EP2814917A1 - Additifs ameliorant la resistance a l'usure et au lacquering de carburants de type gazole ou biogazole - Google Patents

Additifs ameliorant la resistance a l'usure et au lacquering de carburants de type gazole ou biogazole

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EP2814917A1
EP2814917A1 EP13704128.1A EP13704128A EP2814917A1 EP 2814917 A1 EP2814917 A1 EP 2814917A1 EP 13704128 A EP13704128 A EP 13704128A EP 2814917 A1 EP2814917 A1 EP 2814917A1
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EP
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additives
diesel
ppm
dispersants
carbon atoms
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Mathieu ARONDEL
Thomas Dubois
Laurent Germanaud
Hélène Rodeschini
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Total Marketing Services SA
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Publication date
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    • C10L2270/026—Specifically adapted fuels for internal combustion engines for diesel engines, e.g. automobiles, stationary, marine

Definitions

  • the present invention relates to additives for improving the wear resistance and lubricity of diesel or biodiesel fuels but also their resistance to lacquering.
  • the present invention also relates to the use of additives to improve the lacquering resistance of fuels of the (bio) diesel fuel type of higher quality.
  • the sulfur content of diesel (B0) or biodiesel (Bx) fuels has been reduced in many countries for environmental reasons, in particular to reduce SO 2 emissions. For example, in Europe, the maximum sulfur content of road diesel fuels is currently 10 ppm.
  • Lubricants and / or anti-wear additives for fuel oils have been described in EP 680 506; these additives include an ester of a carboxylic acid and an alcohol, wherein the acid has from 2 to 50 carbon atoms, and the alcohol has one or more atoms; one of the preferred additives is glycerol monooleate (GMO).
  • GMO glycerol monooleate
  • esters a) and b) being different.
  • these ester mixtures have a particularly good filterability (measured according to IP 387); the preferred ester mixtures are mixtures comprising predominantly glycerol monooleate and glycerol monolinoleate, preferably in substantially equal proportions.
  • EP 915 944 describes anti-wear additives for low sulfur diesel fuels consisting of a combination of at least one saturated or unsaturated aliphatic monocarboxylic hydrocarbon, linear chain of between 12 and 24 carbon atoms, and less a polycyclic hydrocarbon compound selected from the group consisting of natural resin acids, and carboxylate derivatives of amines, esters and nitriles of these acids.
  • These additives can for example derive from tall oil (in English "tall oil”).
  • high-grade fuel of the diesel or biodiesel type is understood to mean any diesel or biodiesel fuel supplemented with at least 50 mass ppm of at least one compound chosen from deposit reducing agents, detergents and dispersants.
  • B0 type diesel fuels which do not contain oxygenated compounds
  • Bx type biodiesel fuels which contain x% (v / v) of vegetable oil esters or fatty acids, most often methyl esters. (EMHV or EMAG)
  • lacquering phenomenon is also known by the English term lacquering which will be used in the following description or by the acronym IDID (internai diesel injector deposits).
  • IDID internal diesel injector deposits
  • the lacquering phenomenon does not concern deposits external to the injection system relating to coking (coking in English) or plugging of the injection nozzles (nozzle coking or fouling) as simulated for example by CEC standard engine test F098-08 DW10B, especially when the test fuel is contaminated with metallic zinc.
  • the lacquering phenomenon can be located on the end of the injection needles, both on the head and on the body of the needles of the fuel injection system but also throughout the control system of the lift of needles (valves) of the injection system, for the engines of vehicles running on diesel or biodiesel fuel, and in particular for high quality (bio) diesel fuels.
  • This lacquering phenomenon can eventually generate a loss of injected fuel flow and thus a loss of power of the engine.
  • the sources of sodium in Bx type biodiesel fuels can be multiple:
  • Another possible source of sodium may come from corrosion inhibitors used to transport petroleum products in certain pipes, such as sodium nitrite;
  • Possible sources of acids in type Bx fuels can be multiple, for example:
  • o corrosion inhibitors used for transporting petroleum products in certain pipes such as DDSA (dodecenylsuccinic anhydride) or HDSA (hexadecenylsuccinic anhydride) or some of their functional derivatives such as acids.
  • PIBSI polyisobutylenesuccinimide
  • these salts are insoluble in diesel fuels with low sulfur content, and as they exist in the form of fine particles, pass through the diesel fuel filters and are deposited inside the injectors.
  • this publication the development of a motor test is described and reproduces the deposits.
  • the publication emphasizes that only diacids generate deposits, unlike the mono carboxylic acids or the neutral esters of organic acids.
  • SAE International, 2010-01 -2250 Deposit Control in Diesel Fuel Injection System Modem, the authors, R.Caprotti, N. Bhatti and G.
  • Balfour also study the same type of internal deposits in injectors and state that the appearance of deposits is not related specifically to a type of fuel (B0 or containing EMAG (Bx)) or to a type of vehicle (light or heavy vehicles) equipped with modern engines (common rail). They show the performance of a new deposit reducer / dispersant, effective on all types of deposits (coking and lacquering).
  • esters obtained from carboxylic acids comprising 1 to 21 carbon atoms and diglycerol, oligoglycerols and / or polyglycerols. These esters are used to improve the lubricity of diesel fuel. This document does not relate to improving the lacquering resistance of fuels of the (bio) diesel fuel type of higher quality. Deposits due to lacquering are insoluble in low-sulfur diesel fuels and biodiesel fuels. These deposits exist in the form of fine particles and can pass through the diesel fuel filters and be deposited inside the injectors.
  • the present invention overcomes the disadvantages mentioned above.
  • the present invention provides additives capable of tangibly improving not only the wear resistance of low sulfur (bio) diesel or bio (diesel) fuels, typically less than 100 ppm by weight, but also the lacquering resistance.
  • high quality (bio) diesel fuels ie additives with at least 50 mass ppm of at least one compound selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants.
  • the present invention relates to the use of additives for improving the lacquering resistance of fuels of the (bio) diesel fuel type of higher quality, said additives comprising at least 50% by weight of monoester (s) and / or diester (s) of polyglycerols, said polyglycerols having from 2 to 5 glycerol units per molecule and the ester units being derived from fatty acid (s), the fatty acid (s) possibly having one or more ethylenic unsaturations, and more than 50% by number of the fatty chains comprising between 12 and 24 carbon atoms.
  • additives comprising at least 50% by weight of monoester (s) and / or diester (s) of polyglycerols, said polyglycerols having from 2 to 5 glycerol units per molecule and the ester units being derived from fatty acid (s), the fatty acid (s) possibly having one or more ethylenic unsaturations, and more than 50% by number of the fatty chains comprising between
  • high-grade fuel of the diesel or biodiesel type is understood to mean any diesel or biodiesel fuel in which one or more additives are incorporated in order to improve their performance (beyond regulatory performance), preferably diesel fuel or biodiesel with at least 50 ppm by weight least one compound selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants.
  • the detergent or dispersant additives are especially (but not exclusively) selected from the group consisting of amines, succinimides, succinamides, alkenylsuccinimides, polyalkylamines, polyalkylamines, polyetheramines, bases of Mannich; examples of such additives are given in EP 938 535.
  • the deposition agent / detergent / dispersant is chosen from: o substituted succinic acid anhydrides, especially polyisobutenyl succinic anhydrides, often called PIBSA, in which the polyisobutylene (also called polyisobutene) group has a molecular mass of between 140 and 5000 and preferably between 500 and 2000 or preferably between 750 and 1250, substituted amines such as N-polyisobutene amine R1-NH2, N-polyisobutene-ethylenediamine R1-NH-R2-NH2, or also polyisobutenesuccinimides of formula:
  • R represents a polyisobutene (polyisobutylene) group with a molecular mass of between 140 and 5000 and preferably between 500 and 2000. or preferably between 750 and 1250; or their structural equivalents bissuccinimides, succinamides, succinamides, and wherein R2 represents at least one of the following segments -CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2, -CH2-CH (CH3) - and x represents an integer inclusive between 1 and 6. o polyethyleneamines. These are particularly effective. They are for example described in detail in the reference "Ethylene Amines" Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk and Othmer, Vol. 5, pp. 898-905, Interscience Publishers, New York (1950). polyetheramines of formula
  • R is an alkyl or aryl group having from 1 to 30 carbon atoms
  • R1 and R2 are each independently hydrogen, an alkyl chain of 1 to 6 carbon atoms or -O-CHR1 -CHR2-
  • A is an amine or N-alkylamine with 1 to 20 carbon atoms in the alkyl chain, a ⁇ , ⁇ -dialkylamine having 1 to 20 carbon atoms in each alkyl group, or a polyamine with 2 to 12 carbon atoms. nitrogen and from 2 to 40 carbon atoms
  • x is from 5 to 30.
  • Such polyetheramines are for example marketed by the companies BASF, HUNSTMAN or CHEVRON. the reaction products between a phenol substituted with a hydrocarbon chain, an aldehyde and an amine or polyamine or ammonia.
  • the alkyl group of the alkylated phenol may be from 10 to 10 carbon atoms. This alkyl group can be obtained by polymerization of olefinic monomer containing from 1 to 10 atoms carbon (ethylene, propylene, 1-butene, isobutylene and 1-decene).
  • the polyolefins particularly used are polyisobutene and / or polypropylene.
  • the polyolefins generally have a weight average molecular weight Mw of between 140 and 5000 and preferably between 500 and 2000 or preferably between 750 and 1250.
  • the alkyl phenols can be prepared by alkylation reaction between a phenol and an olefin or a polyolefin such as polyisobutylene or polypropylene.
  • the aldehyde used may contain from 1 to 10 carbon atoms, usually formaldehyde or paraformaldehyde.
  • the amine used may be an amine or a polyamine including alkanol amines having one or more hydroxy groups.
  • the amines used are generally chosen from ethanolamine, diethanolamines, methylamine, dimethylamine, ethylenediamine, dimethylaminopropylamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine and / or 2- (2-aminoethylamino) ethanol.
  • This dispersant can be prepared by a Mannich reaction by reacting an alkylphenol, an aldehyde and an amine as described in US Pat. No. 5,697,988.
  • the other dispersants such as:
  • amine dispersants derived from the reaction between high molecular weight halogenated aliphatic hydrocarbon compounds with polyamines, preferably polyalkylene polyamines, described for example in US 3,565,804;
  • polymeric dispersants obtained by polymerization of alkylacrylates or alkylmethacrylates (C8-C30 alkyl chains), aminoalkylacrylates or acrylamides and acrylates substituted with poly (oxyethylene) groups. Examples of polymeric dispersants are described, for example, in US 3,329,658 and US 3,702,300;
  • dispersants containing at least one aminotriazole group as described for example in US2009 / 0282731 from the reaction of a hydrocarbyl-substituted dicarboxylic acid or anhydride and an amine compound or salt (amino) guanidine type;
  • Mannich bases for example dodecylphenol / ethylenediamine / formaldehyde, and PIBSI, such as those described in WO2010 / 097624 and WO 2009/040582;
  • the deposition agent / detergent / dispersant is chosen from substituted succinic acid anhydrides, especially polyisobutenyl succinic anhydrides, often referred to as PIBSA, in which the polyisobutylene group (also called polyisobutene) has a mass molecular weight of between 140 and 5000, preferably between 500 and 2000 or preferably between 750 and 1250.
  • Another object of the invention relates to fuels (bio) gas oil of superior quality and improved lacquering resistance, additive with at least 50 ppm m / m of at least one compound selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants and with at least one additive as defined in the present invention.
  • the selective conversion of glycerol to polyglycerols (PG) and polyglycerol esters (EPG) is an important reaction leading, as previously indicated, to various biodegradable surfactants very widely used in industry.
  • the polyglycerols can be obtained by oligomerization of glycerol. Generally, the reaction is carried out in the presence of acidic or basic homogeneous or heterogeneous catalysts.
  • polyglycerols are mixtures of homologues close to a target major molecule.
  • the diglycerol marketed by Fluka has the following distribution with 87% diglycerol and 10% tri- and tetraglycerol.
  • fatty acid (s) and polyglycerol (s) are known per se; they may for example be prepared by esterification of fatty acid (s) and diglycerol in the case of mono- and diesters of diglycerol (or triglycerol in the case of mono- and di-esters of triglycerol).
  • the product resulting from this esterification reaction comprises a mixture of mono-, di-; polyglycerol tri- and tetraesters (eg diglycerol, triglycerol, mixture of di- and triglycerol), as well as small amounts of fatty acid (s) and polyglycerol, (eg diglycerol, triglycerol, mixture of di- and triglycerol) which did not react.
  • patent EP 1 679 300 describes a method for producing fatty acid esters and polyglycerol, in which glycerol is added to a reaction mixture obtained by a direct esterification reaction between polyglycerol and a fatty acid at a temperature of from 60 ° C to less than 180 ° C, and the glycerol phase containing unreacted polyglycerols is separated and removed.
  • esters of fatty acid (s) and polyglycerols have been known for a long time as nonionic surfactants; being biodegradable and biocompatible, they are used in particular for food and personal care.
  • polyglycerol esters are described as "fuel economy" additives for any type of fuel; only decaglycerol tetraoleate is exemplified in a petrol fuel as a fuel economy additive.
  • the polyglycerols may be represented by one of the following general formulas:
  • n> 2 represents the number of glycerol units of the polyglycerol.
  • the polyglycerols (PG) are characterized by their molecular weight, their number of hydroxyl groups and their hydroxyl number, as mentioned in the table below. Index
  • the fatty acids from which the polyglycerol esters according to the invention are derived can be chosen from stearate, isostearate, oleate, linoleate, linolenate, behenate, arachidonate, ricinoleate, palmitate, myristate, laurate, caprate, and their mixtures and the corresponding esters.
  • the fatty acids can come from the transesterification or saponification of vegetable oils and / or animal fats. Preferred vegetable oils and / or animal fats will be selected according to their concentration of oleic acid. For example, see Table 6.21 in Chapter 6 of the book Carburants & Moteurs by JC Guibet and E. Faure, 2007 edition, which lists the compositions of several vegetable oils and animal fats.
  • the fatty acids may also be derived from tall oil fatty acids (TOFA) which comprise a major amount of fatty acids, typically greater than or equal to 90% by weight, as well as resin acids and fatty acids. unsaponifiable in a minority quantity, ie in quantities generally less than 10% by mass.
  • TOFA tall oil fatty acids
  • Preferred additives according to the invention which can improve the wear resistance of low sulfur (bio) diesel fuels and the lacquering resistance of high quality (bio) diesel fuels include partial esters of diglycerol or triglycerol with at least 50% by weight of monoester and / or diester (s) of oleic acid and diglycerol, therefore of diglycerol mono-oleate (s) (DGMO) and / or dioleate (s) of diglycerol (DGDO).
  • DGMO diglycerol mono-oleate
  • DGDO dioleate
  • Other preferred additives comprise at least 50% by weight of mono- and / or diester (s) of oleic acid and triglycerol, and thus of triglycerol mono-oleate (s) and / or dioleate (s). triglycerol.
  • additives comprise at least 50% by weight of mono- and / or diester (s) of oleic acid and diglycerol and / or triglycerol.
  • Diesel fuels liquid fuels for compression engines
  • TCC starting crystallization temperature
  • distillates are base mixtures which can be chosen for example from distillates obtained by the direct distillation of petroleum or crude hydrocarbons, vacuum distillates, hydrotreated distillates, distillates derived from catalytic cracking and / or distillate hydrocracking under vacuum, distillates resulting from ARDS type conversion processes ( by desulfurization of atmospheric residue) and / or visbreaking.
  • Diesel fuels may also contain light cuts such as distillate spirits, catalytic cracking or thermal cracking units, isomerization alkylation units, desulphurization units, steam cracking units.
  • diesel fuels may contain new sources of distillates, including:
  • Plant or animal biomass and vegetable or animal oils that can be hydrotreated or hydrodeoxygenated Plant or animal biomass and vegetable or animal oils that can be hydrotreated or hydrodeoxygenated
  • alcohols such as methanol, ethanol, butanols, ethers (MTBE, ETBE, etc.) generally used in admixture with petrol fuels, but sometimes with heavier fuels of the diesel type,
  • oils and / or their esters such as methyl or ethyl esters of vegetable oils or of fatty acids (EMHV, EEHV, EMAG),
  • hydrotreated vegetable oils and / or animal and / or hydrocracked and / or hydrodeoxygenated (H OD), and / or even biodiesels of animal and / or vegetable origin are hydrotreated vegetable oils and / or animal and / or hydrocracked and / or hydrodeoxygenated (H OD), and / or even biodiesels of animal and / or vegetable origin.
  • These new fuels and fuel bases can be used alone or mixed with conventional petroleum distillates as fuel base (s); they generally comprise long paraffinic chains greater than or equal to 10 carbon atoms and preferably C14 to C30.
  • the diesel fuels have a sulfur content of less than or equal to 500 mass ppm, advantageously less than or equal to 100 ppm by mass, and which can be lowered to a content of less than or equal to 50 ppm by mass, or even even lower than or equal to 10 ppm mass (this is the case of diesel fuels for current vehicles whose sulfur content according to the European standard EN 590 currently in force must be less than or equal to 10 ppm mass).
  • the wear resistance and lacquering resistance additives for diesel fuels according to the invention may be incorporated in the fuels up to a value of up to 10% by weight, and advantageously so that the concentration of and di-ester (s) of diglycerol and / or triglycerol in the final fuel is between 20 and 1 000 ppm by weight, and preferably between 30 and 200 ppm mass m / m, that is to say mass ppm. relative to the total mass of the additive fuel.
  • compositions of (bio) diesel fuel of superior quality contain at least 50 ppm by weight of at least one compound selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants and contain at least one additive according to the invention. invention and optionally at least one or more other functional additives.
  • Another object of the present invention relates to packages of additives for (bio) diesel fuel containing at least one additive according to the present invention and at least one or more functional additives.
  • the additive package further comprises at least 50 mass ppm of at least one compound selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants such as those described above.
  • the anti-wear and anti-lacquering additives of the present invention may be used alone or in admixture with other functional additives, such as deposition / dispersant reducers, antioxidants, combustion improvers, corrosion inhibitors , cold-strength additives (cloud point enhancement, sedimentation rate, filterability and / or cold flow), dyes, demulsifiers, metal deactivators, antifoam agents, cetane number, co-solvents, compatibilizing agents, other anti-wear additives than those of the present invention, etc.
  • functional additives such as deposition / dispersant reducers, antioxidants, combustion improvers, corrosion inhibitors , cold-strength additives (cloud point enhancement, sedimentation rate, filterability and / or cold flow), dyes, demulsifiers, metal deactivators, antifoam agents, cetane number, co-solvents, compatibilizing agents, other anti-wear additives than those of the present invention, etc.
  • the other functional additive (s) may be chosen from:
  • procetane additives for fuels of the diesel type, mention may be made of procetane additives, in particular (but not limited to) selected from alkyl nitrates, preferably 2-ethyl hexyl nitrate, aryl peroxides, preferably benzyl peroxide.
  • alkyl peroxides preferably di-tert-butyl peroxide
  • additives improving the octane number for fuels such as heating oil, heavy fuel oil, marine fuel, mention may be made of methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (MMT); ⁇ anti-oxidant additives, such as aliphatic, aromatic amines, hindered phenols, such as BHT, BHQ;
  • ⁇ anti-foam additives in particular (but not limited to) chosen, for example, from polysiloxanes, oxyalkylated polysiloxanes, and fatty acid amides derived from vegetable or animal oils; examples of such additives are given in EP 861 182, EP 663 000, EP 736 590;
  • ⁇ anti-corrosion additives such as ammonium salts of carboxylic acids
  • ⁇ chelating agents and / or metal sequestering agents such as triazoles, disalicylidene alkylene diamines, and especially ⁇ , ⁇ 'bis (salicylidene) propane diamine;
  • ⁇ cold-holding additives and especially cloud-point-improving additives in particular (but not limited to) selected from the group consisting of long-chain olefin terpolymers / (meth) acrylic ester / maleimide, and ester polymers of fumaric / maleic acids.
  • additives examples include EP 71 513, EP 100 248, FR 2 528 051, FR 2 528 051, FR 2 528 423, EP 1 12 195, EP 1 727 58, EP 271 385, EP 291367; anti-sedimentation additives and / or paraffin dispersants in particular (but not exclusively) chosen from the group consisting of (meth) acrylic acid / polyamine-amidated alkyl (meth) acrylate copolymers, polyamine alkenylsuccinimides, phthalamic acid and double chain fatty amine derivatives; alkyl phenol / aldehyde resins; examples of such additives are given in EP 261,959, EP 593,331, EP 674,689, EP 327,423, EP 512,889, EP 832,172; US 2005/0223631; US 5,998,530; WO 93/14178; polyfunctional cold operability additives chosen in particular in the group consisting of olef
  • CFI additives such as EVA and / or EVP copolymers
  • ⁇ metal passivators such as azoles, alkylated azole benzotides
  • ⁇ acid neutralizers such as cyclic alkyl amines
  • markers in particular markers imposed by the regulations, for example dyes specific to each type of fuel or fuel.
  • lubricant additives especially (but not exclusively) selected from the group consisting of fatty acids and their ester or amide derivatives, in particular glycerol monooleate and mono- and polycyclic carboxylic acid derivatives; examples of such additives are given in the following documents: EP 680 506, EP 860 494, WO 98/04656, EP 915 944, FR 2 772 783, FR 2 772 784.
  • Another subject of the present invention relates to high quality (bio) diesel fuel compositions containing at least one additive as defined in any one of claims 1 to 4 and at least 50 mass ppm of at least one compound. selected from deposit reducing agents, detergents, dispersants as described above.
  • the deposition / detergent / dispersant reducer is chosen from substituted succinic acid anhydrides, especially polyisobutenyl succinic anhydrides, often referred to as PIBSA, in which the polyisobutylene group (also called polyisobutene) has a molecular mass of between 140 and 5000 and preferably between 500 and 2000 or preferably between 750 and 1250,
  • the possible other additives are generally incorporated in amounts ranging from 50 to 1,500 ppm m / m, that is to say, mass ppm based on the total weight of the additive fuel.
  • additives may be incorporated into the fuels according to any known method; for example, the additive or the mixture of additives may be incorporated in the form of a concentrate comprising the additive (s) and a solvent, compatible with the (bio) diesel fuel, the additive being dispersed or dissolved in the solvent.
  • concentrates generally contain from 20 to 95% by weight of solvents.
  • Solvents are organic solvents which generally contain hydrocarbon solvents.
  • hydrocarbon solvents such as naphtha, kerosene, heating oil; aliphatic and / or aromatic aromatic hydrocarbons such as hexane, pentane, decane, pentadecane, toluene, xylene, and / or ethylbenzene and alkoxyalkanols such as 2-butoxyethanol and / or mixtures thereof.
  • hydrocarbons such as commercial solvent mixtures such as, for example, Solvarex 10, Solvarex LN, Solvent Naphtha, Shellsol AB, Shellsol D, Solvesso 150, Solvesso 150 ND, Solvesso 200, Exxsol, ISOPAR and optionally polar dissolution adjuvants, such as 2-ethylhexanol, decanol, isodecanol and / or isotridecanol.
  • the invention relates to the use of at least one additive composition according to the invention incorporated into a fuel of the diesel or biodiesel type of higher quality to improve the resistance to lacquering, ie fouling on the head and / or on the body. needles of the fuel injection system but also throughout the control system of the needle lift (valves) of the injection system, especially for engines with Euro 4 to Euro 6 fuel injection systems.
  • the invention also relates to a method for improving lacquering resistance comprising the introduction of additives into a fuel of the (bio) diesel fuel type of higher quality, said additives comprising at least 50% by weight of monoester (s) and and / or diester (s) of polyglycerols, said polyglycerols having from 2 to 5 glycerol units per molecule, the ester units being derived from fatty acid (s), the fatty acid (s) optionally having one or more ethylenic unsaturations, and more than 50% by number of fatty chains comprising between 12 and 24 carbon atoms.
  • additives comprising at least 50% by weight of monoester (s) and and / or diester (s) of polyglycerols, said polyglycerols having from 2 to 5 glycerol units per molecule, the ester units being derived from fatty acid (s), the fatty acid (s) optionally having one or more ethylenic unsaturations, and more than 50% by number
  • the method for improving lacquering resistance according to the invention has the following characteristics:
  • the additives comprise partial esters of diglycerol and / or triglycerol,
  • the partial esters of diglycerol and / or triglycerol comprise at least 50% by weight of monoester and / or diester (s) of oleic acid and of diglycerol, and thus of mono-oleate (s) of diglycerol (DGMO) and / or diglycerol dioleate (DGDO) is at least 50% by weight of mono- and / or diester (s) of oleic acid and triglycerol, or at least 50% by weight of mono- and or diester (s) of oleic acid and diglycerol and / or triglycerol,
  • DGMO diglycerol
  • DGDO diglycerol dioleate
  • the additives further comprise one or more other functional additives, such as deposition / dispersant reducers, antioxidants, combustion improvers, corrosion inhibitors, cold-holding additives (cloud point enhancer, speed sedimentation, filterability and / or cold flow), dyes, demulsifiers, metal deactivators, antifoaming agents, cetane improvers, co-solvents, compatibilizers, other lubricant additives, antiwear agents and / or friction modifiers, and optionally one or more solvents.
  • functional additives such as deposition / dispersant reducers, antioxidants, combustion improvers, corrosion inhibitors, cold-holding additives (cloud point enhancer, speed sedimentation, filterability and / or cold flow), dyes, demulsifiers, metal deactivators, antifoaming agents, cetane improvers, co-solvents, compatibilizers, other lubricant additives, antiwear agents and / or friction modifiers, and optionally one or more solvents.
  • the method for improving the lacquering resistance according to the invention also makes it possible to improve the wear resistance, in particular of the injectors, and the lubricity of (bio) diesel fuels having a sulfur less than or equal to 500 mass ppm.
  • the method for improving lacquering resistance according to the invention makes it possible to avoid and / or reduce and / or delay:
  • the inventors have also developed a new reliable and robust method for assessing the sensitivity of (bio) diesel fuels, particularly those of Superior quality, lacquering.
  • This method unlike the methods described in the publications cited above, is not a laboratory method but is based on motor tests and is therefore of technical interest and makes it possible to quantify the effectiveness of the additives or compositions of additives against lacquering.
  • the method of measuring lacquering developed by the inventors is detailed below:
  • the engine used is a four-cylinder, 16-valve diesel engine with high-pressure common rail injection, with a displacement of 1,500 cm 3 and a power of 80 hp: the fuel injection pressure regulation is done in the high pressure of the pump.
  • the power point is 40 hours at 4,000 rpm; the position of the injector in the chamber is lowered by 1 mm from its nominal position, which on the one hand promotes the release of thermal energy from combustion, and on the other hand brings the injector closer to the chamber of combustion.
  • the injected fuel flow rate is adjusted to obtain an exhaust temperature of 750 ° C at the start of the test.
  • the injection advance has been increased by 1.5 ° crankshaft compared to the nominal setting (we go from + 12.5 ° to + 14 ° crankshaft) always in order to increase the thermal stresses experienced by the nozzle of the injector.
  • the injection pressure has been increased by 10 MPa compared to the nominal pressure (that is to say from 140 MPa to 150 MPa) and the temperature is regulated. at 65 ° C at the high pressure pump inlet.
  • the first 20 hours are performed with a high quality B7 diesel (containing PIBSA detergent and an acid friction modifier) known for its tendency to generate lacquering. After 20h, two of the four injectors are disassembled and sides to validate the quantity of deposits that are present and two new injectors are then installed instead.
  • a high quality B7 diesel containing PIBSA detergent and an acid friction modifier
  • Lot 1 2 injectors having seen 20h of high quality fuel known for its tendency to generate lacquering.
  • Lot 2 2 injectors having seen 20h of high quality fuel known for its tendency to generate lacquering + 20h of product to be evaluated.
  • the characteristic temperatures of the various fluids make it possible to check the validity of the tests.
  • the fuel is regulated at 65 ° C at the pump inlet
  • the coolant is regulated at 90 ° C at the motor output.
  • the flue gas values make it possible to control the ignition timing at the beginning of the test (target value of 3FSN) and to ensure that it is repeatable from one test to another.
  • the injectors are disassembled at the end of the test to visualize and dimension the deposits formed along the needles.
  • the procedure for quoting the selected hands is as follows:
  • the scale of the notes varies from -2.5 (case of a large deposit) to 10 (case of a new needle without any deposit).
  • the final grade is a weighted average of the scores on all the rated surfaces of the needle
  • One of the additives according to the invention prepared in Example 1 is incorporated in a diesel fuel and the lubricating power of the fuel additive is measured according to the HFRR method described in the ASTM 12156-1 standard.
  • the diesel fuel used in this example is a "biofree" B0 fuel without lubricity additive, containing less than 10 ppm / m of sulfur, the aromatic character of which is not very pronounced (22% m / m) and the relatively high density. low (821, 9 g / L).
  • a "biofree" B0 diesel with no lubricating additive containing less than 10 ppm / m sulfur and having a low aromatic character (22% m / m) and a relatively low density (821.9 g) / L)
  • a single lubricant additive DGMO, MGMO or TOFA
  • TOFA additive known lubricants
  • the lubricity of the product is measured according to the HFRR method described in ASTM 12156-1. AT.

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Abstract

La présente invention concerne de nouveaux additifs anti-usure pour carburants de type gazole ou biogazole ayant une teneur en soufre inférieure ou égale à 500 ppm massiques. Ces nouveaux additifs améliorent également la résistance au lacquering des carburants de type gazole ou biogazole ayant une teneur en soufre inférieure ou égale à 500 ppm massiques de qualité supérieure.

Description

ADDITIFS AMELIORANT LA RESISTANCE A L'USURE ET AU LACQUERING DE CARBURANTS DE TYPE GAZOLE OU BIOGAZOLE
La présente invention a pour objet des additifs destinés à améliorer la résistance à l'usure et le pouvoir lubrifiant de carburants de type gazole ou biogazole mais aussi leur résistance au lacquering. La présente invention concerne également l'utilisation d'additifs pour améliorer la résistance au lacquering de carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure. La teneur en soufre des carburants gazole (B0) ou biogazole (Bx) a fait l'objet d'une réduction dans de nombreux pays pour des raisons d'environnement, notamment pour réduire les émissions de SO2. Par exemple, en Europe, la teneur maximale en soufre des carburants de type gazole routier est actuellement de 10 ppm massiques.
Les procédés de préparation des bases carburants gazole ou diesel à basse teneur en soufre, par exemple les procédés d'hydrotraitement outre le fait de réduire la teneur en soufre, réduisent également la teneur de ces bases carburants diesel en composés aromatiques polycycliques et en composés polaires. Or, il est connu que les carburants gazole ou diesel à basse (inférieure à 100 ppmm) voire très basse teneur en soufre possèdent une aptitude réduite à lubrifier le système d'injection du moteur, ce qui fait que par exemple la pompe d'injection de carburant du moteur peut tomber en panne de manière précoce pendant la durée de vie du moteur, la panne se produisant par exemple dans des systèmes d'injection de carburant sous haute pression, tels que des distributeurs rotatifs sous haute pression, des pompes en ligne, des pompes combinées, avec des injecteurs et des injecteurs.
Des additifs de lubrifiance et/ou d'anti-usure pour fuel oils ont été décrits dans EP 680 506 ; ces additifs comprennent un ester d'un acide carboxylique et d'un alcool, dans lequel l'acide a de 2 à 50 atomes de carbone, et l'alcool a un ou plusieurs atomes ; un des additifs préférés est le monooléate de glycérol (GMO).
Dans EP 839174, sont décrits des additifs lubrifiants comprenant :
a) un ester obtenu par réaction d'un acide monocarboxylique insaturé et d'un alcool polyhydroxylé
b) un ester obtenu par réaction d'un acide monocarboxylique insaturé et d'un alcool polyhydroxylé ayant au moins 3 groupes hydroxy,
les esters a) et b) étant différents. Outre leurs propriétés lubrifiantes, ces mélanges d'esters présentent une filtrabilité (mesurée selon la norme IP 387) particulièrement bonne ; les mélanges d'esters préférés sont les mélanges comprenant majoritairement du monooléate de glycérol et de monolinoléate de glycérol, de préférence en proportions sensiblement égales.
Dans EP 915 944, sont décrits des additifs anti-usure pour carburants diesel à faible teneur en soufre constitués par une combinaison d'au moins un hydrocarbure aliphatique monocarboxylique, saturé ou insaturé, de chaîne linéaire comprise entre 12 et 24 atomes de carbone et au moins un composé hydrocarboné polycyclique choisi dans le groupe constitué par les acides résiniques naturels, et les dérivés carboxylates d'amines, esters et nitriles de ces acides. Ces additifs peuvent par exemple dériver du tallol (en anglais « tall oil »).
Cependant les carburants gazole ou diesel et notamment les carburants de qualité supérieure additivés avec ces additifs anti-usure se sont parfois révélés avoir des propriétés en résistance au lacquering non satisfaisantes.
Les carburants diesel commercialisés doivent respecter des spécifications nationales ou supranationales (par exemple la norme EN 590 pour les carburants diesel dans l'UE). Pour les carburants commerciaux, il n'existe aucune obligation légale concernant l'incorporation d'additifs (composés chimiques incorporés dans les carburants pour en améliorer les propriétés, par exemple additifs améliorant la tenue à froid) ; les compagnies pétrolières, les distributeurs sont libres d'ajouter ou non des additifs à leurs carburants. Du point de vue commercial, dans le domaine de la distribution des carburants, on distingue les carburants « premier prix », pas ou peu additivés, des carburants de qualité supérieure dans lesquels sont incorporés un ou plusieurs additifs pour en améliorer les performances (au-delà des performances réglementaires). Au sens de la présente invention, on entend par carburant de qualité supérieure de type gazole ou biodiesel tout carburant gazole ou biodiesel additivé avec au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants.
On distingue les carburants diesel de type B0, qui ne contiennent pas de composé oxygéné, des carburants biodiesel de type Bx qui contiennent x % (v/v) d'esters d'huiles végétales ou d'acides gras, le plus souvent esters méthyliques (EMHV ou EMAG)
On a constaté que certains carburants diesel ou biodiesel de qualité supérieure sont parfois la cause de dépôts sur les aiguilles d'injecteur des systèmes d'injection de moteurs diesel, notamment ceux de type Euro 3 à Euro 6.
Ce phénomène de dépôts est également connu sous le terme anglais de lacquering qui sera utilisé dans la description qui suit ou sous l'acronyme anglais IDID (internai diesel injector deposits). Au sens de la présente invention, le phénomène de lacquering ne concerne pas les dépôts externes au système d'injection relatifs au cokage (coking en anglais) ou bouchage des buses d'injection (nozzle coking ou fouling) tels que simulés par exemple par l'essai moteur standard CEC F098-08 DW10B, en particulier lorsque le carburant testé est contaminé par du zinc métallique.
Le phénomène de lacquering peut être localisé sur l'extrémité des aiguilles d'injecteurs, à la fois sur la tête et sur le corps des aiguilles du système d'injection du carburant mais aussi dans tout le système de commande de la levée d'aiguilles (clapets) du système d'injection, pour les moteurs de véhicules fonctionnant avec un carburant diesel ou biodiesel, et notamment pour les carburants (bio)diesel de qualité supérieure. Ce phénomène de lacquering peut à terme, générer une perte de débit de carburant injecté et donc une perte de puissance du moteur. On distingue en général 2 types de dépôts de type lacquering :
1 . des dépôts plutôt blanchâtres et pulvérulents ; par analyse, on constate que ces dépôts consistent essentiellement en des savons de sodium (carboxylate de sodium, par exemple) et/ou de calcium (dépôts de type 1 ) ;
2. des dépôts organiques assimilables à des vernis colorés localisés sur le corps de l'aiguille (dépôts de type 2).
Pour ce qui concerne les dépôts de type 1 , les sources de sodium dans les carburants biogazole de type Bx peuvent être multiples :
« les catalyseurs de transestérification des huiles végétales pour la production des esters de type esters (m)éthyliques d'acides gras tel que le méthanoate de sodium ;
• une autre source possible de sodium peut provenir des inhibiteurs de corrosion utilisés pour le transport de produits pétroliers dans certains tuyaux (en anglais « pipes »), tel que le nitrite de sodium ;
• enfin des pollutions exogènes accidentelles, via l'eau ou l'air par exemple, peuvent contribuer à introduire du sodium dans les carburants (le sodium étant un élément très répandu).
Les sources possibles d'acides dans les carburants de type Bx peuvent être multiples, par exemple :
o les acides résiduels des biocarburants (voir la norme EN 14214 qui fixe un taux maximal d'acides autorisé)
o les inhibiteurs de corrosion utilisés pour le transport de produits pétroliers dans certains tuyaux (en anglais « pipes ») tels que le DDSA (anhydride dodécénylsuccinique) ou le HDSA (anhydride hexadécénylsuccinique) ou certains de leurs dérivés fonctionnels tels que les acides.
Pour ce qui concerne les dépôts organiques de type 2, certaines publications précisent qu'ils peuvent notamment provenir de réactions entre les réducteurs de dépôts/dispersants (par exemple de type polyisobutylènesuccinimide (PIBSI)) et les acides (qui seraient présents entre autres en tant qu'impuretés des esters d'acides gras du biodiesel).
Dans la publication SAE 880493, Reduced Injection Needle Mobility Caused by Lacquer Deposits from Sunflower 0/7, les auteurs M Ziejewski et HJ Goettler décrivent le phénomène de lacquering et ses conséquences néfastes pour le fonctionnement de moteurs fonctionnant avec des huiles de tournesol comme carburant.
Dans la publication SAE 2008-01 -0926, Investigation into the Formation and Prévention of Internai Diesel Injector Deposits, les auteurs J Ullmann, M Geduldig, H Stutzenberger (Robert Bosch GmbH) et R Caprotti, G Balfour (Infineum) décrivent aussi les réactions entre les acides et les réducteurs de dépôts/dispersants pour expliquer les dépôts de type 2.
Par ailleurs, dans la publication SAE International, 2010-01 -2242, Internai Injector Deposits in High-Pressure Common Rail Diesel Engines, les auteurs S. Schwab et al., expliquent que les parties internes des injecteurs sont généralement recouvertes par un dépôt légèrement coloré et visible à l'œil nu. Leurs analyses ont permis de déterminer qu'il s'agissait majoritairement de sels de sodium d'acides alkényl- (hexadécényl- ou dodécényl-)-succiniques ; le sodium provenant de desséchants, d'eau caustique utilisée en raffinerie, d'eau de fonds de bacs ou d'eau de mer, et les diacides succiniques étant utilisés comme inhibiteurs de corrosion ou présents dans les paquets multifonctionnels d'additifs. Une fois formés, ces sels sont insolubles dans les carburants diesel à basse teneur en soufre, et comme ils existent sous forme de fines particules, passent au travers des filtres gazole et viennent se déposer à l'intérieur des injecteurs. Dans cette publication, le développement d'un essai moteur est décrit et permet de reproduire les dépôts. La publication insiste sur le fait que seuls les diacides génèrent des dépôts, contrairement aux monoacides carboxyliques ou aux esters neutres des acides organiques. Dans la publication SAE International, 2010-01 -2250, Deposit Control in Modem Diesel Fuel Injection System, les auteurs, R.Caprotti, N. Bhatti and G. Balfour, étudient aussi le même type de dépôts internes dans les injecteurs et affirment que l'apparition de dépôts n'est pas liée spécifiquement à un type de carburant (B0 ou contenant des EMAG(Bx)) ni à un type de véhicules (véhicules légers ou poids lourds) équipés de motorisations modernes (common rail). Ils montrent la performance d'un nouveau réducteur de dépôts/dispersant, efficace sur tous types de dépôts (coking et lacquering).
Le document DE 10 2004 055589 décrit des esters obtenus à partir d'acides carboxyliques comprenant de 1 1 à 21 atomes de carbone et de diglycérol, oligoglycérols et/ou polyglycérols. Ces esters sont utilisés pour améliorer la lubrifiance de carburant diesel. Ce document ne concerne pas l'amélioration de la résistance au lacquering de carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure. Les dépôts dus au phénomène de lacquering sont insolubles dans les carburants diesel à basse teneur en soufre et les carburants biodiesel. Ces dépôts existent sous forme de fines particules et peuvent passer au travers des filtres gazole et se déposer à l'intérieur des injecteurs.
L'accumulation des dépôts de type lacquering tels que décrits ci-dessus peut entraîner les inconvénients suivants :
- un ralentissement de la réponse de l'injecteur de carburant,
- le collage des pièces internes, ce qui peut entraîner une perte de contrôle du temps d'injection ainsi que de la quantité de carburant fournie par injection,
- une perte de maniabilité du véhicule,
- des variations de puissance,
- une augmentation de la consommation de carburant,
- une augmentation des polluants,
- une perturbation de la combustion, puisque la quantité de carburant injectée ne sera pas celle prévue en théorie et le profil de l'injection sera différent, - un ralenti instable du véhicule,
- une augmentation du bruit produit par le moteur,
- une baisse de la qualité de la combustion sur le long terme,
- une baisse de la qualité de la pulvérisation.
Dans le cas où il y aurait un fort dépôt de type lacquering, le véhicule pourrait avoir de grandes difficultés à démarrer, voire ne plus démarrer du tout, puisque l'aiguille permettant l'injection serait bloquée.
La présente invention permet de surmonter les inconvénients indiqués ci- dessus.
La présente invention propose des additifs susceptibles d'améliorer de manière tangible non seulement la résistance à l'usure de carburants (bio)diesel ou bio(gazole) à faible teneur en soufre, typiquement inférieure à 100 ppm massiques mais aussi la résistance au lacquering de carburants (bio)diesel de qualité supérieure, i-e additivés avec au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants.
La présente invention concerne l'utilisation d'additifs pour améliorer la résistance au lacquering de carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure, lesdits additifs comprenant au moins 50% en masse de monoester(s) et/ou diester(s) de polyglycérols, lesdits polyglycérols ayant de 2 à 5 motifs glycérol par molécule et les motifs esters étant dérivés d'acide(s) gras, le ou les acides gras ayant éventuellement une ou plusieurs insaturations éthyléniques, et plus de 50% en nombre des chaînes grasses comprenant entre 12 et 24 atomes de carbone.
Au sens de la présente invention, on entend par carburant de qualité supérieure de type gazole ou biodiesel tout carburant gazole ou biodiesel, dans lesquels sont incorporés un ou plusieurs additifs pour en améliorer les performances (au-delà des performances réglementaires), de préférence, tout carburant gazole ou biodiesel additivé avec au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants.
Selon un mode de réalisation, les additifs détergents ou dispersants, sont notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les aminés, les succinimides, les succinamides, les alkénylsuccinimides, les polyalkylamines, les polyalkyles polyamines, les polyétheramines, les bases de Mannich; des exemples de tels additifs sont donnés dans EP 938 535.
Selon un mode de réalisation particulier préféré, le réducteur de dépôts/détergent/dispersant est choisi parmi : o les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques, souvent dénommés PIBSA, dans lesquels le groupement polyisobutylène (encore appelé polyisobutène) a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250, o les aminés substituées telle que la N-polyisobutène aminé R1 -NH2, la N- polyisobutènethylènediamine R1 -NH-R2-NH2, o ou encore les polyisobutènesuccinimides de formule :
où R représente un groupement polyisobutène (polyisobutylène) de masse moléculaire compris entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250 ; ou leur équivalents structuraux bissuccinimides, succinamiques, succinamides, et où R2 représente au moins l'un des segments suivants -CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2, -CH2-CH(CH3)- et x représente un nombre entier compris entre 1 et 6. o les polyéthylèneamines. Celles-ci sont particulièrement efficaces. Elles sont par exemple décrites en détail dans la référence « Ethylene Aminés » Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk and Othmer, Vol. 5, pp.898-905, Interscience Publishers, New York (1950). o les polyétheramines de formule
où R est un groupement alkyle ou aryle comportant de 1 to 30 atomes de carbone ; R1 et R2 sont chacun indépendamment un atome d'hydrogène, une chaîne alkyle de 1 à 6 atomes de carbone ou -0-CHR1 -CHR2- ; A est une aminé ou une N-alkylamine avec 1 à 20 atomes de carbone dans la chaîne alkyle, une Ν,Ν-dialkylamine ayant de 1 à 20 atomes de carbone dans chaque groupe alkyle, ou une polyamine avec 2 à 12 atomes d'azote et de 2 à 40 atomes de carbone ; x va de 5 à 30.
De telles polyétheramines sont par exemple commercialisées par les sociétés BASF, HUNSTMAN ou CHEVRON. o les produits de réaction entre un phénol substitué par une chaîne hydrocarbonée, un aldéhyde et une aminé ou polyamine ou de l'ammoniac. Le groupement alkyle du phénol alkylé peut être constitué de 10 à 1 10 atomes de carbone. Ce groupement alkyle peut être obtenu par polymérisation de monomère oléfinique contenant de 1 à 10 atomes de carbone (éthylène ; propylène ; 1 -butène, isobutylène et 1 -décène). Les polyoléfines particulièrement utilisées sont le polyisobutène et/ou le polypropylène. Les polyoléfines ont en général une masse moléculaire moyenne en masse Mw comprise entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250.
Les alkyl phénols peuvent être préparés par réaction d'alkylation entre un phénol et une oléfine ou une polyoléfine comme le polyisobutylène ou le polypropylène.
L'aldéhyde utilisé peut contenir de 1 à 10 atomes de carbone, généralement du formaldéhyde ou du paraformaldéhyde.
L'amine utilisée peut être une aminé ou une polyamine incluant les alkanol aminés ayant un ou plusieurs groupements hydroxy. Les aminés utilisées sont en général choisies parmi l'éthanolamine, les diéthanolamines, la méthylamine, la diméthylamine, l'éthylènediamine, la diméthylaminopropylamine, la diéthylènetriamine, la triéthylènetétramine, la tétraéthylènepentamine et/ou le 2-(2- aminoéthylamino) éthanol. Ce dispersant peut être préparé par une réaction de Mannich en faisant réagir un alkylphénol, un aldéhyde et une aminé comme décrit dans le brevet US 5 697 988. o les autres dispersants, tels que :
· les dispersants carboxyliques comme ceux décrits dans US
3,219,666 ;
les dispersants aminés issus de la réaction entre des composés hydrocarbonés aliphatiques halogénés de haut poids moléculaire avec des polyamines de préférence des polyalkylène polyamines, décrits par exemple dans US 3 565 804 ;
les dispersants polymériques obtenus par polymérisation d'alkylacrylates ou alkylméthacrylates (chaînes alkyles en C8 à C30), des aminoalkylacrylates ou acrylamides et des acrylates substitués par des groupements poly-(oxyéthylène). Des exemples de dispersants polymériques sont par exemple décrits dans US 3 329 658 et US 3 702 300 ;
les dispersants contenant au moins un groupement aminotriazole tels que décrits par exemple dans US2009/0282731 issus de la réaction d'un acide ou anhydride dicarboyxlique substitué par un hydrocarbyle et d'un composé d'amine ou sel de type (amino)guanidine ;
les oligomères de PIBSA et/ou de DDSA et de monohydrate d'hydrazine, tels que ceux décrits dans EP 1 887 074 ;
les oligomères de napthol éthoxylé et de PIBSA, tels que ceux décrits dans EP 1 884 556 ;
les dérivés esters, amides ou imides quaternisés de PIBSA, tels que ceux décrits dans WO2010/132259 ;
les mélanges de bases de Mannich, par exemple dodécylphénol/éthylènediamine/formaldéhyde, et de PIBSI, tels que ceux décrits dans WO2010/097624 et WO 2009/040582 ;
les terpolymères quaternisés d'éthylène, d'ester(s) alcényle(s) et de monomère(s) avec au moins une insaturation éthylénique et contenant un azote tertiaire au moins partiellement quaternisé, tels que ceux décrits dans WO201 1 /134923. Selon un autre mode de réalisation particulier préféré, le réducteur de dépôts /détergent /dispersant est choisi parmi les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques, souvent dénommés PIBSA, dans lesquels le groupement polyisobutylène (encore appelé polyisobutène) a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000, de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250.
Un autre objet de l'invention concerne des carburants (bio)gazole de qualité supérieure et de résistance au lacquering améliorée, additivés avec au moins 50 ppm m/m d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants et avec au moins un additif tel que défini dans la présente invention.
Ces problèmes de résistance à l'usure de carburants (bio)diesel à faible teneur en soufre et de résistance au lacquering de carburants (Bx ou biodiesel) sont résolus par l'utilisation d'au moins un additif qui comprend au moins 50 % en masse de monoester(s) et/ou diester(s) de polyglycérols, lesdits polyglycérols ayant de 2 à 5 motifs glycérol par molécule et les esters étant dérivés d'acide(s) gras, le ou les acides gras ayant éventuellement une ou plusieurs insaturations éthyléniques, et la majorité, c'est-à-dire plus de 50 % en nombre des chaînes grasses comprend entre 12 et 24 atomes de carbone.
La conversion sélective du glycérol en polyglycérols (PG) et en esters de polyglycérols (EPG) est une réaction importante conduisant, comme indiqué précédemment à divers agents tensioactifs biodégradables très largement utilisés en industrie. Les polyglycérols peuvent être obtenus par oligomérisation du glycérol. Généralement, la réaction est effectuée en présence de catalyseurs homogènes ou hétérogènes acides ou basiques.
En général, les polyglycérols sont des mélanges d'homologues proches avec une molécule ciblée majoritaire. Ainsi par exemple le diglycérol commercialisé par la société Fluka a la répartition suivante avec 87% de diglycérol et 10% de tri- et tétraglycérol.
La synthèse des mono- et diesters d'acide(s) gras et de polyglycérol(s) est connue en soi ; ils peuvent par exemple être préparés par estérification d'acide(s) gras et de diglycérol dans le cas des mono- et diesters de diglycérol (ou de triglycérol dans le cas des mono- et diesters de triglycérol). Le produit issu de cette réaction d'estérification comprend un mélange de mono-, di- ; tri- et tétra-esters de polyglycérol, (par exemple diglycérol, triglycérol, mélange de di- et de triglycérol), ainsi que de faibles quantités d'acide(s) gras et de polyglycérol, (par exemple diglycérol, triglycérol, mélange de di- et de triglycérol) qui n'ont pas réagi. A titre d'exemple, le brevet EP 1 679 300 décrit un procédé de production d'esters d'acide gras et de polyglycérol, dans lequel du glycérol est ajouté à un mélange réactionnel obtenu par une réaction d'estérification directe entre du polyglycérol et un acide gras à une température allant de 60°C à moins de 180°C, et la phase glycérolique contenant des polyglycérols non réagis est séparée et éliminée.
Les esters d'acide(s) gras et de polyglycérols sont connus de longue date comme tensio-actifs non-ioniques ; étant biodégradables et biocompatibles, ils sont notamment utilisés pour l'alimentation et les soins à la personne.
Dans US 5 632 785, les esters de polyglycérol sont décrits comme additifs « Fuel Economy » de tout type de carburant ; seul le tétraoléate de décaglycérol est exemplifié dans un carburant essence comme additif « Fuel Economy ». Les polyglycérols peuvent être représentés par l'une des formules générales suivantes :
où n > 2, représente le nombre de motifs glycérol du polyglycérol.
Les polyglycérols (PG) sont caractérisés par leur masse moléculaire, leur nombre de groupements hydroxyles et leur indice d'hydroxyle, tels que mentionnés dans le tableau ci-dessous. Indice
Masse
polyglycérol n Nombre d'OH d'hydroxyle moléculaire
(mg KOH/g) diglycérol 2 166 4 1352 triglycérol 3 240 5 1 169 tétraglycérol 4 314 6 1071 pentaglycérol 5 388 7 1012
Les acides gras dont sont issus les esters de polyglycérols selon l'invention peuvent être choisis parmi les stéarate, isostéarate, oléate, linoléate, linolénate, béhénate, arachidonate, ricinoléate, palmitate, myristate, laurate, caprate, et leurs mélanges et les esters correspondants tels que le mélange Diglycérylmonostéarate (CAS 12694-22-3), Polyglycéryl - 2 diisostéarate, ou diglycéryl diisostéarate (CAS 67938-21 -0), Polyglycéryl-2 isostéarate (CAS 73296- 86-3), Polyglycéryl-2 isostéarate (CAS 81752-33-2), Polyglycéryl-2 oléate (CAS 96499-68-2), Diglycéryl monooléate (CAS 49553-76-6), Polyglycéryl-2 tri isostéarate (CAS 120486-24-0), Polyglycéryl-3 caprate (CAS 133654-02-1 ), Triglycérylcaprate (CAS 51033-30-8), Polyglycéryl-3 distéarate (CAS 94423-19-5), Polyglycéryl-3 isostéarate (CAS 127512-63-4), Polyglycéryl-3 diisostéarate (CAS 66082-42-6), polyglycéryl-3 monooléate (CAS 33940-98-6), Polyglycéryl-3 dioléate (CAS 79665-94-4), Polyglycérol-3 trioléate (CAS 79665-95-5).
Les acides gras peuvent provenir de la transestérification ou de la saponification d'huiles végétales et/ou de graisses animales. Les huiles végétales et/ou les graisses animales préférées seront choisies en fonction de leur concentration en acide oléique. On pourra se reporter par exemple au Tableau 6.21 du chapitre 6 de l'ouvrage Carburants & Moteurs de J.C. Guibet et E. Faure, édition 2007 dans lequel sont indiquées les compositions de plusieurs huiles végétales et graisses animales. Les acides gras peuvent également provenir d'acides gras dérivés de tallol (en anglais « tall oil fatty acid » TOFA) qui comprennent une quantité majoritaire d'acides gras, typiquement supérieure ou égale à 90 % massiques ainsi que des acides résiniques et d'insaponifiables en quantité minoritaire, i-e en quantités en général inférieures à 10 % massiques.
Des additifs préférés selon l'invention susceptibles d'améliorer la résistance à l'usure de carburants (bio)diesel à faible teneur en soufre et la résistance au lacquering de carburants (bio)diesel de qualité supérieure comprennent des esters partiels de diglycérol ou de triglycérol avec au moins 50 % en masse de monoester - et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol, donc de mono-oléate(s) de diglycérol (DGMO) et/ou de dioléate(s) de diglycérol (DGDO).
D'autres additifs préférés comprennent au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de triglycérol, donc de mono-oléate(s) de triglycérol et/ou de dioléate(s) de triglycérol.
D'autres additifs préférés comprennent au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol et/ou de triglycérol.
L'utilisation de ces additifs permet d'améliorer le pouvoir lubrifiant des carburants diesel ou biodiesel à bas taux de soufre pour moteurs à compression dans lesquels ils sont incorporés. L'utilisation de ces additifs dans des carburants (bio)diesel permet de réduire la vitesse d'usure dans le système d'admission ou d'injection du carburant, notamment sur la pompe d'injection. Les carburants diesel (carburants liquides pour moteurs à compression) comprennent des distillais moyens de température d'ébullition comprise entre 100 et 500°C ; leur température de cristallisation commençante TCC est souvent supérieure ou égale à -20°C, en général comprise entre -15°C et +10°C. Ces distillais sont des mélanges de bases pouvant être choisies par exemple parmi les distillais obtenus par distillation directe de pétrole ou d'hydrocarbures bruts, les distillais sous vide, les distillais hydrotraités, des distillais issus du craquage catalytique et/ou de l'hydrocraquage de distillais sous vide, les distillais résultant de procédés de conversion type ARDS (par désulfuration de résidu atmosphérique) et/ou de viscoréduction.
Les carburants diesel peuvent également contenir des coupes légères comme les essences issues de la distillation, des unités de craquage catalytique ou thermique, des unités d'alkylation d'isomérisation, de désulfuration, des unités de vapocraquage.
En outre, les carburants diesel peuvent contenir de nouvelles sources de distillais, parmi lesquelles on peut notamment citer :
- les coupes les plus lourdes issues des procédés de craquage et de viscoréduction concentrées en paraffines lourdes, comprenant plus de 18 atomes de carbone,
-les distillais synthétiques issus de la transformation du gaz tels que ceux issus du procédé Fischer Tropsch,
-les distillais synthétiques résultant du traitement de la biomasse d'origine végétale et/ou animale, comme notamment le NexBTL, prise seule ou en mélange.
La biomasse végétale ou animale et les huiles végétales ou animales pouvant être hydrotraitées ou hydrodésoxygénées,
- les gazoles de coker,
- les alcools, tels que méthanol, éthanol, butanols, les éthers, (MTBE, ETBE, ...) en général utilisés en mélange avec les carburants essence, mais parfois avec des carburants plus lourds de type gazole,
- les huiles végétales et/ou animales et/ou leurs esters, tels que les esters méthyliques ou éthyliques d'huiles végétales ou d'acides gras (EMHV, EEHV, EMAG),
- les huiles végétales et/ou animales hydrotraitées et/ou hydrocraquées et/ou hydrodéoxygénées (H DO), - et/ou encore les biodiesels d'origine animale et/ou végétale.
Ces nouvelles bases carburants et combustibles peuvent être utilisées seules ou en mélange avec des distillais moyens pétroliers classiques comme base(s) carburant ; elles comprennent en général de longues chaînes paraffiniques supérieures ou égales à 10 atomes de carbone et préférentiellement de C14 à C30.
Dans le cadre de la présente invention, les carburants diesel ont une teneur en soufre inférieure ou égale à 500 ppm massiques, avantageusement inférieure ou égale à 100 ppm massiques, et pouvant s'abaisser à une teneur inférieure ou égale à 50 ppm massique, voire même inférieure ou égale à 10 ppm massiques (c'est le cas des carburants diesel pour véhicules actuels dont le taux de soufre selon la norme européenne EN 590 actuellement en vigueur doit être inférieur ou égal à 10 ppm massiques).
Les additifs de résistance à l'usure et de résistance au lacquering pour carburants diesel selon l'invention peuvent être incorporés aux carburants jusqu'à une valeur allant jusqu'à 10 % massiques, et avantageusement de manière à ce que la concentration en mono- et di-ester(s) de diglycérol et/ou de triglycérol dans le carburant final soit comprise entre 20 et 1 .000 ppm massiques, et de préférence entre 30 et 200 ppm massiques m/m, c'est-à dire ppm massiques rapportés à la masse totale du carburant additivé.
Selon un mode de réalisation, les compositions de carburant (bio) gazole de qualité supérieure, contiennent au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants et contiennent au moins un additif selon l'invention et éventuellement au moins un ou plusieurs autres additifs fonctionnels.
L'homme du métier adaptera aisément le taux d'addivation en additifs selon l'invention en fonction de la dilution éventuelle de l'additif dans un solvant, la présence éventuelle d'autres composants issus par exemple de la réaction d'estérification et/ou d'autres additifs fonctionnels incorporés dans le carburant final.
Un autre objet de la présente invention concerne des paquets d'additifs pour carburant (bio) gazole contenant au moins un additif selon la présente invention et au moins un ou plusieurs additifs fonctionnels.
Selon un mode de réalisation, le paquet d'additifs comprend en outre au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants tels que ceux décrits ci-dessus.
Les additifs anti-usure et anti-lacquering de la présente invention peuvent être utilisés seuls ou en mélange avec d'autres additifs fonctionnels, tels que les réducteurs de dépôt/dispersants, les anti-oxydants, les améliorants de combustion, les inhibiteurs de corrosion, les additifs de tenue à froid (améliorant le point de trouble, la vitesse de sédimentation, la filtrabilité et/ou l'écoulement à froid), les colorants, les désémulsionnants, les désactivateurs de métaux, les agents antimousse, les agents améliorant l'indice de cétane, les co-solvants, les agents compatibilisants, d'autres additifs anti-usure que ceux de la présente invention, ...
De manière non exhaustive, le ou les autres additifs fonctionnels peuvent être choisis parmi :
❖ les additifs améliorant de combustion ; pour les carburants de type gazole, on peut citer les additifs procétane, notamment (mais non limitativement) choisis parmi les nitrates d'alkyle, de préférence le nitrate de 2-éthyl hexyle, les peroxydes d'aryle, de préférence le peroxyde de benzyle, et les peroxydes d'alkyle, de préférence le peroxyde de di ter-butyle; pour les carburants de type essence, on peut citer les additifs améliorant l'indice d'octane; pour les combustibles tels que fioul domestique, fioul lourd, fioul marine, on peut citer le méthylcyclopentadiényl manganèse tricarbonyle (MMT) ; ❖ les additifs anti-oxydants, tels que des aminés aliphatiques, aromatiques, les phénols encombrés, tels que BHT, BHQ ;
❖ les désémulsionnants ou désémulsifiants ;
❖ les additifs anti-statiques ou améliorants de conductivité ;
❖ les colorants ;
❖ les additifs anti-mousse, notamment (mais non limitativement) choisis par exemple parmi les polysiloxanes, les polysiloxanes oxyalkylés, et les amides d'acides gras issus d'huiles végétales ou animales; des exemples de tels additifs sont donnés dans EP 861 182, EP 663 000, EP 736 590 ;
❖ les additifs anti-corrosion tels que les sels d'ammonium d'acides carboxyliques ;
❖ les agents chélatants et/ou les agents séquestrants de métaux, tels que les triazoles, les disalicylidène alkylène diamines, et notamment le Ν,Ν' bis (salicylidène)propane diamine ;
❖ les additifs de tenue à froid et notamment les additifs améliorant le point de trouble, notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les terpolymères oléfine à chaîne longue/ester (méth)acrylique/maléimide, et les polymères d'esters d'acides fumarique /maléique. Des exemples de tels additifs sont donnés dans EP 71 513, EP 100 248, FR 2 528 051 , FR 2 528 051 , FR 2 528 423, EP1 12 195, EP 1 727 58, EP 271 385, EP 291367 ; les additifs d'anti-sédimentation et/ou dispersants de paraffines notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les copolymères acide (méth)acrylique/(méth)acrylate d'alkyle amidifié par une polyamine, les alkénylsuccinimides de polyamine, les dérivés d'acide phtalamique et d'amine grasse à double chaîne; des résines alkyl phénol/aldéhyde ; des exemples de tels additifs sont donnés dans EP 261 959, EP 593 331 , EP 674 689, EP 327 423, EP 512 889, EP 832 172 ; US 2005/0223631 ; US 5 998 530 ; WO 93/14178; les additifs polyfonctionnels d'opérabilité à froid choisis notamment dans le groupe constitué par les polymères à base d'oléfine et de nitrate d'alkényle tels que décrits dans EP 573 490 ;
❖ d'autres additifs améliorant la tenue à froid et la filtrabilité (CFI), tels que les copolymères EVA et/ou EVP ;
❖ les passivateurs de métaux, tels que les t azoles, les benzot azoles alkylés ;
❖ les neutralisateurs d'acidité tels que les alkylamines cycliques ;
❖ les marqueurs, notamment les marqueurs imposés par la réglementation, par exemple les colorants spécifiques à chaque type de carburant ou combustible.
❖ les agents parfumants ou masquants d'odeurs, tels que ceux décrits dans EP 1 591 514 ;
❖ d'autres additifs de lubrifiance, agents anti-usure et/ou modificateurs de frottement que ceux décrits précédemment, notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les acides gras et leurs dérivés ester ou amide, notamment le monooléate de glycérol, et les dérivés d'acides carboxyliques mono- et polycycliques; des exemples de tels additifs sont donnés dans les documents suivants: EP 680 506, EP 860 494, WO 98/04656, EP 915 944, FR2 772 783, FR 2 772 784.
Un autre objet de la présente invention concerne des compositions de carburant (bio)gazole de qualité supérieure, contenant au moins un additif tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 et au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants tels que décrits ci-dessus.
Selon un autre mode de réalisation particulier préféré, le réducteur de dépôts /détergents /dispersants est choisi parmi les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques, souvent dénommés PIBSA, dans lesquels le groupement polyisobutylène (encore appelé polyisobutène) a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250,
Les éventuels autres additifs sont en général incorporés en quantités allant de 50 à 1.500 ppm m/m, c'est-à dire ppm massiques rapportés à la masse totale du carburant additivé.
Ces additifs peuvent être incorporés aux carburants selon tout procédé connu ; à titre d'exemple, l'additif ou le mélange d'additifs peut être incorporé sous forme de concentré comprenant le(s) additif(s) et un solvant, compatible avec le carburant (bio) diesel, l'additif étant dispersé ou dissout dans le solvant. De tels concentrés contiennent en général de 20 à 95 % en masse de solvants.
Les solvants sont des solvants organiques qui contiennent en général des solvants hydrocarbonés. A titre d'exemple de solvants, on peut citer les fractions de pétrole, telles que le naphta, le kérosène, l'huile de chauffe; les hydrocarbures aromatiques aliphatiques et/ou aromatiques tels que l'hexane, le pentane, le décane, le pentadécane, le toluène, le xylène, et/ou l'éthylbenzène et les alcoxyalcanols tels que le 2-butoxyéthanol et/ou les mélanges d'hydrocarbures tels que les mélanges de solvants commerciaux comme par exemple Solvarex 10, Solvarex LN, Solvent Naphta, Shellsol AB, Shellsol D, Solvesso 150, Solvesso 150 ND, Solvesso 200, Exxsol, ISOPAR et éventuellement des adjuvants de dissolution polaires, comme le 2-éthylhexanol, le décanol, l'isodécanol et/ou l'isotridécanol. L'invention concerne l'utilisation d'au moins une composition d'additifs selon l'invention incorporée dans un carburant de type diesel ou biodiesel de qualité supérieure pour améliorer la résistance au lacquering, i-e encrassement sur la tête et/ou sur le corps des aiguilles du système d'injection du carburant mais aussi dans tout le système de commande de la levée d'aiguilles (clapets) du système d'injection, notamment pour les moteurs pourvus des système d'injection de carburant de type Euro 4 à Euro 6.
L'invention concerne également un procédé d'amélioration de la résistance au lacquering comprenant l'introduction d'additifs dans un carburant de type (bio)gazole de qualité supérieure, lesdits additifs comprenant au moins 50 % en masse de monoester(s) et/ou diester(s) de polyglycérols, lesdits polyglycérols ayant de 2 à 5 motifs glycérol par molécule est les motifs esters étant dérivés d'acide(s) gras, le ou les acides gras ayant éventuellement une ou plusieurs insaturations éthyléniques, et plus de 50 % en nombre des chaînes grasses comprenant entre 12 et 24 atomes de carbone.
De préférence, le procédé d'amélioration de la résistance au lacquering selon l'invention présente les caractéristiques suivantes :
- les carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure ont un taux de soufre inférieur ou égal à 500 ppm,
- les additifs comprennent des esters partiels de diglycérol et/ou de triglycérol,
- les esters partiels de diglycérol et/ou de triglycérol comprennent au moins 50 % en masse de monoester - et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol, donc de mono-oléate(s) de diglycérol (DGMO) et/ou de dioléate(s) de diglycérol (DGDO) soit au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de triglycérol, soit au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol et/ou de triglycérol,
- les additifs comprennent en outre un ou plusieurs autres additifs fonctionnels, tels que les réducteurs de dépôt/dispersants, les antioxydants, les améliorants de combustion, les inhibiteurs de corrosion, les additifs de tenue à froid (améliorant le point de trouble, la vitesse de sédimentation, la filtrabilité et/ou l'écoulement à froid), les colorants, les désémulsionnants, les désactivateurs de métaux, les agents antimousse, les agents améliorant l'indice de cétane, les co-solvants, les agents compatibilisants, d'autres additifs de lubrifiance, agents antiusure et/ou modificateurs de frottement, et éventuellement un ou plusieurs solvants.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé d'amélioration de la résistance au lacquering selon l'invention permet également d'améliorer la résistance à l'usure, notamment des injecteurs, et la lubrifiance de carburants (bio)gazole ayant un taux de soufre inférieur ou égal à 500 ppm massiques.
Le procédé d'amélioration de la résistance au lacquering selon l'invention permet d'éviter et/ou réduire et/ou retarder :
- un ralentissement de la réponse de l'injecteur de carburant,
- le collage des pièces internes, ce qui peut entraîner une perte de contrôle du temps d'injection ainsi que de la quantité de carburant fournie par injection,
- une perte de maniabilité du véhicule,
- des variations de puissance,
- une augmentation de la consommation de carburant,
- une augmentation des polluants,
- une perturbation de la combustion, puisque la quantité de carburant injectée ne sera pas celle prévue en théorie et le profil de l'injection sera différent,
- un ralenti instable du véhicule,
- une augmentation du bruit produit par le moteur,
- une baisse de la qualité de la combustion sur le long terme,
- une baisse de la qualité de la pulvérisation.
Les inventeurs ont également mis au point une nouvelle méthode fiable et robuste pour évaluer la sensibilité des carburants (bio)gazole, notamment ceux de qualité supérieure, au lacquering. Cette méthode, à la différence des méthodes décrites dans les publications citées précédemment, n'est pas une méthode de laboratoire mais est basée sur des essais moteurs et donc présente un intérêt technique et permet de quantifier l'efficacité des additifs ou des compositions d'additifs contre le lacquering. La méthode de mesure du lacquering mise au point par les inventeurs est détaillée ci-dessous :
- Le moteur utilisé est un moteur quatre cylindres et 16 soupapes diesel à injection haute pression Common Rail d'une cylindrée de 1.500 cm3 et d'une puissance de 80 CV : la régulation de pression d'injection du carburant se faisant dans la partie haute pression de la pompe.
- Le point de puissance est de 40 h à 4.000 trs/min ; la position de l'injecteur dans la chambre est descendue de 1 mm par rapport à sa position nominale, ce qui d'une part favorise le dégagement d'énergie thermique de la combustion, et d'autre part rapproche l'injecteur de la chambre de combustion.
- Le débit de carburant injecté est ajusté de manière à obtenir une température à l'échappement de 750°C en début d'essai.
- L'avance à l'injection a été augmentée de 1 ,5° vilebrequin par rapport au réglage nominal (on passe de + 12,5° à + 14° vilebrequin) toujours dans le but d'augmenter les contraintes thermiques subies par la buse de l'injecteur.
- Enfin, pour augmenter les contraintes subies par le carburant, la pression d'injection a été augmentée de 10 MPa par rapport à la pression nominale (c'est-à- dire passage de 140 MPa à 150 MPa) et la température est régulée à 65°C en entrée pompe haute pression.
La technologie utilisée pour les injecteurs nécessite un retour carburant élevé, ce qui favorise la dégradation du carburant puisqu'il peut être soumis à plusieurs cycles dans la pompe haute pression et la Common Bail avant d'être injecté dans la chambre de combustion. Une variante de la méthode pour tester l'effet clean-up (i-e nettoyage des dépôts de type 1 et/ ou de type 2) a également été développée. Elle se base sur la méthode précédente mais est séparée en deux parties de 20h :
• Les 20 premières heures sont effectuées avec un gazole B7 de qualité supérieure (contenant du détergent de type PIBSA et un modificateur de frottement acide) connu pour sa tendance à générer du lacquering. Après 20h, deux des quatre injecteurs sont démontés et côtés afin de valider la quantité de dépôts qui sont présents et deux injecteurs neufs sont alors installés à la place.
• Les 20 dernières heures de l'essai sont réalisées avec le produit à évaluer. A la fin de l'essai (40h au total), les injecteurs sont démontés et côtés.
A la fin de l'essai, trois lots de deux injecteurs sont disponibles :
• Lot 1 : 2 injecteurs ayant vu 20h de carburant de qualité supérieure connu pour sa tendance à générer du lacquering.
• Lot 2 : 2 injecteurs ayant vu 20h de carburant de qualité supérieure connu pour sa tendance à générer du lacquering + 20h de produit à évaluer.
• Lot 3 : 2 injecteurs ayant vu 20h de produit à évaluer.
Expression des résultats
Pour s'assurer de la validité du résultat, différents paramètres sont contrôlés durant l'essai : puissance, couple et consommation de carburant indiquent si l'injecteur s'encrasse ou si son fonctionnement est détérioré par une formation de dépôts puisque le point de fonctionnement est le même tout au long de l'essai.
Les températures caractéristiques des différents fluides (liquide de refroidissement, carburant, huile) permettent de contrôler la validité des essais. Le carburant est régulé à 65°C en entrée pompe, le liquide de refroidissement est régulé à 90°C en sortie moteur. Les valeurs de fumées permettent de contrôler le calage de la combustion en début d'essai (valeur cible de 3FSN) et de s'assurer qu'elle est bien répétable d'un essai à l'autre.
Les injecteurs sont démontés en fin d'essai pour visualiser et coter les dépôts formés le long des aiguilles. La procédure de cotation des aiguilles retenue est la suivante:
L'échelle des notes varie de -2,5 (cas d'un important dépôt) à 10 (cas d'une aiguille neuve sans aucun dépôt). La note finale est une moyenne pondérée des notes sur toutes les surfaces cotées de l'aiguille
Surface totale : partie cylindre (suivant directement la partie conique) + partie conique : 100 %, dont pondération surfacique de la partie cylindre (suivant directement la partie conique) : 68 % et pondération surfacique de la partie conique : 32 % ; voir la figure 1 ci-jointe (les % indiqués correspondent au quart de la surface des aiguilles : la pondération surfacique globale est donc de 17*4 = 68 %)
Un seuil de performance produit a été déterminé par rapport à cette procédure de cotation: Résultat < 4 = Mauvais, résultat > 4 = Satisfaisant.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.
Exemple 1 - préparation d'additifs anti-usure et anti-lacquerinq selon l'invention
En présence de catalyseur de type MeONa, on fait réagir à 170°C 90 g de diglycérol avec 500 g de l'huile de tournesol oléique (concentration en équivalent acide oléique sous pression réduite de 300 mbars (0,03 MPa)) pendant 6 heures.
On reproduit le mode opératoire ci-dessus une 2nde fois pour préparer un
2nd échantillon de produit.
La composition massique des produits obtenus mesurée par chromatographie à exclusion stérique est indiquée dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1
nd = non déterminé Exemple 2- Mesure de résistance à l'usure (banc HFRR)
On incorpore un des additifs selon l'invention préparé à l'exemple 1 dans un gazole et on mesure le pouvoir lubrifiant du carburant additivé selon la méthode HFRR décrite dans la norme ASTM 12156-1. Le gazole utilisé dans cet exemple est un carburant « biofree » BO et dépourvu d'additif de lubrifiance, contenant moins de 10 ppm/m de soufre dont le caractère aromatique est assez peu prononcé (22% m/m) et la masse volumique relativement faible (821 ,9 g/L).
A titre comparatif, on additive le même carburant d'une part avec un additif constitué essentiellement de mono-oléate de glycérol (PC 60 ) et d'autre part avec un TOFA , tel que décrit dans EP 915 944.
Le détail de chaque composition de carburant testée, ainsi que le diamètre d'usure moyen obtenu au banc HFRR sont réunis dans le tableau 2. Tableau 2
Exemple 3- Mesure de résistance à l'usure (banc HFRR)
Dans un gazole « biofree » B0 dépourvu d'additif de lubrifiance, contenant moins de 10 ppm/m de soufre et dont le caractère aromatique est assez peu prononcé (22% m/m) et de masse volumique relativement faible (821 ,9 g/L), on incorpore soit un seul additif de lubrifiance (DGMO, MGMO ou TOFA), soit un mélange d'au moins 2 additifs de lubrifiance incluant un des additifs DGMO selon l'invention de l'exemple 1 et au moins un additif de lubrifiance connus (TOFA) et/ou du mono-oléate de glycérol d'autre part . On mesure le pouvoir lubrifiant du produit selon la méthode HFRR décrite dans l'ASTM 12156-1. A.
Le détail de chaque composition de carburant testée ainsi que le diamètre d'usure moyen obtenu au banc HFRR et le coefficient de friction sont indiqués dans le tableau 3 ci-dessous. Tableau 3
Tableau 3 (suite)
Exemple 4- mesures de résistance au lacquering
Selon la procédure de mesure de la résistance au lacquering décrite précédemment, on évalue la performance de plusieurs paquets d'additifs introduits dans une matrice gazole représentative du marché France (B7 = gazole fabriqué en France contenant 7% d'EMAG (ester méthylique d'acides gras) et répondant à ΙΈΝ 590). Le détail de chaque composition de carburant testée, ainsi que les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 4. Les essais G, G' et G" correspondent au même test selon la procédure de mesure de la résistance au lacquering version clean-up. Le résultat G correspond au lot d'injecteurs 1 , G' au lot d'injecteurs 2 et G" au lot d'injecteurs 3 selon la description donnée précédemment.
Les quantités indiquées dans le tableau 4 sont des quantités massiques (m/m)
Tableau 4
N° Essai A B c D E F G G' G"
Carburant B7 B7 B7 B7 B7 B7 B7 B7 B7
330
Détergent
330 330 330 170 170 330 puis 170 diesel type —
ppm ppm ppm ppm ppm ppm 170 ppm PIBSA
ppm
200
200 200
TOFA — — — 200 ppm — puis 0 —
ppm ppm
ppm
MGMO — — 200 ppm — — — — — —
0 puis
200
DGMO — — — 200 ppm — 200 ppm — 200
ppm ppm
Cotation
dépôts type 8,7 -1 1 ,7 9,0 5,0 8,0 1 ,9 7,9 8,0 1
Cotation
dépôts type 7, 1 -1 6,3 7,9 2,8 7,2 2,5 6,4 5,6 2
Cotation
8,2 -1 3,2 8,7 2,8 7,8 2, 1 7,9 7,3 globale

Claims

Revendications
1 . Utilisation d'additifs pour améliorer la résistance au lacquering de carburants de type (bio) gazole de qualité supérieure, lesdits additifs comprenant au moins 50 % en masse de monoester(s) et/ou diester(s) de polyglycérols, lesdits polyglycérols ayant de 2 à 5 motifs glycérol par molécule et les motifs esters étant dérivés d'acide(s) gras, le ou les acides gras ayant éventuellement une ou plusieurs insaturations éthyléniques, et plus de 50 % en nombre des chaînes grasses comprenant entre 12 et 24 atomes de carbone.
2. Utilisation selon la revendication 1 , dans laquelle les carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure ont un taux de soufre inférieur ou égal à 500 ppm massiques.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les additifs comprennent des esters partiels de diglycérol et/ou de triglycérol.
4. Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle les esters partiels de diglycérol et/ou de triglycérol comprennent au moins 50 % en masse de monoester - et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol, donc de mono- oléate(s) de diglycérol (DGMO) et/ou de dioléate(s) de diglycérol (DGDO) soit au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de triglycérol, soit au moins 50 % en masse de mono- et/ou de diester(s) d'acide oléique et de diglycérol et/ou de triglycérol.
5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les additifs comprennent en outre un ou plusieurs autres additifs fonctionnels, tels que les réducteurs de dépôt/dispersants, les anti-oxydants, les améliorants de combustion, les inhibiteurs de corrosion, les additifs de tenue à froid (améliorant le point de trouble, la vitesse de sédimentation, la filtrabilité et/ou l'écoulement à froid), les colorants, les désémulsionnants, les désactivateurs de métaux, les agents anti-mousse, les agents améliorant l'indice de cétane, les co- solvants, les agents compatibilisants, d'autres additifs de lubrifiance, agents anti- usure et/ou modificateurs de frottement, et éventuellement un ou plusieurs solvants.
6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les carburants de type (bio)gazole de qualité supérieure comprennent au moins 50 ppm d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants choisis parmi :
o Les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques (PIBSA) dans lesquels le groupement polyisobutylène a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000, de préférence entre 500 et 2000, de préférence encore entre 750 et 1250,
o les aminés substituées,
o les polyisobutylènesuccinimides de formule :
où R représente un groupement polyisobutène de masse moléculaire compris entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250 ; ou leur équivalents structuraux bissuccinimides, succinamiques, succinamides, et où R2 représente au moins l'un des segments suivants -CH2-CH2-, CH2-CH2-CH2, -CH2- CH(CH3)- et x représente un nombre entier compris entre 1 et 6, o les polyéthylèneamines,
o les polyétheramines de formule:
où R est un groupement alkyle ou aryle comportant de 1 to 30 atomes de carbone ; R1 et R2 sont chacun indépendamment un atome d'hydrogène, une chaîne alkyle de 1 à 6 atomes de carbone ou -O- CHR1 -CHR2- ; A est une aminé ou N-alkylamine avec 1 à 20 atomes de carbone dans la chaîne alkyle, une Ν,Ν-dialkylamine ayant de 1 à 20 atomes de carbone dans chaque groupe alkyle, ou une polyamine avec 2 à 12 atomes d'azote et de 2 à 40 atomes de carbone ; x va de 5 à 30, les produits de réaction entre un phénol substitué par une chaîne hydrocarbonée, un aldéhyde et une aminé ou polyamine ou de l'ammoniac,
les dispersants carboxyliques,
les dispersants aminés issus de la réaction entre des composés hydrocarbonés aliphatiques halogénés de haut poids moléculaire avec des polyamines,
les dispersants polymériques obtenus par polymérisation d'alkylacrylates ou alkylméthacrylates ayant des chaînes alkyles en C8-C30, des aminoalkylacrylates ou acrylamides et des acrylates substitués par des groupements poly(oxyéthylène),
les dispersants contenant au moins un groupement aminotriazole, les oligomères de PIBSA et/ou d'anhydride dodécénylsuccinique (DDSA) et de monohydrate d'hydrazine,
les oligomères de napthol éthoxylé et de PIBSA,
les dérivés esters, amides ou imides quaternisés de PIBSA, o les mélanges de bases de Mannich, par exemple dodécylphénol/éthylènediamine/formaldéhyde, et de PIBSI,
o les terpolymères quaternisés d'éthylène, d'ester(s) alcényle(s) et de monomère(s) avec au moins une insaturation éthylénique et contenant un azote tertiaire au moins partiellement quaternisé.
7. Utilisation selon la revendication 6, dans laquelle le ou les réducteurs de dépôts/détergents/dispersants sont choisis parmi les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques (PIBSA) dans lesquels le groupement polyisobutylène a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000, de préférence entre 500 et 2000, de préférence encore entre 750 et 1250.
8. Utilisation d'un additif tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour améliorer la résistance à l'usure, notamment des injecteurs, et la lubrifiance de carburants (bio) gazole ayant un taux de soufre inférieur ou égal à 500 ppm massiques.
9. Compositions de carburant (bio) gazole ayant un taux de soufre inférieur ou égal à 500 ppm massiques, contenant au moins un additif tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 8, et éventuellement au moins un ou plusieurs autres additifs fonctionnels, tels que les réducteurs de dépôt/dispersants, les anti-oxydants, les améliorants de combustion, les inhibiteurs de corrosion, les additifs de tenue à froid (améliorant le point de trouble, la vitesse de sédimentation, la filtrabilité et/ou l'écoulement à froid), les colorants, les désémulsionnants, les désactivateurs de métaux, les agents anti-mousse, les agents améliorant l'indice de cétane, les co-solvants, les agents compatibilisants, d'autres additifs de lubrifiance, agents anti-usure et/ou modificateurs de frottement, et éventuellement un ou plusieurs solvants.
10. Compositions de carburant (bio)gazole selon la revendication 9 contenant jusqu'à 10 % massiques d'un ou plusieurs additifs tels que définis dans l'une quelconque des revendications 1 à 8.
1 1 . Compositions de carburant (bio) gazole de qualité supérieure, contenant au moins un additif tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 8 et au moins 50 ppm massiques d'au moins un composé choisi parmi les réducteurs de dépôts, les détergents, les dispersants choisis parmi :
o les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques (PIBSA) dans lesquels le groupement polyisobutylène a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000, de préférence entre 500 et 2000, de préférence encore entre 750 et 1250,
o les aminés substituées,
o les polyisobutylènesuccinimides de formule :
où R représente un groupement polyisobutène de masse moléculaire compris entre 140 et 5000 et de préférence entre 500 et 2000 ou de préférence entre 750 et 1250 ; ou leur équivalents structuraux bissuccinimides, succinamiques, succinamides, et où R2 représente au moins l'un des segments suivants -CH2- CH2-, CH2-CH2-CH2, -CH2-CH(CH3)- et x représente un nombre entier compris entre 1 et 6,
o les polyéthylèneamines,
o les polyétheramines de formule:
où R est un groupement alkyle ou aryle comportant de 1 to 30 atomes de carbone ; R1 et R2 sont chacun indépendamment un atome d'hydrogène, une chaîne alkyle de 1 à 6 atomes de carbone ou -0-CHR1 -CHR2- ; A est une aminé ou N- alkylamine avec 1 à 20 atomes de carbone dans la chaîne alkyle, une N,N- dialkylamine ayant de 1 à 20 atomes de carbone dans chaque groupe alkyle, ou une polyamine avec 2 à 12 atomes d'azote et de 2 à 40 atomes de carbone ; x va de 5 à 30,
o les produits de réaction entre un phénol substitué par une chaîne hydrocarbonée, un aldéhyde et une aminé ou polyamine ou de l'ammoniac,
o les dispersants carboxyliques,
o les dispersants aminés issus de la réaction entre des aliphatiques halogénés de haut poids moléculaire avec des polyamines,
o les dispersants polymériques obtenus par polymérisation d'alkylacrylates ou alkylméthacrylates ayant des chaînes alkyles en C8-C30, des aminoalkylacrylates ou acrylamides et des acrylates substitués par des groupements poly(oxyéthylène),
o les dispersants contenant au moins un groupement aminotriazole, o les oligomères de PIBSA et/ou d' anhydride dodécénylsuccinique
(DDSA) et de monohydrate d'hydrazine,
o les oligomères de napthol éthoxylé et de PIBSA,
o les dérivés esters, amides ou imides quaternisés de PIBSA,
o les mélanges de bases de Mannich, par exemple dodécylphénol/éthylènediamine/formaldéhyde, et de PIBSI, o les terpolymères quaternisés d'éthylène, d'ester(s) alcényle(s) et de monomère(s) avec au moins une insaturation éthylénique et contenant un azote tertiaire au moins partiellement quaternisé.
12. Compositions de carburant (bio)gazole selon la revendication 1 1 , dans lesquelles le ou les réducteurs de dépôts /détergents /dispersants sont choisis parmi les anhydrides d'acide succinique substitués, notamment les anhydrides polyisobuténylsucciniques (PIBSA) dans lesquels le groupement polyisobutylène a une masse moléculaire comprise entre 140 et 5000, de préférence entre 500 et 2000, de préférence encore entre 750 et 1250,
13. Compositions de carburant (bio)gazole selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 ayant une concentration en mono- et di-ester(s) de diglycérol et/ou de triglycérol comprise entre 20 et 1.000 ppm massiques, et de préférence entre 30 et 200 ppm massiques m/m.
EP13704128.1A 2012-02-17 2013-02-15 Additifs ameliorant la resistance a l'usure et au lacquering de carburants de type gazole ou biogazole Active EP2814917B1 (fr)

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