸值)来确定。例如，将下面的公式用于计算在酰化过程中使用马来酸酐的琥珀酰化的比率：
在该方程式中，SR是琥珀酰化比率，Mn是数均分子量，Sap.No.是皂化值。在上面的方程式中，酰化剂的Sap.No.＝最后的反应混合物的Sap.No.的测定值/AI，其中AI是以0至1之间的数表示的活性成分的含量，但是不等于0。因此，活性成分的含量为80％相当于AI的值为0.8。AI值可以通过使用诸如可用于确定最后的反应混合物中未反应的聚烯烃量的柱色谱之类的技术来计算。作为粗略的近似值，在从100中减去未反应的聚烯烃的百分率值并除以100后来确定AI值。
燃料可溶性产物(i)可以利用氨和/或胺来形成。用于与酰化剂反应生成产物(i)的胺包括一元胺、多元胺及其混合物。
一元胺仅有一个胺官能团，然而多元胺含有两个或多个胺官能团。胺可以是伯、仲或叔胺。伯胺的特征在于存在至少一个-NH2基团；仲胺存在至少一个H-N＜基团。除了-NH2或H-N＜基团中的氢原子被烃基取代以外，叔胺类似于伯和仲胺。伯和仲胺型一元胺的例子包括乙基胺、二乙基胺、正丁基胺、二正丁基胺、烯丙基胺、异丁基胺、椰子胺、十八烷基胺、月桂基胺、甲基月桂基胺、油胺、N-甲基辛基胺、十二烷基胺和十八基胺。叔胺型一元胺的适宜例子包括三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、一甲基二乙基胺、一乙基二甲基胺、二甲基丙基胺、二甲基丁基胺、二甲基戊基胺、二甲基己基胺、二甲基庚基胺和二甲基辛基胺。
胺可以是羟基胺。羟基胺可以是伯、仲或叔胺。羟基胺通常是伯、仲或叔醇胺。
醇胺可以用下式表示：
Figure A0182172900192
Figure A0182172900201
其中，在上面的式子中，所有的R均彼此独立地是含有1至约8个碳原子的烃基或含有2至约8个碳原子的羟基取代的烃基，并且所有的R1均彼此独立地是含有2至约18个碳原子的亚烃基(即二价烃基)。该式子中的基团-R1-OH表示羟基取代的亚烃基。R1可以是无环族、脂环族或芳香族的基团。在一种实施方案中，R1是无环族的直链或支链的亚烷基、例如亚乙基、1，2-亚丙基、1，2-亚丁基、1，2-亚十八烷基等基团。当两个R基团存在于相同的分子中时，它们可以通过直接的碳-碳键或通过杂原子(例如氧、氮或硫)连接以形成5-、6-、7-或8-元环结构。这样的杂环胺的例子包括N-(羟基低级烷基)-吗啉、-硫代吗啉、-哌啶、-噁唑烷、-噻唑烷等。然而，所有的R均通常彼此独立地是含有最多7个碳原子的低级烷基。
上面的羟基胺的适宜例子包括一-、二-和三乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、二-(3-羟基丙基)胺、N-(3-羟基丁基)胺、N-(4-羟基丁基)胺和N，N-二-(2-羟基丙基)胺。
胺可以是亚烷基多元胺。特别有用的是下式表示的亚烷基多元胺：
其中n的平均值为1至约10，在一种实施方案中为约2至约7，“亚烷基”含有1至约10个碳原子，在一种实施方案中为约2至约6个碳原子，并且所有的R均彼此独立地是氢、最多含有约30个碳原子的脂烃基或羟基取代的脂烃基。这些亚烷基多元胺包括亚甲基多元胺、亚乙基多元胺、亚丁基多元胺、二亚丙基多元胺、亚戊基多元胺等。这样的多元胺的具体例子包括乙二胺、亚乙基三胺、三亚乙基四胺、丙二胺、三亚甲基二胺、三亚丙基四胺、四亚乙基五胺、六亚乙基七胺、五亚乙基六胺或其中的两种或多种的混合物。
亚乙基多元胺是有用。这些亚乙基多元胺被详细地记载于KirkOthmer的＂Encyclopedia of Chemical Technology＂，2d Edition，Vol.7，第22-37页，Interscience Publishers，New York(1965)中的亚乙基胺标题下面。这些多元胺可通过二氯乙烷与氨的反应或通过吖丙啶与诸如水、氨等之类的开环试剂反应来制得。这些反应生成包括环状缩合产物诸如哌嗪在内的聚亚烷基多元胺的组合混合物。
在一种实施方案中，胺是多元胺的尾馏分或重质多元胺。术语“多元胺的尾馏分”是指通过汽提多元胺的混合物以除去低分子量的多元胺和挥发性成分并留下作为残余物的多元胺的尾馏分所产生的多元胺。在一种实施方案中，多元胺的尾馏分的特征在于含有小于约2重量％总量的二亚乙基三胺或三亚乙基四胺。一种有用的多元胺的尾馏分可以以商品名E-100购买自Dow Chemical。据记载，该物质在15.6℃下的比重为1.0168，氮含量为33.15重量％，在40℃下的粘度为121厘沲。可以使用的另一种多元胺的尾馏分可以以商品名HPA-X购买自Union Carbide。该多元胺的尾馏分产物含有环状缩合产物诸如哌嗪和二亚乙基三胺、三亚乙基四胺等的高级类似物。
术语“重质多元胺”是指每个分子含有七个或更多个氮原子的多元胺或每个分子含有7个或更多个氮并且每个分子含有两个或多个伯胺的多元胺的低聚体。这样的重质多元胺被记载于欧洲专利EP 0770098中，在本文中将该专利公开的关于这样的重质多元胺的内容引入作为参考。
燃料可溶性产物(i)可以是盐、酯、酯/盐、酰胺、酰亚胺或其中的两种或多种的组合。盐可以是含有酰化剂分子和氨或胺的残基的内盐，其中的一个羧基与同一分子内的氮原子形成离子键；或者它可以是外盐，其中与非同一分子内的氮原子形成离子盐基团。在一种实施方案中，胺是羟基胺，烃基取代的羧酸酰化剂是烃基取代的琥珀酸酐，形成的燃料可溶性产物是半酯和半盐、即酯/盐。在一种实施方案中，胺是亚烷基多元胺，烃基取代的羧酸酰化剂是烃基取代的琥珀酸酐，形成的燃料可溶性产物是琥珀酰亚胺。
烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺的反应在形成所需产物的条件下进行。通常将烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺彼此混合并加热至约50℃至约250℃，在一种实施方案中为约80℃至约200℃；任选地在常用液体、基本上惰性的有机液体溶剂/稀释剂的存在下进行，直到形成所需产物。在一种实施方案中，将烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺以相对于每当量氨或胺足以提供约0.3至约3当量烃基取代的羧酸酰化剂的量而进行反应。在一种实施方案中，该比率为约0.5∶1至约2∶1，在一种实施方案中为约1∶1。
在一种实施方案中，燃料可溶性产物(i)含有：(i)(a)通过将第一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到的第一种燃料可溶性产物，所述的第一种酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子；和(i)(b)通过将第二种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应制备的第二种燃料可溶性产物，所述的第二种酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子。在该实施方案中，产物(i)(a)和(i)(b)是不同的。例如，第一种酰化剂的烃基取代基的分子量可以不同于第二种酰化剂的烃基取代基的分子量。在一种实施方案中，第一种酰化剂的烃基取代基的数均分子量为约1500至约3000，在一种实施方案中为约1800至约2300，第二种酰化剂的烃基取代基的数均分子量为约700至约1300，在一种实施方案中为约800至约1000。第一种烃基取代的羧酸酰化剂可以是聚异丁烯取代的琥珀酸酐，其中聚异丁烯取代基的数均分子量为约1500至约3000，在一种实施方案中为约1800至约2300。该第一种聚异丁烯取代的琥珀酸酐的特征在于每当量的聚异丁烯取代基就会有至少约1.3当量、在一种实施方案中为约1.3至约2.5当量、在一种实施方案中为约1.7至约2.1当量琥珀酸基。在该第一种燃料可溶性产物(i)(a)中使用的胺可以是醇胺，产物可以是酯/盐的形式。第二种烃基取代的羧酸酰化剂可以是聚异丁烯-取代的琥珀酸酐，所述的第二种聚异丁烯取代的琥珀酸酐的聚异丁烯取代基的数均分子量为约700至约1300，在一种实施方案中为约800至约1000。该第二种聚异丁烯取代的琥珀酸酐的特征在于相对于每当量的聚异丁烯取代基就会有约1.0至约1.3当量、在一种实施方案中为约1.0至约1.2当量琥珀酸基。在该第二种燃料可溶性产物(i)(b)中使用的胺可以是醇胺，产物可以是酯/盐的形式，或者胺可以是亚烷基多元胺并且产物可以是琥珀酰亚胺的形式。燃料可溶性产物(i)可以由约1％至约99重量％、在一种实施方案中为约30％至约70重量％的产物(i)(a)和约99％至约1重量％、在一种实施方案中为约70％至约30重量％的产物(i)(b)组成。
在一种实施方案中，燃料可溶的产物(i)含有：(i)(a)第一种烃基取代的羧酸酰化剂，所述的第一种酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子；和(i)(b)第二种烃基取代的羧酸酰化剂，所述的第二种酰化剂的烃基取代基含有约50至约500个碳原子，所述的第一种酰化剂和所述的第二种酰化剂可以相同或不同；所述的第一种酰化剂和所述的第二种酰化剂通过衍生自含有两个或多个伯氨基、两个或多个仲氨基、至少一个伯氨基和至少一个仲氨基、至少两个羟基或至少一个伯或仲氨基和至少一个羟基的化合物的连接基偶联在一起；所述的偶联的酰化剂与氨或胺反应。第一种酰化剂的烃基取代基的分子量可以与第二种酰化剂的烃基取代基的分子量相同或不同。在一种实施方案中，第一和/或第二种酰化剂的烃基取代基的数均分子量为约1500至约3000，在一种实施方案中为约1800至约2300。在一种实施方案中，第一和/或第二种酰化剂的烃基取代基的数均分子量为约700至约1300，在一种实施方案中为约800至约1000。该第一种和/或第二种烃基取代的羧酸酰化剂可以是聚异丁烯取代的琥珀酸酐，其中聚异丁烯取代基的数均分子量为约1500至约3000，在一种实施方案中为约1800至约2300。该第一种和/或第二种聚异丁烯取代的琥珀酸酐的特征在于相对于每当量的聚异丁烯取代基有至少约1.3当量、在一种实施方案中为约1.3至约2.5当量、在一种实施方案中为约1.7至约2.1当量琥珀酸基。第一种和/或第二种烃基取代的羧酸酰化剂可以是聚异丁烯取代的琥珀酸酐，其中聚异丁烯取代基的数均分子量为约700至约1300，在一种实施方案中为约800至约1000。该第一种和/或第二聚异丁烯取代的琥珀酸酐的特征在于相对于每当量的聚异丁烯取代基有约1.0至约1.3当量、在一种实施方案中为约1.0至约1.2当量琥珀酸基。连接基可以衍生自以上讨论的含有两个或多个伯氨基、两个或多个仲氨基、至少一个伯氨基和至少一个仲氨基、或至少一个伯或仲氨基和至少一个羟基的胺或羟基胺中的任何一种。连接基还可以衍生自多元醇。多元醇可以是用下式表示的化合物：
                          R-(OH)m其中，在前述式子中R是化合价为m的有机基团，R通过碳与氧之间的键连接到OH基团上，并且m是2至约10的整数，在一种实施方案中为2至约6。多元醇可以是二醇。亚烷基二醇是有用的。可以使用的多元醇的例子包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、二丁二醇、三丁二醇、1，2-丁二醇、2，3-二甲基-2，3-丁二醇、2，3-己二醇、1，2-环己二醇、季戊四醇、二季戊四醇、1，7-庚二醇、2，4-庚二醇、1，2，3-己三醇、1，2，4-己三醇、1，2，5-己三醇、2，3，4-己三醇、1，2，3-丁三醇、1，2，4-丁三醇、2，2，6，6-四-(羟基甲基)环己醇、1，10-癸二醇、毛地黄糖、2-羟基甲基-2-甲基-1，3-丙二醇(三羟甲基乙烷)或2-羟基甲基-2-乙基-1，3-丙二醇(三羟甲基丙烷)等。可以使用前述物质的两种或多种的混合物。
在制备这些连接产物的过程中使用的反应物的比率可以在宽范围内变化。一般地，对于每当量的第一种和第二种酰化剂，使用至少约1当量的连接化合物。对于每当量的第一种和第二种酰化剂，连接化合物的上限约是2当量的连接化合物。第一种酰化剂与第二种酰化剂的当量的比率通常为约4∶1至约1∶4，在一种实施方案中为约1.5∶1。
第一种和第二种酰化剂的当量数取决于每种酰化剂中存在的羧基官能团的总数。在确定每种酰化剂的当量数的过程中，将不能作为羧酸酰化剂发生反应的羧基官能团排除。然而，对于酰化剂中的每个羧基通常是存在1当量的每种酰化剂。例如，在衍生自1摩尔烯烃聚合物和1摩尔马来酸酐的反应的酸酐中将存在2当量的酰化剂。
多元胺的当量重量是用分子中存在的氮原子总数均分的多元胺的分子量。当将多元胺用作连接化合物时，不将叔氨基计算在内。购买的多元胺混合物的当量重量可以通过用氮的分子量(14)除以多元胺中含有的％N来确定；因此，％N为34的多元胺混合物的当量重量为41.2。氨或一元胺的当量重量等于其分子量。
多元醇的当量重量是用分子中存在的羟基总数均分的其分子量。因此，乙二醇的当量重量是其分子量的一半。
将要用作连接化合物的羟基胺的当量重量等于用分子中存在的-OH、〉NH和-NH2基团均分的其分子量。
可按照常规的形成酯和/或酰胺的技术，将第一种和第二种酰化剂与连接化合物反应。这通常包括任选地在常用液体、基本上是惰性的有机液体溶剂/稀释剂的存在下将酰化剂与连接化合物一起加热。可以使用至少约30℃最高至反应成分和/或产物的最低分解温度之间的温度。当酰化剂是酸酐时，该温度可以为约50℃至约130℃，在一种实施方案中为约80℃至约100℃。另一方面，当酰化剂是酸时，该温度可以为约100℃至约300℃，经常使用的温度为约125℃至约250℃。
通过该反应制备的连接产物可以是统计混合物的形式，该统计混合物取决于酰化剂的用料以及连接化合物上反应位的数目。例如，如果将等摩尔比率的第一种和第二种酰化剂与乙二醇反应，则产物将会含有如下物质的混合物：(1)约50％的其中的第一种酰化剂的一个分子通过乙二醇连接到第二种酰化剂的一个分子上的化合物；(2)约25％的其中的第一种酰化剂的两个分子通过乙二醇连接在一起的化合物；和(3)约25％的其中的第二种酰化剂的两个分子通过乙二醇连接在一起的化合物。
连接的酰化剂与氨或胺之间的反应可以在形成盐、酯/盐、酰胺或酰亚胺的条件下利用常规技术进行。通常将这些成分混在一起并加热至约20℃最高至反应成分和/或产物的最低分解温度的温度范围内，在一种实施方案中为约50℃至约130℃，在一种实施方案中为约80℃至约110℃；任选地在常用液体、基本上是惰性的有机液体溶剂/稀释剂的存在下进行，直到形成所需的盐产物。
下面提供如下例子以说明以上讨论的燃料可溶性产物(i)的制备。
离子或非离子型(ii)
离子或非离子型化合物(ii)的亲水亲油平衡值(HLB，指表面活性剂分子上的极性(亲水性)和非极性(亲油性)基团的大小和强度)为约1至约40，并且在一种实施方案中为约4至约15。这些化合物的例子公开于McCutcheon′s Emulsifies and Detergents，1998，North American &International Edition。在本文中将North American Edition的第1-235页和International Edition的第1-199页公开的其HLB为约1至约40、在一种实施方案中为约1至约30、在一种实施方案中为约1至20、在另一个实施方案中为约1至约10的离子或非离子型化合物引入本文作为参考。有用的化合物包括烷醇酰胺、烷基芳基磺酸盐、氧化胺、聚(氧基亚烷基)化合物、其包括含有烯化氧重复单元的嵌段共聚物、羧基化醇的乙醇盐、乙氧基化的醇类、乙氧基化的烷基苯酚、乙氧基化的胺和酰胺、乙氧基化的脂肪酸、乙氧基化的脂肪酯和脂肪油、脂肪酯、脂肪酸酰胺、甘油酯、乙二醇酯、脱水山梨醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂及其衍生物、木质素及其衍生物、甘油单酯及其衍生物、烯烃的磺酸酯、磷酸酯及其衍生物、丙氧基化的和乙氧基化的脂肪酸或醇类或烷基苯酚、脱水山梨醇的衍生物、蔗糖酯及其衍生物、硫酸盐或醇类或乙氧基化的醇类或脂肪酯、十二烷基和十三烷基苯的磺酸盐或稠合的萘或石油、磺基琥珀酸酯及其衍生物以及十三烷基和十二烷基苯磺酸。
在一种实施方案中，离子或非离子型化合物(ii)是通过将含有约12至约30个碳原子的酰化剂与氨或胺反应得到的燃料可溶性产物。酰化剂可以含有约12至约24个碳原子，在一种实施方案中为约12至约18个碳原子。酰化剂可以是羧酸或其反应性等同物。反应性等同物包括酰基卤、酸酐、酯等。这些酰化剂可以是一元酸或多元酸。尽管可以使用三-和四-羧酸，但多元酸优选为二羧酸。这些酰化剂可以是脂肪酸。例子包括豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等。这些酰化剂可以是分别用下式表示的琥珀酸或酸酐：
Figure A0182172900271
或
Figure A0182172900272
其中，前面的式子中的所有R均是含有约10至约28个碳原子的烃基，在一种实施方案中为约12至约20个碳原子。例子包括四聚丙烯取代的琥珀酸或酸酐、十六烷基琥珀酸或酸酐等。胺可以是以上讨论的用于制备燃料可溶性产物(i)的胺中的任何一种。酰化剂和氨或胺之间的反应产物可以是盐、酯、酰胺、酰亚胺或其组合。盐可以是含有酰化剂分子和氨或胺的残基的内盐，其中的一个羧基与同一分子内的氮原子形成离子键；或者它可以是外盐，其中与非同一分子内的氮原子形成离子盐基团。酰化剂与氨或胺的反应在可以形成所需产物的条件下进行。通常将酰化剂与氨或胺共同混合并加热至约50℃至约250℃，在一种实施方案中为约80℃至约200℃；反应可以在常用液体、基本上是惰性的有机液体溶剂/稀释剂的存在下进行，直到形成所需产物。在一种实施方案中，将酰化剂与氨或胺以相对于每当量的氨或胺足以提供约0.3至约3当量酰化剂的量进行反应。在一种实施方案中，该比率为约0.5∶1至约2∶1，在一种实施方案中为约1∶1。
在一种实施方案中，离子或非离子型化合物(ii)是通过将十六烷基琥珀酸酐与二甲基乙醇胺以约1∶1至约1∶1.5、在一种实施方案中为约1∶1.35的当量比率(即羰基与胺的比率)进行反应得到的酯/盐。
离子或非离子型化合物(ii)以最高约为15重量％的浓度存在于水性燃料乳状液中，在一种实施方案中为约0.01至约15重量％，在一种实施方案中为约0.01至约10重量％，在一种实施方案中为约0.01至约5重量％，在一种实施方案中为约0.01至约3重量％，在一种实施方案中为约0.1至约1重量％。
水溶性化合物
水溶性化合物可以是胺盐、铵盐、叠氮化合物、硝基化合物、碱金属盐、碱土金属盐或其中的两种或多种的混合物。这些化合物不同于以上讨论的燃料可溶性产物(i)和离子或非离子型化合物(ii)。这些水溶性化合物包括有机胺的硝酸盐、硝酸酯、叠氮化物、硝胺和硝基化合物。还包括碱金属和碱土金属的碳酸盐、硫酸盐、硫化物、磺酸盐等。
特别有用的是用下式表示的胺或铵盐：
                      k[G(NR3)y]y+nXP-其中G是氢或化合价为y的含有1至约8个碳原子、在一种实施方案中为1至约2个碳原子的有机基团；所有的R均彼此独立地是氢或含有1至约10个碳原子、在一种实施方案中为1至约5个碳原子、在一种实施方案中为1至约2个碳原子的烃基；XP-是化合价为p的阴离子；k、y、n和p彼此独立地是至少为1的整数。当G是H时，y是1。正电荷ky+的总数等于负电荷np-的总数。在一种实施方案中，X是硝酸盐离子；并且在一种实施方案中它是乙酸盐离子。例子包括硝酸铵、乙酸铵、硝酸甲基铵、乙酸甲基铵、乙二胺二乙酸盐、硝酸脲、脲和硝酸鈲盐。特别有用的是硝酸铵。
在一种实施方案中，水溶性化合物起到乳状液的稳定剂的作用，也就是它起着稳定水-燃料的乳状液的作用。因此，在一种实施方案中，水溶性化合物以乳状液的稳定化量存在于水性燃料乳状液中。
在一种实施方案中，水溶性化合物起到助燃剂的作用。助燃剂的特征在于其能够增加燃料组合物的燃烧速率的能力。这样的助燃剂对提高发动机的功率输出有效。因此，在一种实施方案中，水溶性化合物以促进燃烧的量存在于水-燃料乳状液中。
水溶性化合物可以以约0.001至约1重量％、在一种实施方案中为约0.01至约1重量％的浓度存在于水-燃料乳状液中。
十六烷值增进剂
在一种实施方案中，水-燃料乳状液含有十六烷值增进剂。有用的十六烷值增进剂包括但不限于过氧化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硝基氨基甲酸酯等。有用的十六烷值增进剂包括但不限于硝基丙烷、二硝基丙烷、四硝基甲烷、2-硝基-2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2硝基-1-丙醇等。还包括取代的或未取代的脂肪醇或环状脂肪醇(它们可以是单羟基的或多羟基的)的硝酸酯。这些包括含有最多约10个碳原子、在一种实施方案中为约2至约10个碳原子的取代的和未取代的烷基或环烷基硝酸酯。所述烷基可以是直链或支链的，或者是直链或支链烷基的混合物。例子包括硝酸甲酯、硝酸乙酯、硝酸正丙酯、硝酸异丙酯、硝酸烯丙酯、硝酸正丁酯、硝酸异丁酯、硝酸仲丁酯、硝酸叔丁酯、硝酸正戊酯、硝酸异戊酯、硝酸2-戊基酯、硝酸3-戊基酯、硝酸叔戊酯、硝酸正己酯、硝酸正庚酯、硝酸正辛酯、硝酸2-乙基己基酯、硝酸仲辛酯、硝酸正壬酯、硝酸正癸酯、硝酸环戊酯、硝酸环己酯、硝酸甲基环己基酯和硝酸异丙基环己基酯。还可以使用烷氧基-取代的脂肪醇的硝酸酯、例如硝酸2-乙氧基乙基酯、硝酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙基酯、硝酸1-甲氧基丙-2-基酯、硝酸4-乙氧基丁基酯等以及二醇的硝酸酯、例如1，6-六亚甲基二硝酸酯。一种有用的十六烷值增进剂是硝酸2-乙基己基酯。
在水-燃料乳状液中，十六烷值增进剂的浓度可以是足以提供具有所需的十六烷值乳状液的任何浓度。在一种实施方案中，十六烷值增进剂的浓度最高为约10重量％，在一种实施方案中为约0.05至约10重量％，在一种实施方案中为约0.05至约5重量％，在一种实施方案中为约0.05至约1重量％。
其它添加剂
除了前面所述的物质以外，还可以将本领域的技术人员公知的其它的燃料添加剂用于本发明的水-燃料乳状液中。这些添加剂包括但不限于染料、防锈剂如烷基化的琥珀酸和酸酐、抑菌剂、胶质抑制剂、金属减活化剂、上部汽缸用润滑剂等。这些附加的添加剂可以以最高为约1重量％、在一种实施方案中为约0.01至约1重量％的浓度使用，按照水-燃料乳状液的总重计。
在本发明的水-燃料乳状液中，化学添加剂(包括前面所述的乳化剂)的总浓度为约0.05至约30重量％，在一种实施方案中浓度为约0.1至约20重量％，在一种实施方案中浓度为约0.1至约15重量％，在一种实施方案中浓度为约0.1至约10重量％，在一种实施方案中浓度为约0.1至约5重量％。
有机溶剂
将添加剂(包括前面所述的乳化剂)用基本上惰性的、常用液体有机溶剂诸如石脑油、苯、甲苯、二甲苯或柴油进行稀释以形成添加剂的浓缩液，然后将其与燃料和水相混合以形成水-燃料乳状液。这些浓缩液通常含有约10％至约90重量％的前面所述的溶剂。
水-燃料乳状液可以含有最多约60重量％的有机溶剂，在一种实施方案中为约0.01至约50重量％，在一种实施方案中为约0.01至约20重量％，在一种实施方案中为约0.1至约5重量％，在一种实施方案中为约0.1至约3重量％。
防冻剂
在一种实施方案中，本发明的水-燃料乳状液含有防冻剂。防冻剂通常是醇。例子包括但不限于乙二醇、丙二醇、甲醇、乙醇、甘油及其中的两种或多种的混合物。通常以足以防止水-燃料乳状液中所用的水结冰的浓度使用防冻剂。因此，浓度取决于储存或使用燃料的温度。在一种实施方案中，浓度最高为约20重量％，按照水-燃料乳状液的总重计，在一种实施方案中浓度为约0.1至约20重量％，在一种实施方案中浓度为约1至约10重量％。

Claims (12)

1、一种浓缩的水性烃类乳状液，该乳状液含有：
(1)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的烃类燃料总量的一部分，
(2)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的基本上所有的乳化剂，其中乳化剂选自(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到至少一种的燃料可溶性产物，其中烃基取代的酰化剂含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值为约1至约40的离子或非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵、叠氮化合物、硝基化合物、硝酸酯、硝胺、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合；和
(3)在完全配好的水性烃类燃料乳状液中含有的基本上所有的水，其中所述水选自水、水/防冻剂、水/硝酸铵或其组合，
形成用于制备完全配好的水性烃类燃料乳状液的稳定的浓缩的水性烃类乳状液，其平均液滴粒度小于或等于1微米。
2、根据权利要求1所述的浓缩液，其中含有总量的乳化剂和总量的水。
3、根据权利要求1所述的浓缩液，其中烃类燃料部分是完全配好的水性烃类燃料的约0.5％至约70重量％；其中总量的乳化剂是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.05％至约20重量％；其中总量的水是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约50重量％。
4、根据权利要求1所述的浓缩液，其中烃类燃料部分是完全配好的水性烃类燃料的约1％至约40重量％；其中总量的乳化剂是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.1％至约10重量％；其中总量的水是完全配好的水性烃类燃料乳状液的约15％至约50重量％。
5、根据权利要求1所述的浓缩液，其中浓缩的水性烃类乳状液的平均液滴粒度为约0.1微米至约1微米。
6、根据权利要求1所述的浓缩液，其中还含有选自十六烷值增进剂、有机溶剂、防冻剂、表面活性剂和其它已知的燃料添加剂及其组合的添加剂。
7、一种从浓缩的水性烃类燃料乳状液制备水性烃类燃料乳状液的方法，该方法包括：
(1)制备浓缩的水性烃类燃料乳状液，其包括乳化下列成分：
(a)烃类燃料的一部分，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.5％至约70重量％；
(b)基本上所有的乳化剂，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.05％至约20重量％，其中乳化剂选自(i)通过将至少一种烃基取代的羧酸酰化剂与氨或胺反应得到的至少一种燃料可溶性产物，其中烃基取代的酰化剂含有约50至约500个碳原子；(ii)至少一种其亲水亲油平衡值为约1至约40的离子或非离子型化合物；(iii)(i)和(ii)的混合物；或(iv)选自胺盐、铵、叠氮化合物、硝基化合物、硝酸酯、硝胺、碱金属盐、碱土金属盐及其混合物的水溶性化合物与(i)、(ii)或(iii)的组合；和
(c)基本上所有的水，其占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约5％至约50重量％，其中所述水选自水、防冻剂、硝酸铵及其组合，
形成其水滴粒度的平均直径小于1微米的浓缩的水性烃类燃料乳状液；
(2)用剩余的烃类燃料部分稀释浓缩的水性烃类燃料乳状液，所述的剩余的烃类燃料部分占完全配好的水性烃类燃料乳状液中的烃类燃料总量的约95％至约50重量％，
生成其平均液滴粒度小于或等于1微米的稳定的完全配好的水性烃类燃料乳状液，其中完全配好的水性烃类燃料乳状液含有约50％至约99重量％的液体烃类燃料和约1％至约50重量％的水。
8、根据权利要求7所述的方法，其中将最后的乳化剂部分和最后的水部分加入到完全配好的水性烃类燃料乳状液、烃类燃料及其组合中。
9、根据权利要求7所述的方法，其中将总量的乳化剂用于制备浓缩的水性烃类乳状液，乳化剂占完全配好的水性烃类燃料产物的约0.1％至约20重量％；其中加入的水占完全配好的水性烃类燃料的约5％至约50重量％；其中将添加剂加入到浓缩的水性烃类乳状液中，添加剂占完全配好的水性烃类燃料乳状液的约0.0001％至约10重量％，其中添加剂选自十六烷值增进剂、有机溶剂、防冻剂、表面活性剂、其它已知的燃料添加剂及其组合。
10、根据权利要求7所述的方法，其还包括用烃类燃料的余量部分稀释浓缩的水性烃乳状液的步骤，所述的烃类燃料部分的余量占完全配好的水性烃类乳状液的约95％至约40重量％。
11、根据权利要求7所述的方法，其中稀释步骤通过选自混合、掺合、搅动、搅拌、乳化及其组合的方法来进行。
12、根据权利要求7所述的方法，其中该方法选自间歇法、连续法或其组合。
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