CN1590517A - 方法和包含环烷酸铁的燃料添加剂 - Google Patents

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Abstract

将燃烧添加剂用于保护和改善柴油燃料燃烧系统的操作。该添加剂包含一种或多种含铁化合物。该添加剂可以在燃料被导入燃烧室之前加入燃料中或者加入燃烧室后面的排气中。该添加剂通过例如改善排气后处理性能而提高柴油燃料燃烧系统的操作。

Description

方法和包含环烷酸铁的燃料添加剂
技术领域
本发明涉及一种燃烧添加剂和该燃烧添加剂用于保护和改进柴油燃料燃烧系统的操作的用途。该添加剂包含一种或多种含铁化合物。该添加剂可以在燃料被导入燃烧室之前加入燃料中或者加入燃烧室后面的排气中。该添加剂通过例如改善排气后处理性能而提高柴油燃料燃烧系统的操作。
背景技术
燃料包含的金属添加剂被用于各种燃烧设备，用于例如提高辛烷值、改善发动机沉积物控制、气门座磨损控制、降低尾气排放和保护排气后处理系统。这些添加剂可以在炼油厂掺入燃料，或者作为浓缩物带在车上，在需要时加入燃料流。
车载金属添加剂浓缩物由于能够降低颗粒的点火点而被用于保持柴油机颗粒捕捉过滤器(DPFs)的寿命。通过降低点火点，实现了在较低排气温度下捕捉器的再生。这是有用的特征，因为柴油机的排气很少达到捕捉器热点火所必需的高温(超过450℃)。结果，颗粒负荷变得如此之高，以至于背压的提高会妨碍发动机的正常操作。此外，随后的点火是十分剧烈的，以至于产生的热量会烧结和/或熔化作为DPF的组成部分的催化剂。已经发现，通过使捕捉器能在相对较低的排气温度下得到经常再生，车载金属添加剂的使用能够降低背压和减少烧结。
铁是供DPFs使用的金属添加剂中的一种金属。使用的最普通的有机金属形式是二茂铁。然而，已经发现，二茂铁作为铁源并不总是有利的，特别是作为添加剂浓缩物时更是如此，因为二茂铁在各种溶剂中具有有限的溶解度。
发明内容
本发明的添加剂和方法是基于使用含铁化合物，并且特别是基于使用包括环烷酸铁的含铁化合物。添加剂中的铁能够促进作为燃烧副产物的碳颗粒物质的氧化。在被引入排放物流时，铁与颗粒的碳级分接触，加速碳的氧化反应，因此有助于后处理系统的再生。由于有助于后处理系统的再生，含铁添加剂防止了无法接受的排气背压的增大，否则由于在后处理系统、例如柴油机颗粒捕捉过滤器(DPF)中产生高的颗粒负荷，因此排气背压将增大。由于限制了DPF结构对源于高颗粒负载DPF的破坏性高放热量的暴露，因此含铁化合物还能提高DPF的寿命。
在一个实施方案中，燃烧添加剂包含环烷酸铁和烃溶剂。该添加剂具有大于大约55℃的闪点。在一个实施方案中，添加剂中的铁浓度大于15g/L。
在另一个可选方案中，减小源于排气后处理系统上颗粒负荷的发动机背压的方法包括几个步骤。这些步骤包括：提供具有排气后处理系统的燃烧发动机，在所述发动机中燃烧燃料以形成燃烧排气，将含铁化合物加入该燃烧排气，其中所述含铁化合物包括环烷酸铁。含铁化合物可以通过在燃料在发动机中燃烧之前将含铁化合物添加到燃料中而加入到燃烧排气中，或者在燃料在发动机中燃烧后加入到排气中。
另一种可供选择的提高柴油机微粒过滤器操作的方法是以类似的方式进行的。该方法的步骤包括：提供具有柴油机颗粒过滤器的燃烧发动机，在该发动机中燃烧柴油燃料而形成燃烧排气，和将含铁化合物加入到该燃烧排气中，其中含铁化合物包括环烷酸铁。
在一个实施例中，金属添加剂浓缩物预计被贮藏在车载的特殊容器中，该容器满足超过50,000英里的车辆寿命的需要。因此，车载容器必须容纳足够的活性金属，以便能够维持所要求的运行时间。此外，添加剂浓缩物必须在车辆性能的极端状况下是稳定的。作为铁源的二茂铁在柴油燃料中的有限溶解度事实上妨碍了其被用于车载添加剂浓缩物。
环烷酸铁已经被认为是可与金属添加剂浓缩物的车载容器联合使用的适合的含铁化合物。特别地，环烷酸铁与烃溶剂结合使用已经被认为是有效的。
在一个实施方案中，包含环烷酸铁的燃烧添加剂可以具有大于大约15g/L的铁浓度。在可选择的实施例中，铁浓度大于大约22g/L。在一个实施例中，添加剂中的铁浓度是大约23.6g/L。在具有大约23.6g/L的铁浓度的添加剂实施例中，所使用的环烷酸铁的量可以是例如196.66g/L溶剂。在某些例子中，添加剂中铁浓度可以高达125.0g/L，或者更高。
在此，可以与环烷酸铁添加剂结合使用的溶剂包括烃溶剂。在一个实施例中，该溶剂是闪点为大约150°F的芳香族溶剂。具体的可接受的溶剂可以ShellSol AB(ShellSol A150)购得。闪点高于大约130°F的其他溶剂是可接受的。该溶剂可以具有大约150-400℃的沸程。在一个实施例中，溶剂的沸程在170-300℃范围之内。
在其中添加剂被保存在车载特殊容器中的所讨论的实施例中，添加剂适合于在燃料在燃烧发动机中燃烧以前被加入到燃料中。可选择地，含铁化合物可以被加入到由燃料在燃烧发动机系统中燃烧产生的排气流中。
因此，本发明还提供了一种方法，其中燃料是柴油燃料，该柴油燃料包含至少一种低温流动改进剂或者防蜡添加剂，并且还包含选自硝化物和过氧化物的点火改进剂，并且其中燃烧添加剂具有0.3到125.0g/L的铁浓度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度和低于-40℃的浊点。
在另一个实施方案中提供了一种方法，其中燃料是柴油燃料，该柴油燃料包含低温流动改进剂或者防蜡剂，并且燃烧添加剂具有22.3到25.0g/L的浓度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶剂沸程和低于-40℃的浊点。
另一个实施例提供了一种方法，其中燃料是柴油燃料，该柴油燃料包含至少一种选自硝化物和过氧化物的点火改进剂，和其中燃烧添加剂具有22.3到25.0g/L的铁浓度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶剂沸程和低于-40℃的浊点。
本文的另一个实施方案提供了一种方法，其中燃料是柴油燃料，该柴油燃料包含低温流动改进剂或者防蜡添加剂，并且还包含选自硝化物和过氧化物的点火改进剂，和其中燃烧添加剂具有22.3到25.0g/L的铁浓度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶剂的沸程和低于-40℃的浊点。
铁(环烷酸铁)的处理率可以根据需要和给定系统的要求而变化。处理率必须是足够的，以便能够有效地防止由柴油机颗粒过滤器的高颗粒负荷产生的无法接受的排气背压。通过限制DPF结构对由高颗粒负载DPF产生的破坏性高放热量的暴露，该处理率必须足以延长DPF的寿命。
可以从本发明中获益的燃料燃烧系统包括所有燃烧柴油燃料的燃烧发动机。在此“燃烧系统”指任何和所有内部和外部燃烧设备、机器、发动机、涡轮发动机、锅炉、焚烧炉、蒸发燃烧器、静态燃烧器等等，它们可以燃烧柴油燃料，或者在它们中可以燃烧柴油燃料。
柴油燃料燃烧系统正在进行工程化，以引入一种或多种新的组成部分，这些新的组成部分可能导致在发动机后处理系统中新的、高水平的颗粒负荷的积累。新的柴油燃料燃烧系统组成部分包括，但是不局限于：排气再循环系统，它可以是热的或者冷的；可变涡管(scroll)涡轮增压器/可变几何形状涡轮增压器；普通-轨道(rail)燃料喷射系统；液力-起动电子控制组合式喷射器；涡轮增压的和冷却之后的燃烧空气系统；提高平均燃油喷射压力和注射率可调系统(capablesystems)；用于燃烧空气、燃料和排气的电子发动机控制系统；调节阀动作系统；均匀注油压缩点火系统；和在发动机表面上的低摩擦涂层(例如碳基的和PTFE)。
在配制用于本发明方法和添加剂的添加剂时，使用足够量的含铁化合物，以提高在此描述的柴油燃料燃烧系统的操作。添加剂的量或者浓度可以根据以下几点进行选择，被引入具体的燃烧系统的特定组分，以及它们对例如它们所引起的负载到后处理系统中的烟炱量的影响。添加剂的量或者浓度还可以根据柴油燃料中的硫浓度进行选择。
在排气后处理系统例如柴油机颗粒过滤器的操作的叙述中，还引用了术语“提高”。术语“提高”指后处理系统的操作相对于在其中不燃烧铁化合物的相似系统的操作的改进。“提高”的操作性能包括，但是不局限于，延长柴油机颗粒过滤器寿命和减小燃料消耗。
具体实施方式
实施例
一个特定的车辆制造商为特定的含铁添加剂制定了一系列性能规范。这是一种添加剂浓缩物，其将被保存在车载容器中。表1举例说明了含铁添加剂特性的规格的实施例。在该实施例中，环烷酸铁以196.66g/L的ShellSol AB的浓度加入。
表1
 性能  单位  范围  实施例
 铁浓度  g/L  15-50  23.6
 粘度范围，40℃  mm2/s  1.7最大   1.38
 溶剂沸程  ℃  150-400  179-214
 闪点  ℃  ＞55   62
 浊点  ℃  ＜-40  ＜-40
 -40℃到40℃的相容性和液相范围  透明液体  相容的和液体的
 总沉淀  mg/kg  ＜24  痕量
ShellSol AB的规格包括以下：
表2
 性能  单位  典型结果
 平均分子量  g/mol  131-133
 粘度，25℃  mm2/s  1.2
 密度，15℃  g/ml  0.880-0.910
 沸程  ℃  179-214
 闪点  ℃  62-64
 溶剂的化学组成  均三甲基苯       2％123-三甲基苯     15％萘               5.8％其它烃和芳烃     75-78％
应当理解，在说明书或者权利要求中，以化学名称表示的反应物和组分，无论以单数或者复数表示，是指它们在与另一种用化学名称或者化学类型表示的物质(例如，基础燃料、溶剂等等)接触之前它们存在的形式。与在得到的混合物或者溶液或者反应介质中发生什么化学变化、转化和/或反应(如果有)无关，因为这样的变化、转化和/或反应是将特定的反应物和/或组分加到一起后在本发明所要求的条件下的自然结果。因此，所述反应物和组分被表示为在进行希望的化学反应中或者在形成希望的组合物(例如添加剂浓缩物或者加添加剂的燃料混合物)中要被混合在一起的成分。还应认识到，添加剂组分可以单独地和/或作为用于形成预制添加剂混合物和/或亚混合物(sub-combinations)的组分加入或者混入基础燃料中或者与基础燃料混合。因此，按照本发明的公开，尽管以下权利要求可能以现在时描述物质、组分和/或成分(“包含”、“是”等等)，该描述是指刚好在其最初与一种或多种其他物质、组分和/或成分共混或者混合之前所述物质、组分或者成分的状态。因此，在这类共混或者混合操作期间或者紧接着其后，所述物质、组分或者成分可能通过化学反应或者转化已经失去了其最初本性的事实，对于正确理解和认识本发明的公开和权利要求，是完全不重要的。
本发明在实施中可以有许多变化。因此，上述说明书不是用于将本发明限制到在上文中给出的特定例证中，因此不应该将其理解为是限制性的。相反，所要包括的是在权利要求中提出的内容和法律所准许的其同等物。
申请人不打算将任何公开的实施方案奉献给公众，并且因此任何所公开的改变或者变化，虽然字面上可能不在权利要求的范围内，但是在同等原则下也被认为是本发明的一部分。

Claims (3)

1.一种燃烧添加剂，其包含环烷酸铁和烃溶剂，所述添加剂具有高于大约55℃的闪点。
2.一种减小由排气后处理系统上的颗粒负荷产生的发动机背压的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有排气后处理系统的燃烧发动机，
在发动机中燃烧燃料以形成燃烧排气，
将具有含铁化合物的燃烧添加剂加入燃烧排气中，其中所述含铁化合物包括环烷酸铁。
3.一种改善柴油机颗粒过滤器的操作的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有柴油机颗粒过滤器的燃烧发动机，
在所述发动机中燃烧柴油燃料以形成燃烧排气，
将含铁化合物加入所述燃烧排气，其中所述含铁化合物包括环烷酸铁。
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