ES2223847T3 - Mezcla de gasolina-compuesto oxigenado. - Google Patents
Mezcla de gasolina-compuesto oxigenado.Info
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Abstract
Una mezcla de gasolina-compuesto oxigenado, adecuada para su utilización en un motor de automóvil con encendido por chispa, caracterizada por tener las propiedades siguientes: (a) un equivalente de presión de vapor en seco (DVPE) menor de 7, 4 PSI (libras por pulgada cuadrada) (51 x 103 Pa), y (b) un contenido de alcohol mayor de 5 por ciento en volumen.
Description
Mezcla de gasolina-compuesto
oxigenado.
Esta invención se refiere a mezclas de
gasolina-compuesto oxigenado que contienen al menos
un alcohol y a procesos para preparar las mismas.
Las gasolinas comprenden generalmente mezclas de
hidrocarburos que hierven a la presión atmosférica en un intervalo
de temperatura relativamente estrecho, por ejemplo, desde 77ºF
(25ºC) a 437ºF (225ºC). Las gasolinas contienen típicamente mezclas
de compuestos aromáticos, olefinas y parafinas, si bien algunas
gasolinas (mezclas de gasolina-compuesto oxigenado)
pueden contener adicionalmente compuestos oxigenados, tales como
alcoholes (por ejemplo etanol) u otros compuestos oxigenados (por
ejemplo éter metil-t-butílico
("MTBE")). Las gasolinas (incluyendo las mezclas gasolina-
compuesto oxigenado) también pueden contener varios aditivos, tales
como detergentes, agentes anticongelantes, desemulsionantes,
inhibidores de la corrosión, colorantes, modificadores de depósitos
y mejoradores del índice de octano. La presencia de oxígeno en el
combustible tiende a aumentar la relación eficaz "aire a
combustible" para la combustión, y el oxígeno del combustible
puede tener efecto sobre la eficiencia del catalizador. Mientras
que el oxígeno del etanol puede aumentar esta relación "aire a
combustible", lo que puede dar lugar a un aumento de la
temperatura de combustión, la temperatura más baja de combustión del
etanol mitiga este efecto. El oxígeno del etanol también reduce las
emisiones de monóxido de carbono ("CO") y de compuestos
orgánicos volátiles ("VOC") en condiciones de emisiones altas
en vehículos nuevos y en todas las condiciones en vehículos que no
tienen sensores o catalizadores operativos para oxígeno.
Las Enmiendas del Acta sobre Aire Limpio de los
Estados Unidos (US Clean Air Act ("CAA")) del año 1990 han
tenido impacto sobre todos los principales combustibles utilizados
para transporte en los Estados Unidos, y dichas Enmiendas han
estimulado la investigación sobre el uso de combustibles
alternativos para motores que incluyen compuestos oxigenados. Para
cumplir con el CAA, las empresas que comercializan gasolina han
mezclado compuestos oxigenados con la gasolina, pero también han
modificado la composición de los hidrocarburos, alterando el
contenido de benceno, el total de compuestos aromáticos, butano, el
total de olefinas, y componentes similares. Estas modificaciones
afectan la reactividad de las nuevas gasolinas y se trasladan a las
características de comportamiento de los compuestos oxigenados
agregados, es decir, a las características de destilación,
volatilidad, comportamiento azeotrópico, estabilidad a oxidación,
solubilidad, índices de octano, presión de vapor, y otras
características de la gasolina conocidas por los especialistas en
la técnica.
La investigación sobre sustituyentes y
componentes de combustibles oxigenados se ha concentrado en
alcoholes alifáticos, incluyendo, pero sin que quede limitado solo
a ellos, metanol, etanol, isopropanol, t-butanol, y
éteres tales como MTBE, éter
etil-t-butílico ("ETBE") y éter
t-amil-metílico ("TAME"). La
mayor parte de la investigación ha sido dirigida al uso de MTBE en
formulaciones de gasolinas. Generalmente, los componentes oxigenados
de la gasolina se mezclan con la gasolina por separado. Sin
embargo, se han descrito mezclas con estos componentes tales como
mezclas de gasolina con componentes distintos a éteres, tales como
alcoholes.
Históricamente, las presiones de vapor de la
gasolina han estado típicamente en el intervalo de 9 a 15 libras
por pulgada cuadrada ("PSI") (62 a 103,4 kPa) de presión.
Regulaciones recientes, en los EE.UU sobre emisiones por evaporación
han obligado a la reducción de las presiones de vapor de la
gasolina. Los componentes de éter proporcionan características
ventajosas de presión de vapor de su mezcla con las gasolinas. En
los últimos años de la década de 1990, el CAA obligó a las
refinerías a reformular las gasolinas para lograr presiones de vapor
en el intervalo de 7,5 a 8,5 PSI (51,7 a 58,6 kPa). Esto se debe a
que el CAA trata de reducir las emisiones de los vehículos que dan
lugar a toxinas en el aire y que participan en la formación de la
contaminación atmosférica, por ejemplo, CO, NOx, y VOCs. Estas
exigencias de una menor presión de vapor condujeron a la
utilización de MTBE. Este aditivo ha sido usado en gasolinas
"premium" desde 1979 como aditivo para alto índice de octano en
función de compuesto oxigenado. De hecho, el MTBE ha reemplazado el
plomo y otros aditivos altamente contaminantes, tales como benceno,
tolueno, etilbenceno y xilenos ("BTEX").
El MTBE es un éter que tiene umbrales de olor y
sabor relativamente bajos en comparación con otros compuestos
orgánicos. El umbral de olor del MTBE en agua se encuentra entre
aproximadamente 45 y aproximadamente 95 partes por billón
("ppb"). Su umbral de sabor en agua es de aproximadamente 134
ppb. Como resultado, es posible detectar el MTBE, si está presente,
en agua potable a concentraciones relativamente bajas por su olor y
sabor. Por último, se puede uno tropezar con el MTBE en el agua
potable contaminada, el agua usada para cocinar y en la inhalación
del vapor durante el baño.
En los Estados Unidos, se almacenan grandes
cantidades de gasolina que contienen MTBE en tanques de
almacenamiento subterráneos (underground storage tanks
("UST")) de los cuales se sabe que tienen pérdidas. Fugas de
MTBE de tanques con pérdidas hacia aguas subterráneas, derrame de
MTBE durante operaciones de llenado de tanques y operaciones de
traspaso en terminales de distribución han llevado a una
contaminación considerable de las aguas subterráneas que están
cerca de estos tanques. Debido a que el MTBE es muy soluble en agua
- aproximadamente 43.000 partes por millón ("PPM") - pueden
encontrarse especie de columnas de MTBE en las aguas subterráneas
cerca de estaciones de servicio, instalaciones de almacenamiento
relacionadas y terminales de llenado por todo Estados Unidos. La
utilización de MTBE se percibe ahora como indeseable.
Con este fin, como alternativa a MTBE, se ha
empleado etanol en mezclas de gasolina-compuesto
oxigenado en las cuales los requerimientos de presión de vapor y de
emisión han sido menos restrictivos, véase, por ejemplo WO97/43356.
El etanol tiene algunas propiedades que son diferentes a las del
MTBE. Sin embargo las mezclas con etanol tienen casi el doble
contenido de oxígeno en el combustible que las mezclas con MTBE.
Además, las mezclas de gasolina-etanol exhiben una
volatilidad de presión de vapor Reid ("RVP") mayor de 1 PSI
(6,9 kPa) a menos que no se ajusten las gasolinas puras de base para
acomodar esta volatilidad.
Con las crecientes presiones contra el uso de
éteres tales como MTBE, el etanol se utiliza cada vez más en
gasolinas de RVP (presión de vapor Reid) baja. Mientras que el
etanol no representa ninguna amenaza para aguas superficiales y
aguas subterráneas, en California más de 10.000 pozos han sido
contaminados por MTBE, y su olor picante hace que no sea apta para
beber. En California se exige la eliminación del uso de MTBE desde
finales del 2002. Por lo tanto, existe la necesidad de reducir o
reemplazar los aditivos de MTBE en la gasolina manteniendo al mismo
tiempo unas características de comportamiento aceptables.
De acuerdo con la presente invención se
proporciona una mezcla de gasolina-compuesto
oxigenado, adecuada para su utilización en un motor de automóvil
con encendido por chispa, mezcla que tiene las propiedades
siguientes:
(a) un equivalente de presión de vapor en seco
(DVPE) menor de 7,4 PSI (51 x 10^{3} Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5 por ciento
en volumen y menor de 10 por ciento en volumen.
Para el uso, la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado puede contener, además
de los componentes del combustible hidrocarburo y alcohol, uno o más
aditivos de comportamiento, tales como detergentes, agentes
anticongelantes, desemulsionantes, inhibidores de la corrosión,
colorantes, modificadores de depósitos, etc.
Las mezclas gasolina-compuesto
oxigenado se pueden preparar convenientemente de acuerdo con la
invención por un proceso de preparación de una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado que comprende: mezclar
al menos dos corrientes de hidrocarburo y al menos un compuesto
oxigenado para producir una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado que tiene las
propiedades siguientes:
(a) un equivalente de presión de vapor en seco
(DVPE) menor de 7,4 PSI (51 x 10^{3} Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5,0 por
ciento en volumen y menor de 10 por ciento en volumen.
En una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado preferida de la
invención, el DVPE es al menos 6,5 PSI (44,8 x 10^{3} Pa) y el
contenido de alcohol es preferentemente de hasta 10 por ciento en
volumen.
Mezclas de gasolina-compuesto
oxigenado preferidas de acuerdo con la presente invención pueden
tener una o más de las características siguientes:
(i) el compuesto oxigenado comprende etanol,
(ii) la mezcla está sustancialmente libre de éter
metil-t-butílico, (MTBE),
(iii) el punto de destilación del 10% (T10) de la
mezcla es de al menos 130ºF (54,4ºC),
(iv) el punto de destilación del 10% (T10) de la
mezcla no es mayor de 145ºF (62,8ºC),
(v) el punto de destilación del 50% (T50) de la
mezcla es de al menos 190ºF (87,7ºC),
(vi) el punto de destilación del 50% (T50) de la
mezcla no es mayor de 230ºF (110ºC),
(vii) el punto de destilación del 90% (T90) de la
mezcla es de al menos 270ºF (132,2ºC),
(viii) el punto de destilación del 90% (T90) de
la mezcla no es mayor de 355ºF (179,5ºC),
(ix) T90 no es mayor de 350ºF (176,5%ºC),
(x) el punto de destilación final (EP) de la
mezcla es de al menos 360ºF (182,3ºC),
(xi) el punto de destilación final (EP) de la
mezcla no es mayor de 435ºF (223,9ºC),
(xii) EP no es mayor de 410ºF (210ºC),
(xiii) la fracción de destilación a 200ºF
(93,3ºC)(E200) se encuentra en el intervalo de 30 a 55,
preferentemente 35 a 55, por ciento en volumen,
(xiv) la fracción de destilación 300ºF
(148,9ºC)(E300) se encuentra en el intervalo de 70 a 95 por ciento
en volumen,
(xv) la DVPE se encuentra en el intervalo de 6,5
PSI (44,8 x 10^{3} Pa) a 7,4 PSI (51 x 10^{3} Pa),
(xvi) la DVPE se encuentra en el intervalo de 6,5
PSI (44,8 x 10^{3} Pa) a 7,05 PSI (48,6 x 10^{3} Pa),
(xvii) el índice anti-detonante
((R+M)/2) se encuentra en el intervalo de 87 a 95,
(xviii) el índice anti-detonante
((R+M)/2) es de al menos 89,
(xix) el contenido de alcohol se encuentra en el
intervalo de 5 a 10 por ciento en volumen,
(xx) el contenido de oxígeno de la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado se encuentra en el
intervalo de 1,95 a 3,7 por ciento en peso,
(xxi) el DVPE es menor de 7,1 PSI (49 x 10^{3}
Pa) y el contenido de alcohol es mayor de 5,8 por ciento en
volumen,
(xxii) el DVPE es menor de 7 PSI (48,3 x 10^{3}
Pa) y el contenido de alcohol es mayor de 5 por ciento en
volumen,
(xxiii) el DVPE es menor de 7,2 PSI (49,6 x
10^{3} Pa) y el contenido de alcohol es mayor de 9,6 por ciento
de volumen.
La presente invención contempla como aspectos
preferidos de la invención cualquier combinación de dos o más de
las características (i) a (xx) precedentes, y cualquier combinación
de las características (xxi), (xxii) o (xxiii) con cualquiera o
varias características (i) a (xx).
De acuerdo con un aspecto preferido de la
presente invención, se proporciona una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado, adecuada para ser
usada en motores de automóviles con encendido por chispa, mezcla
que tiene las características siguientes:
(a) un Equivalente Presión de Vapor en seco
(DVPE) menor de 7,2 PSI (49,6 x 10^{3} Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5,0 por
ciento en volumen, con la condición de que cuando el contenido de
alcohol no excede de 9,6 por ciento en volumen, entonces el DVPE es
menor de 7,1 PSI (49 x 10^{3} Pa), y cuando el contenido de
alcohol no excede 5,8 por ciento en volumen, entonces el DVPE es
menor de 7 PSI (48,3 x 10^{3} Pa).
La presente invención facilita la provisión de
mezclas gasolina-compuesto oxigenado que producen
una cantidad relativamente baja de contaminantes gaseosos, debido a
la reducción o eliminación de MTBE como aditivo del combustible. La
invención proporciona métodos para producir mezclas de
gasolina-compuesto oxigenado que tienen propiedades
deseables para una baja emisión total, tales como la reducción de
tóxicos, NOx, y VOCs, contenido de oxígeno; y características
requeridas de volatilidad, que incluyen presión de vapor y las
fracciones de destilación a 200ºF (93,3ºC) y 300ºF (148,9ºC) aquí
discutidas. Esta composición y su método de producción, al incluir
al menos un alcohol, ofrece una solución para combatir la
contaminación, particularmente en ciudades con congestión de tráfico
y semejantes, al quemar grandes volúmenes de combustibles de la
invención para automóviles en una gran cantidad de automóviles, en
un área geográfica relativamente pequeña.
La presente invención, en su aspecto más amplio,
está basada sobre el descubrimiento de que durante la producción de
gasolinas, por ejemplo por mezclado de una pluralidad de corrientes
que contienen hidrocarburos para producir una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado, el control de ciertas
propiedades químicas y/o físicas de la mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado puede mejorar la
reducción de emisiones de una o más sustancias contaminantes. Por
ejemplo, una primera corriente que contiene hidrocarburos que hierve
en el intervalo de las gasolinas, puede mezclarse con una corriente
diferente de hidrocarburos, en relaciones ajustadas para reducir la
introducción de MTBE y para mejorar la presión de vapor y el punto
de destilación del 50%. Cuanto mayor sea la reducción de la
introducción de MTBE con el mantenimiento de otras propiedades de
las mezclas antes señaladas, tanto mayor será el beneficio
resultante de la reducción de las emisiones con el fin de cumplir
todos los requerimientos regulatorios.
En un modo de realización preferido, la presente
invención proporciona una composición de mezcla
gasolina-compuesto oxigenado y un método para
producir la misma, conteniendo la mezcla al menos un alcohol, más
preferentemente etanol, en una cantidad mayor de 5 por ciento en
volumen y hasta aproximadamente nueve (9) por ciento (%) en volumen
de la composición, y teniendo la mezcla una presión de vapor menor
de aproximadamente 7,1 PSI (49 kPa), cumpliendo la mezcla todas las
especificaciones ASTM y los requisitos reguladores federales y
estatales. En una realización preferida, el volumen de este alcohol
se puede reducir a aproximadamente siete (7) por ciento en volumen,
o aún aproximadamente cinco (5) por ciento en volumen en el modo de
realización más preferido. Aunque este modo de realización
preferido utiliza etanol, se contempla que virtualmente cualquier
alcohol puede reducir o reemplazar la introducción de MTBE en el
proceso de mezclado y en las composiciones formadas por el
mismo.
En un modo de realización preferido, la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado tiene una presión de
vapor menor de aproximadamente 7,1 PSI (49 kPa) y un contenido de
alcohol mayor de aproximadamente 5,8 por ciento en volumen. En otra
realización, esta mezcla de gasolina-compuesto
oxigenado tendrá un punto de destilación del 50% menor de
aproximadamente 195ºF (90,6ºC) y un punto de destilación del 10%
menor de aproximadamente 126ºF (52,2ºC), un porcentaje en peso de
oxígeno mayor de 1,8 por ciento en peso, un índice de
anti-detonación mayor de, o igual a,
aproximadamente 89, y/o la capacidad de reducir las emisiones de
contaminantes tóxicos al aire en más de aproximadamente 21,5%,
según lo calculado con el Modelo Complejo de Emisiones ("Complex
Model") que forma parte de la regulación 40 C.F.R. \NAK 80.45
(1999), más preferentemente en más de aproximadamente 30% para los
lugares, la temporada y el año apropiados. Aunque en la presente
invención virtualmente cualquier alcohol puede sustituir al MTBE,
es preferible la inclusión de etanol para reducir o reemplazar
MTBE.
En otro modo de realización, la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado tiene una presión de
vapor menor de aproximadamente 7,2 PSI (49,6 kPa) y un contenido de
alcohol mayor de aproximadamente 9,6 por ciento en volumen. Este
modo de realización también puede tener un punto de destilación del
50% menor de aproximadamente 178ºF (97,8ºC), un punto de
destilación del 10% menor de aproximadamente 123ºF (50,6ºC), un
porcentaje en peso de oxígeno mayor de 1,8 por ciento en peso, y un
índice anti-detonante mayor de aproximadamente 89,
y/o la capacidad de reducir emisiones de contaminantes tóxicos al
aire en más de aproximadamente 21,5%.
En un modo de realización adicional, la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado tiene una presión de
vapor menor de aproximadamente 7 PSI (48,3 kPa) y un contenido de
alcohol mayor de aproximadamente 5,0 por ciento en volumen. Esta
realización también puede tener un punto de destilación del 50%
menor de aproximadamente 250ºF (121,1ºC) y/o un punto de
destilación del 10% menor de aproximadamente 158ºF (70ºC).
Con respecto a la formación de estas mezclas
gasolina-compuesto oxigenado, la invención incluye
también el proceso para preparar una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado, proceso en el cual la
mezcla resultante tiene una presión de vapor menor de
aproximadamente 7,1 PSI (49 kPa) y un contenido de alcohol mayor de
aproximadamente 5,8 por ciento en volumen, reduciendo o eliminando
la inclusión de MTBE. Las mezclas gasolina-compuesto
oxigenado pueden estar formadas por mezcla de al menos dos
corrientes de hidrocarburo para producir una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado adecuada para la
combustión en un motor de automóvil, teniendo la mezcla resultante
una presión de vapor menor de aproximadamente 7 PSI (48,3 kPa) y un
contenido de alcohol mayor de aproximadamente 5,0 por ciento en
volumen. Este proceso puede producir una mezcla que reduce las
emisiones de contaminantes tóxicos al aire en más de
aproximadamente 21,5%, más preferentemente aproximadamente 30%.
La presente invención se comprenderá mejor con la
siguiente descripción detallada de los modos de realización
preferidos de la misma, que se hace sólo a modo de ejemplo, con
referencia al dibujo adjunto, en el cual la Figura 1 representa un
diagrama de flujo en bloques de una refinería de petróleo.
Antes de discutir los modos de realización
preferidos, se discutirán algunas de las reglas y regulaciones que
precedieron a esta invención. Los especialistas en la técnica se
darán cuenta que las modificaciones, enmiendas o revisiones de las
reglas, regulaciones, requerimientos, leyes, y estándares se
consideran dentro del alcance de la invención y que los beneficios
de la invención descritos y reivindicados en ésta no son
dependientes de estos factores.
Los siguientes términos, tomados del CAA, son
útiles para entender las tablas siguientes. El índice
anti-detonación es la media aritmética del Número
de Octano de la Investigación (Research octane number ("RON"))
y el Número de Octano del Motor (Motor octane number ("MON")),
índice que es igual a (R+M)/2. El RON se determina por un método
que mide el nivel de anti-detonación del
combustible en un motor de un solo cilindro bajo condiciones
operativas suaves, es decir, a una temperatura moderada de la
mezcla de entrada y a una velocidad baja del motor. El RON indica
el rendimiento anti-detonante del combustible con
la mariposa de válvula del motor ampliamente abierta y velocidades
del motor bajas a medianas. El MON se determina por un método que
mide el nivel anti-detonante del combustible en un
motor de un solo cilindro bajo condiciones operativas más severas
que las empleadas en el método de investigación, es decir, con una
temperatura de la mezcla de entrada más elevada y con una mayor
velocidad del motor. Además el MON indica el rendimiento
anti-detonante del combustible en motores que
operan con la mariposa de la válvula de estrangulación ampliamente
abierta y elevadas velocidades del motor. El MON también indica el
rendimiento anti-detonante del combustible bajo
condiciones de estrangulación parcial y carga por carretera.
Además, presión de vapor Reid (Reid Vapour
Pressure ("RVP")) se refiere a la presión de vapor absoluta
del petróleo crudo volátil y de los líquidos de petróleo no
viscosos volátiles, excepto gases de petróleo licuados, según se
determina por el Método de Ensayo Normalizado para determinar la
Presión de Vapor de Productos de Petróleo (Método Reid)(Standard
Test Method for Vapour Pressure of Petroleum Products (Reid
Method), ASTMD D 323. La presión de vapor o el equivalente de
presión de vapor en seco (Dry Vapour Pressure Equivalent
("DVPE")) puede determinarse siguiendo el Método de Ensayo
Normalizado para determinar la Presión de Vapor de Gasolina y
Mezclas de Gasolina-Compuesto Oxigenado (Método en
Seco) (Standard Test Method for Vapour Pressure of Gasoline and
Gasoline-Oxygenate Blends (Dry Method), ASTM D 4953;
el Método de Ensayo Normalizado para la determinación de la Presión
de Vapor de Productos de Petróleo (Método Automático) (Standard
Test Method for Vapour Pressure of Petroleum Products (Automatic
Method), ASTM D 5190; el Método de Ensayo Estándar para la
Determinación de la Presión de Vapor de Productos de Petróleo
(Mini-Método) (Standard Test Method for Vapour
Pressure of Petroleum Products (Mini Method), ASTM D 5191; y el
Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de la Presión de
Vapor de Productos de Petróleo (Mini-Método
Atmosférico) (Standard Test Method for Vapour Pressure of Petroleum
Products (Mini Method-Atmospheric), ASTM D 5482.
Teniendo en cuenta estos términos, se muestran algunas propiedades
básicas de los combustibles en la Tabla 1 siguiente.
Estos combustibles deben satisfacer varios
requisitos. Algunos de estos requisitos están relacionados con la
presión de vapor y la clase de destilación. La Especificación
Normalizada para Combustibles para Motores de Automóviles con
Encendido por Chispa (Standard Especification for Automotive
Spark-Ignition Engine Fuel), ASTM D 4814, establece
los requisitos de presión de vapor y la clase de destilación para
cada presión de vapor y cada clase de destilación.
Para lograr que los combustibles cumplan los
requisitos necesarios, el CAA establece normas y modelos de emisión
apropiados para calcular el comportamiento de mezclas de gasolina.
Al mezclar gasolinas, deben observarse las siguientes propiedades de
los combustibles de referencia (baseline fuels). En la tabla
siguiente, además de las propiedades discutidas, se incluyen los
términos siguientes tomados del Modelo Complejo de la Regulación 40
C.F.R. \NAK80.45 (1999). E200 es la fracción del combustible
objetivo que se evapora (la fracción que destila) a 200ºF (93,3ºC)
expresada en porcentaje de volumen. E300 es la fracción del
combustible objetivo que se evapora (la fracción que destila) a
300ºF (148,9ºC) expresada en porcentaje de volumen.
No sólo deben observarse estas propiedades del
combustible, sino que los combustibles no deben exceder las
siguientes emisiones de escape de referencia (baseline). La tabla
siguiente presenta una lista de las emisiones de escape de
referencia para la Fase I (años 1995-1999) y para la
Fase II (año 2000 y siguientes) y utiliza las abreviaturas
"POM" para materiales orgánicos policíclicos (polyciclic
organic matter) y "NOx" para óxido nítrico (Nitric Oxide).
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Por último, estas propiedades y valores de
referencia (baselines) se dan para asegurar el cumplimiento de todos
los valores de referencia exigidos para VOCs, NOx y las emisiones
tóxicas en ambas Fases I y II, para la Región 1, los Estados del Sur
de los Estados Unidos, y para la Región 2, los Estados del Norte de
los Estados Unidos, según lo mostrado en la Tabla siguiente.
\newpage
Una vez expuestos estos requisitos, modelos y
normas, en lo que sigue se señala el modo de cumplir con estas
normas, reduciendo o eliminando simultáneamente la introducción de
MTBE. De hecho, lo que sigue muestra cómo reducir las emisiones
tóxicas ("ToxR") en aproximadamente 30%, de modo que las
emisiones durante el verano de la Fase II están comprendidas entre
aproximadamente 53,5 mg/milla (33,4 mg/km) y aproximadamente 37,5
mg/milla (23,4 mg/km), usando los cálculos mostrados en 40 C.F.R.
\NAK 80.45 (1999).
Para mezclar al menos una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado que cumple con estos
requisitos, se ensayaron varias mezclas producidas en una refinería
en cuanto al cumplimiento de estos requisitos. Con referencia a la
Figura 1, se muestra un diagrama de flujo en bloques de un modo de
realización del método de esta invención en una refinería. Como
ocurre en la mayoría de las refinerías, un número de unidades
diferentes está integrado en una secuencia de procesamiento. Los
especialistas en la técnica apreciarán que, virtualmente, las
combinaciones y permutaciones de las unidades mostradas se pueden
ordenar o configurar en diferentes configuraciones con el objeto de
crear productos de refinería, reduciendo o eliminando
simultáneamente la introducción de MTBE.
El diagrama de bloques muestra unidades para
separación, conversión y mezclado. Como la mayoría de las
refinerías de petróleo, la refinería representativa mostrada en la
figura 1 separa petróleo crudo en sus diversas fracciones,
convierte estas fracciones en componentes distintos, y finalmente
mezcla estos componentes en productos terminados. La separación del
petróleo crudo en sus varias fracciones tiene lugar en una torre de
destilación de crudos 1, que es una torre para destilación
atmosférica y de vacío.
Los vapores calientes resultantes se elevan y se
enfrían a varios niveles dentro de la torre de destilación 1
condensándose sobre bandejas horizontales. Las bandejas de encima
de la unidad recogen las fracciones más ligeras de petróleo,
mientras que los componentes más pesados se sedimentan sobre las
bandejas inferiores. Antes de la introducción, se puede calentar
primero el petróleo crudo en un horno.
Las bandejas en los niveles superiores recogen
las fracciones de petróleo más ligeras tales como nafta (gasolina
de destilación directa) y queroseno. Las bandejas centrales recogen
componentes tales como aceite de calefacción ligero y combustible
diesel. Los fuel oils pesados, el asfalto y fracciones de alquitrán
se sedimentan en bandejas inferiores. Algunos de los componentes
pueden ser recogidos como materiales de alimentación de conversión
en la unidad 8 de alimentación de conversión. Los vapores que no se
condensan en la torre de destilación 1 se separan por la parte
superior como gases ligeros.
En cada nivel de condensación, las fracciones
separadas se sacan de las bandejas a través de tubos conocidos como
tubos laterales de extracción. El residuo líquido más pesado es
extraído por el fondo de la torre a través de la línea 28 como
crudo reducido. Éste puede ser enviado a la unidad de coquización
12. Además, algunas de las líneas pueden extenderse desde la torre
de destilación 1 a una unidad colectora de combustibles destilados
13.
Cada una de estas corrientes puede sufrir alguna
forma de conversión, isomerización u otros cambios. Los procesos de
conversión más comunes son craqueo, combinación y transposición. La
Figura 1 muestra varias unidades capaces de realizar estos
procesos, incluyendo, pero sin que quede limitado a ella, una
unidad de craqueo catalítico fluido 10.
La unidad de craqueo catalítico fluido 10
convierte gasóleo proveniente de la torre de destilación de crudos
1 en materiales para mezclar gasolina y aceites combustibles. Esto
se realiza a través de un proceso de conversión conocido como
craqueo. El craqueo catalítico rompe moléculas hidrocarbonadas más
grandes, más pesadas y más complejas en moléculas más sencillas y
más ligeras aplicando calor, presión y un catalizador. El craqueo
catalítico puede tener lugar además en la unidad de craqueo
hidrolítico 5.
Además, este diagrama de flujo muestra los
procesos de alquilación y polimerización incluidos en esta
refinería. En estos procesos se enlazan moléculas más pequeñas, más
ligeras para formar moléculas más grandes, más pesadas. Unidades de
alquilación y polimerización tales como la unidad de alquilación 7 y
la unidad de polimerización/dimerización 6 producen materiales de
mezcla gasolinas de alto octanaje a partir de gases craqueados.
Unidades de reformado y de isomerización tales
como la unidad de isomerización y/o hidrodesulfurización saturada 2
y la unidad de reformado catalítico 4 ofrecen estas ventajas al
proceso mostrado. Típicamente, una unidad de reformado convierte
naftas o fracciones de gasolina de bajo octanaje, en la presencia
de calor, presión y al menos un catalizador, en materiales de mayor
octanaje adecuados para su mezcla para formación de gasolina.
En las unidades de isomerización tales como la
unidad de isomerización y/o hidrodesulfurización saturada 2 hay una
transposición en las moléculas de hidrocarburos de cadena recta, de
bajo octanaje, para formar hidrocarburos de cadena ramificada, de
alto octanaje, conocidos como isómeros. Los hidrocarburos
isomerizados resultantes son un material de mezcla preferido para la
formación de gasolina.
Además, algunas fracciones de petróleo contienen
azufre, nitrógeno, metales pesados y otras impurezas. Estos
contaminantes pueden tener efectos perjudiciales sobre equipos,
catalizadores y la calidad del producto terminado. El
hidrotratamiento es un proceso de conversión que separa muchas de
estas impurezas, mezclando fracciones no tratadas con hidrógeno en
presencia de un catalizador. La unidad de hidrodesulfurización de
nafta 3, la unidad de hidrotratamiento catalítico 9 de la
alimentación y la unidad de hidrotratamiento catalítico de gasolina
11 son ejemplos de unidades que pueden ser incluidas en una
refinería para separar estas impurezas.
Estas unidades están conectadas típicamente por
medio de una pluralidad de tubos o conductos de transferencia
similares conocidos por los especialistas en la técnica para
ofrecer alimentaciones continuas. En la realización preferida aquí
representada, la línea 20 alimenta la torre de destilación con
petróleo crudo.
Numerosas líneas salen desde la torre de
destilación 1. Las líneas 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 y 28 salen de
la torre de destilación 1. La línea 21 se extiende hasta una unidad
de isomerización y/o hidrodesulfurización saturada 2. La línea 21
contiene gasolina ligera de destilación directa. La línea 22 se
extiende hasta una unidad de hidrodesulfurización de nafta 3. La
línea 22 contiene naftaleno de destilación directa. Las líneas 23 y
24 se extienden hasta una unidad colectora de combustibles
destilados 13. La línea 23 contiene queroseno de destilación
directa. La línea 24 contiene gasóleo ligero de destilación
directa.
Las líneas 25, 26 y 27 se extienden hasta la
unidad colectora de materiales para ser convertidos 8. La línea 25
contiene gasóleo pesado de destilación directa. La línea 26
contiene gasóleo ligero de destilación directa al vacío. La línea
27 contiene gasóleo pesado de destilación directa al vacío. La
línea 28 se extiende hasta una unidad de coquización 12. La línea 28
contiene residuos de destilación al vacío. Los aceites recogidos en
la unidad colectora de materiales de alimentación 8 se introducen
como alimentación en una unidad de craqueo hidrolítico 5 y una
unidad de hidrotratamiento catalítico 9 a través de las líneas 29 y
30, respectivamente. Cada producto de destilación directa puede
someterse a procesos adicionales por varias otras unidades de la
refinería, antes de ser transformado en un producto final
comercial.
Según se muestra, las líneas 31, 32, 33, 34 y 35
salen desde la unidad de coquización 12. La línea 31 llega hasta la
unidad de craqueo hidrolítico 5 y contiene gasóleo pesado de
coquización. La línea 32 se extiende hasta la unidad colectora de
combustibles destilados 13 y contiene gasóleo ligero de
coquización. La línea 33 llega hasta la unidad de hidrotratamiento
catalítico 9 y contiene gasóleo pesado de coquización. La línea 34
llega hasta la unidad de hidrodesulfurización de nafta 3 y contiene
nafta de coquización. La línea 35 se extiende hasta la unidad de
isomerización y/o hidrodesulfurización 2 y contiene nafta de
coquización. Las líneas 36 y 37 corren desde la unidad de
hidrodesulfurización 3 hacia la unidad de reformado catalítica
4.
Las líneas 38 a 41 salen de la unidad de craqueo
hidrolítico 5. La línea 38 llega hasta la unidad de isomerización
y/o hidrodesulfurización saturada 2 y contiene gasolina ligera
craqueada hidrolíticamente. La línea 39 se extiende hasta la unidad
de reformado catalítica 4 y contiene nafta craqueada
hidrolíticamente. La línea 40 llega a la unidad colectora de
combustibles destilados 13 y contiene gasoil y/o aceite craqueado
hidrolíticamente. La línea 41 llega hasta la unidad de alquilación
7 y contiene hidrocarburos tales como butano.
La línea 42 se extiende desde la unidad de
hidrotratamiento catalítico 9 hasta la unidad de craqueo catalítico
fluido 10. Desde la unidad de craqueo catalítico fluido 10, la
línea 43 va hasta al menos una de las unidades de
polimerización/dimerización 6 y/o de alquilación 7, y contiene al
menos un hidrocarburo tal como propano. La línea 44 también va
desde la unidad de craqueo catalítico fluido 10 hasta la unidad de
polimerización/dimerización 6 y contiene un hidrocarburo tal como
butano. Las líneas 45 y 46 van desde la unidad de craqueo
catalítico fluido 10 hacia la unidad de hidrotratamiento catalítico
de gasolina 11 y contienen nafta ligera craqueada por craqueo
catalítico fluido y nafta pesada craqueada por craqueo catalítico
fluido, respectivamente. La línea 47 va desde la unidad de craqueo
catalítico fluido 10 hasta la unidad colectora de combustibles
destilados 13 y contiene gasóleo ligero craqueado por craqueo
catalítico fluido. La línea 48 conduce desde la unidad de craqueo
catalítico fluido 10 hasta la unidad de coquización 12 y contiene
aceite pesado del ciclo de craqueo catalítico fluido y lodos.
Una tercera parte significativa del proceso de
refinado es el mezclado. Los productos finales se pueden obtener
por mezclado de dos o más componentes de la mezcla así como también
de aditivos para mejorar la calidad del producto. Con este fin, la
mayor parte de las calidades de gasolina para motores son mezclas
de varias fracciones, incluyendo naftas de destilación directa,
productos reformados, gasolina craqueada, materiales isomerizados y
poli-gasolina. Otros productos mezclados incluyen
aceites combustibles, combustibles diesel, combustibles para
aviones de reacción, aceites lubricantes y asfaltos.
Este proceso de mezclado es un aspecto importante
de la presente invención. Las composiciones de gasolina y las
mezclas utilizadas para obtener estas composiciones y propiedades
se describen aquí. Si bien esta descripción muestra los beneficios
de la inclusión de al menos etanol en los procesos de mezclado, los
especialistas en la técnica se darán cuenta de que en el proceso y
las composiciones se puede utilizar virtualmente cualquier alcohol
para reducir o eliminar la introducción de MTBE en el proceso de
mezclado. En la Figura 1 se muestran las líneas 50, 51, 52, 53, 54,
55 y 56 que llevan el material producido. La línea 50 sale de la
unidad de isomerización y/o hidrodesulfurización saturada 2 y
contiene gasolina ligera de destilación directa, craqueada
hidrolíticamente y/o productos isomerizados. La línea 51 sale de la
unidad de reformado catalítico 4 y contiene productos reformados. La
línea 52 será discutida después. La línea 53 sale de la unidad de
polimerización/dimerización 6 y contiene gasolina
polimerizada/dimerizada. La línea 54 sale de la unidad de
alquilación 7 y contiene productos alquilados. Las líneas 55 y 56
salen de la unidad de hidrotratamiento catalítico de gasolina 11 y
contienen gasolina ligera hidrotratada catalíticamente y gasolina
pesada hidrotratada catalíticamente, respectivamente.
Además, los compuestos oxigenados se pueden
introducir a través de la unidad de compuestos oxigenados 14 en la
línea 52. Los compuestos oxigenados tales como un alcohol pueden
ser introducidos en la corriente de salida de las líneas 50, 51,
53, 54, 55 y/o 56. En el modo de realización preferido en primer
lugar, la introducción de etanol tiene lugar a través de la línea
52. Es importante y ventajoso observar que el único compuesto
oxigenado necesario en el modo de realización preferido es etanol.
Otros alcoholes que pueden utilizarse incluyen, sin quedar limitados
solo a ellos, metanol, propanol, iso-propanol,
butanol, butanol secundario, butanol terciario, alcoholes que tienen
aproximadamente 5 átomos de carbono y alcoholes similares. No hace
falta que la unidad de compuestos oxigenados 14 esté situada en la
refinería. Los compuestos oxigenados, tales como etanol, se pueden
añadir al producto final gasolina corriente abajo del proceso de
mezclado de gasolina. Por lo tanto, la presente invención puede
beneficiarse de la mezcla de los compuestos oxigenados en un lugar
alejado, no situado físicamente en la refinería.
Utilizando este proceso de refinación y mezclado,
se han producido las mezclas que se dan a continuación. Además de
mostrar las composiciones de las mezclas, se discuten las
propiedades de las mismas. Se muestra también el efecto de la
inclusión de compuestos oxigenados en las mezclas. Se muestran las
composiciones de las mezclas con compuestos oxigenados. Finalmente,
se muestran y discuten las propiedades de las mezclas que incluyen
compuestos oxigenados.
Antes de la introducción de la siguiente tabla,
que indica el porcentaje en volumen de las corrientes que se han
mezclado antes de introducir los compuestos oxigenados, deben
conocerse los significados de los siguientes encabezamientos de
columna. "C4" se emplea en las tablas siguientes para indicar
la inclusión de hidrocarburos tales como butano.
"FFB" incluye usualmente una corriente de
hidrocarburos en la cual el número de átomos de carbono en cada
molécula de hidrocarburo se encuentra preferentemente en el
intervalo de 4 a 5. El hidrocarburo FFB puede ser preferentemente
una porción de la corriente 41, un producto separado de la unidad
de craqueo hidrolítico 5, combinado con una porción de la gasolina
de destilación directa de la línea 21. En un modo de realización
preferido, FFB consiste en aproximadamente 20% de butano,
aproximadamente 65% de isopentano, y el resto es pentano normal. En
un modo de realización preferido, la gasolina de destilación
directa es tratada con sosa cáustica para separar el azufre del
mercaptano y combinada con otras corrientes que se separan por medio
de una columna de fraccionamiento.
"RAFF" (abreviatura de producto refinado
(raffinate)), se refiere a la porción parafínica de nafta de
destilación directa y a la nafta ligera craqueada hidrolíticamente
de la corriente 36, después de que ha pasado a través de una unidad
de reformado catalítico 4 y preferentemente una unidad de extracción
de benceno. El producto refinado incluye usualmente una corriente
de hidrocarburos parafínicos donde en el producto de reformado
ligero, el número de átomos de carbono en cada molécula de
hidrocarburo se encuentra preferentemente en el intervalo de 5 a
7.
"HOR" (high octane reformate = producto
reformado de alto octanaje) se utiliza en las tablas siguientes
para indicar la inclusión de al menos un producto reformado de alto
octanaje, preferentemente un producto en la línea 51 que sale de la
unidad de reformación catalítica 4.
"TOL" (abreviatura de tolueno) es la porción
aromática de la corriente 36 antes descrita, que ya no tiene un
contenido significativo de benceno. En una realización preferida,
TOL consiste esencialmente en aproximadamente 65-70
por ciento en volumen de tolueno, aproximadamente
10-15 por ciento en volumen de mezcla de xilenos,
siendo el resto hidrocarburos parafínicos en los cuales el número
de átomos de carbono en cada molécula de hidrocarburo es
preferentemente al menos 8.
"LCC" (abreviatura de light catalytically
cracked = producto ligero craqueado catalíticamente) se emplea en
las tablas siguientes para indicar la inclusión de al menos una
gasolina ligera craqueada catalíticamente. Preferentemente, LCC es
una combinación de gasolina ligera craqueada catalíticamente de la
corriente 45 y gasolina ligera craqueada hidrolíticamente de la
corriente 38, después de que estos productos han sido tratados con
sosa cáustica para separar mercaptanos.
"HCC" (heavy catalytically cracked =
producto pesado craqueado catalíticamente) se emplea en las tablas
siguientes para indicar la inclusión de al menos una gasolina
pesada craqueada por craqueo catalítico fluido, tal como el
producto en la línea 46, y gasolina ligera de destilación directa
21, después de que estos productos hayan sido tratados con sosa
cáustica para separar mercaptanos.
"ALKY" (alkylate = producto alquilado) se
emplea en las tablas siguientes para indicar la inclusión de al
menos un producto alquilado, tal como el producto de la línea 54
desde la unidad de alquilación 7 en el modo de realización
preferido.
"LSCC" significa la porción más pesada de la
corriente 46, la que, después de haber sido sometida a
hidrotratamiento para reducir el contenido de azufre, constituye la
gasolina pesada craqueada por craqueo catalítico fluido en la línea
56. Los especialistas en la técnica reconocerán que en esta variante
puede usarse la inclusión de cualquier gasolina craqueada
catalíticamente de bajo contenido de azufre, independientemente de
su modo de obtención, y que es probable que esta corriente haya
sido hidrotratada para reducir el contenido de azufre a un nivel
aceptablemente bajo.
Teniendo en cuenta los términos anteriores, las
Tablas 6-15 siguientes muestran las mezclas que han
sido preparadas. Estas tablas se han dividido en tablas que
muestran las mezclas preparadas en 1999, indicadas en las Tablas
6-10, y las que muestran las mezclas preparadas
después de 1999, indicadas en las Tablas 11-15.
Adoptando los términos "Fase I" (los años
1995-1999) y "Fase II" (el año 2000 y
siguientes), las tablas siguientes proporcionan ejemplos que han
sido mezclados durante ambas fases, Fase I y Fase II.
Además, antes de la introducción de cualquiera de
los compuestos oxigenados, se hará referencia a cada mezcla como
"pura". Después de la introducción de compuestos oxigenados,
se hará referencia a cada mezcla como "mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado". Teniendo en cuenta
los términos anteriores, las tablas siguientes muestran las
fórmulas y las propiedades de estas mezclas. Las Tablas 6 y 11
muestran las fórmulas de las mezclas puras de Fase I y de Fase II,
respectivamente. Las Tablas 7 y 12 muestran las propiedades de las
mezclas puras de Fase I y de Fase II, respectivamente. Las Tablas 8
y 13 muestran las fórmulas de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase I y de Fase
II, respectivamente. Las Tablas 9 y 14 muestran las propiedades de
las mezclas gasolina-compuesto oxigenado de Fase I
y de Fase II, respectivamente. Finalmente, las Tablas 10 y 15
muestran las propiedades adicionales de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase I y de Fase II,
respectivamente.
Debe observarse, que los porcentajes de reducción
de NOx, sustancias contaminantes tóxicas y VOCs indicados en las
Tablas 10 y 15 han sido calculados usando el Modelo Complejo
(Complex Model) válido durante la Fase apropiada. Por ejemplo, los
porcentajes de reducción mostrados en la Tabla 10, con el título de
"Propiedades Adicionales de Mezclas
Gasolina-Compuesto Oxigenado de Fase I", han
sido calculados en base al Modelo Complejo Fase I prescrito en 40
C.F.R. \NAK80.45 (1999). Correspondientemente, la Tabla 15, que
lleva el título "Propiedades Adicionales de Mezclas
Gasolina-Compuesto Oxigenado de Fase II", indica
los porcentajes de reducción de NOx, sustancias contaminantes
tóxicas y VOCs calculados según el Modelo Complejo Fase II, de
acuerdo con lo prescrito por las Regulaciones Federales bajo 40
C.F.R. \NAK80.45 (1999).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Estas mezclas puras fueron ensayadas en el curso
de la producción usando dispositivos de análisis para efectuar
análisis en el curso de la producción (online analyzers) calibrados
con estándares y métodos ASTM. La Tabla 7 siguiente incluye
propiedades de mezclas puras, estando designada cada mezcla por una
letra A-X que es igual a la letra de la mezcla
correspondiente de la Tabla 6.
El Indice de Octano de la Investigación
("RON") y el Indice de Octano del Motor ("MON"), fueron
obtenidos usando dispositivos de análisis en el curso de la
producción (online analyzers), usando los procedimientos de ensayo
encontrados en "Método de Ensayo Normalizado para la Determinación
de los Indices de Octano de Investigación y Motor utilizando
Analizadores en el curso de la producción" (Standard Test Method
for Research and Motor Octane Ratings Using Online Analyzers), ASTM
D 2885. El índice de anti-detonante o índice de
octano ("(R+M)/2") fue establecido hallando la media de RON y
MON. La DVPE fue establecida empleando un método de ensayo en línea
certificado equivalente a los procedimientos de ensayo encontrados
en Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de la Presión
de Vapor de Productos de Petróleo
(Mini-Método)(Standard Test Method for Vapour
Pressure of Petroleum Products (Mini Method)), ASTM D 5191, estando
expresada la DVPE en PSI (libras por pulgada cuadrada). La
temperatura de destilación del 10%, la temperatura de destilación
del 50%, la temperatura de destilación del 90%, la temperatura de
destilación del punto final ("T10", "T50", "T90" y
"EP", respectivamente) y las fracciones de destilación a 200ºF
(93,3ºC) y a 300ºF (148,9ºC) ("E200" y "E300",
respectivamente) fueron obtenidas empleando procedimientos en el
curso de la producción, certificados, equivalentes a los métodos de
ensayo encontrados en la Especificación Normalizada para Combustible
para Motores de Automóviles con Encendido por Chispa (Standard
Specification for Automotive Spark-Ignition Engine
Fuel), ASTM D 4814. Con estos procedimientos, las mezclas puras
tenían las propiedades siguientes, previo a la introducción de
oxigenados.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Se introdujeron compuestos oxigenados en la línea
52 a través de una unidad de dosificación de compuestos oxigenados
14. Como se ha mencionado previamente, la inclusión de los
compuestos oxigenados no tiene que ser efectuada necesariamente en
las instalaciones de la refinería. Con respecto a estas mezclas, el
compuesto oxigenado fue agregado al producto gasolina terminado
corriente abajo del proceso de mezclado de gasolina. En cada una de
estas mezclas se introdujeron compuestos oxigenados, de modo que
los compuestos oxigenados de la mezcla constituyeran una cantidad
menor o igual a aproximadamente diez (10) por ciento en volumen de
la mezcla. Cada una de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado contenía, como
compuesto oxigenado etanol desnaturalizado que cumplía con la
Especificación de las Normas de U.S. para Etanol Combustible
Desnaturalizado para ser Mezclado con Gasolinas para Uso como
Combustible de Motores de Automóviles con Encendido por Chispa (U.S.
Standard Specification for Denatured Fuel Ethanol for Blending with
Gasolines for Use as Automotive Spark-Ignition
Engine Fuel), ASTM D 4806.
La Tabla 8 siguiente, que lleva el título
"Fórmulas de Mezclas Gasolina-Compuesto Oxigenado
de Fase I", muestra una serie de fórmulas de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado después de introducir
al menos un compuesto oxigenado en las mezclas puras
correspondientes indicadas en las Tablas 6-7. Hay
que hacer notar que un número significativo de las mezclas
A-X de las Tablas 6-7 fueron
utilizadas para la formulación de dos mezclas
gasolina-compuesto oxigenado. Por ejemplo, la
mezcla pura A mostrada en las Tablas 6-7 se mezcló
con etanol para formar una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado A1 con un contenido de
etanol de 9,5 por ciento en volumen. Similarmente, esta misma
mezcla pura A se mezcló con etanol para crear la mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado A2 con un contenido de
etanol de 5,42 por ciento en volumen. Por lo tanto, las mezclas de
gasolina- compuesto oxigenado A1 y A2 representan variaciones de la
introducción de oxigenados en la mezcla pura A.
Las fórmulas de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase I mostradas en
la Tabla 8 están dispuestas de modo que la letra que designa una
mezcla de la Tabla 8 es la misma letra que designa la mezcla
correspondiente mostrada en las Tablas 6-7. En el
caso de la preparación de una pluralidad de fórmulas de mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase I a partir de
cada mezcla pura A-X, las correspondientes fórmulas
de las mezclas de Fase I gasolina-compuesto
oxigenado de la Tabla 8 han sido designadas con la designación de
la letra de mezcla, por ejemplo A, seguida por una designación
numérica, por ejemplo 1, de modo que las propiedades de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado mostradas en las Tablas
9-10 corresponden a la designación, letra y número
de mezcla aplicable. Según esto, la Tabla 8, que lleva el título
"Fórmulas de Mezclas Gasolina-Compuesto Oxigenado
de Fase I", muestra cada fórmula de mezcla
gasolina-compuesto oxigenado en términos de
porcentaje en volumen de la mezcla total, después de la introducción
de los compuestos oxigenados.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Cada una de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado fue ensayada fuera de
línea de producción, utilizando el procedimiento apropiado de ASTM
para laboratorio, encontrado en el Método de Ensayo de las Normas
U.S. para Determinar el Indice de Octano de Investigación de
Combustibles para Motores con Encendido por Chispa (U.S. Standard
Test Method for Research Octane Number of
Spark-Ignition Engine Fuel), ASTM D 2699, el Método
de Ensayo Normalizado U.S. para Determinar el Indice de Octano de
Motor de Combustibles para Motores con Encendido por Chispa (U.S.
Standard Method for Motor Octane Number of
Spark-Ignition Engine Fuel), ASTM D 2700, el Método
de Ensayo Normalizado U.S. para la Determinación de la Presión de
Vapor de Productos de Petróleo (Mini-Método) (U.S.
Standard Test Method for Vapour Pressure of Petroleum Products
(Mini Method)), ASTM D 5191, y el Método de Ensayo Normalizado U.S.
para la Destilación de Productos de Petróleo a Presión Atmosférica
(U.S. Standard Test Method for Distillation of Petroleum Products
at Atmospheric Pressure), ASTM D 86.
Como antes, la designación de cada mezcla
mostrada después corresponde a la designación de la fórmula de la
mezcla gasolina-compuesto oxigenado mostrada en la
Tabla 8. Por ejemplo, la mezcla gasolina-compuesto
oxigenado A1 de la Tabla 9 corresponde a la fórmula de la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado indicada en la Tabla
8 como A1. Similarmente, la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado A2 indicada después
corresponde a la designación A2 de la fórmula de la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado indicada en la Tabla 8.
Teniendo en cuenta estas designaciones, se determinaron las
propiedades siguientes de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Se determinaron propiedades adicionales de las
mezclas gasolina-compuesto oxigenado de Fase I
usando métodos de ensayo aparte de la línea de producción. El
contenido de oxígeno ("Oxy") fue determinado utilizando los
procedimientos de ensayo del Método de Ensayo Normalizado para la
Determinación de MTBE, ETBE, TAME, DIPE, alcohol amílico terciario
y alcoholes de C_{1} a C_{4} en Gasolina por Cromatografía de
gases (Standard Test Method for Determination of MTBE, ETBE, DIPE,
tertiary-Amyl Alcohol and C_{1} to C_{4}
Alcohols in Gasoline by Gas Chromatography), ASTM D 4815, y dicho
contenido se expresó en porcentaje en peso. El contenido de
compuestos aromáticos ("Arom") fue establecido usando los
procedimientos de ensayo del Método de Ensayo Normalizado para la
Determinación de Tipos de Hidrocarburos en Productos de Petróleo
Líquidos por Adsorción de un Indicador Fluorescente (Standard Test
Method for Hydrocarbon Types in Liquid Petroleum Products by
Fluorescent Indicator Adsorption), ASTM D 1319, y se expresó en
porcentaje en volumen. El contenido de olefinas ("Olef") se
estableció usando los procedimientos de ensayo encontrados en el
Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de Tipos de
Hidrocarburos en Productos de Petróleo Líquidos por Adsorción de un
Indicador Fluorescente (Standard Test Method for Hydrocarbon Types
in Liquid Petroleum Products by Fluorescent Indicator Adsorption),
ASTM D 1319, y se expresó en porcentaje en volumen. El contenido de
benceno ("Benz") fue establecido utilizando los procedimientos
de ensayo del Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de
Azufre en Productos de Petróleo por Espectrometría Fluorescente de
Rayos X por Dispersión de longitudes de onda (Standard Test Method
for Sulfur in Petroleum Products by Wavelength Dispersive
X-Ray Fluorescence Spectrometry), ASTM D 2622, y se
expresó en partes por millón en peso
("PPMW").
("PPMW").
Adicionalmente, el porcentaje de reducción de Nox
("NoxR"), contaminantes tóxicos ("ToxR") y VOCs
("VOCR") se calculó empleando el Modelo Complejo de Fase I,
según lo prescrito por las Regulaciones Federales de los EE.UU.,
véase, por ejemplo, 40 C.F.R. \NAK80.45 (1999), de modo que los
valores positivos indican el porcentaje de reducción de las
emisiones. Como anteriormente, las designaciones de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado mostradas en la Tabla
10 corresponden a las designaciones de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de las Tablas
8-9. Por ejemplo, la designación A1 de la mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado de la Tabla 10
corresponde a las designaciones de la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado mostrada en las Tablas
8-9 para la mezcla A1 de
gasolina-compuesto oxigenado tal como se ha
discutido previamente aquí, cada una de estas letras de designación
corresponde a las mezclas puras mostradas en la Tabla 6. Las
designaciones numéricas que siguen a continuación de la letra se
usan para distinguir las mezclas de
gasolina-compuesto oxigenado de Fase I que han sido
preparadas a partir de la misma mezcla pura. Al emplear estos
métodos, se encontraron las propiedades
siguientes:
siguientes:
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Volviendo a las mezclas preparadas después de
1999, que se citan aquí como las de Fase II, se prepararon las
fórmulas de las mezclas puras siguientes utilizando el mismo
método.
Estas mezclas puras fueron analizadas en el curso
de la producción de un modo similar, empleando dispositivos de
análisis en línea de producción, certificados, calibrados con
patrones y métodos ASTM. La Tabla 12 siguiente incluye propiedades
de mezclas puras, donde cada mezcla pura designada por las letras
AA-KK que corresponde a la misma designación de las
letras AA-KK de la Tabla 11. Teniendo en cuenta
esta correspondencia, las mezclas puras de Fase II tenían las
siguientes propiedades antes de la introducción de compuestos
oxigenados.
Se introdujeron de la misma forma anterior, los
compuestos oxigenados en la línea 52 a través de una unidad de
dosificación de compuestos oxigenados 14. En cada una de estas
mezclas se introdujeron compuestos oxigenados, de modo que los
compuestos oxigenados de la mezcla constituían una cantidad menor o
igual a aproximadamente diez (10) por ciento en volumen. Cada una
de las mezclas de gasolina-compuesto oxigenado
contenía como compuesto oxigenado etanol desnaturalizado que
cumplía con la norma ASTM D 4806.
La Tabla 13 siguiente, que lleva el título
"Fórmulas de las mezclas de gasolina-compuesto
oxigenado de Fase II" muestra una serie de fórmulas que se
refieren a mezclas de gasolina-compuesto oxigenado
después de la introducción de al menos un compuesto oxigenado en
las mezclas puras correspondientes mostradas antes en las Tablas
11-12. Hay que hacer notar que algunas de las
mezclas puras AA-KK de las Tablas
11-12 se utilizaron en la formulación de al menos
dos mezclas de gasolina-compuesto oxigenado. Por
ejemplo, la mezcla pura D mostrada en las Tablas
11-12 se mezcló con etanol para formar una mezcla
gasolina-compuesto oxigenado DD1 que contenía 9,750
por ciento en volumen de etanol, y para formar la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado DD2 que contenía 5,42
por ciento en volumen de etanol. Por lo tanto, las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado DD1 y DD2 representan
variaciones en la introducción de compuestos oxigenados en la
mezcla pura DD. Las fórmulas de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase II mostradas en
la Tabla 13 están dispuestas de modo que la letra de la mezcla pura
correspondiente se refiere a la letra de la mezcla correspondiente
mostrada en las Tablas 11-12. Similarmente, las
propiedades de las mezclas gasolina-compuesto
oxigenado de Fase II mostradas en las Tablas 14-15
corresponden a las mezclas designadas con las mismas letras y con
los mismos números, si es aplicable. Según esto, la Tabla 13 que
lleva el título "Fórmulas de mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase II" muestra
cada mezcla gasolina-compuesto oxigenado en términos
de porcentaje en volumen de la mezcla total, después de la
introducción de compuestos oxigenados.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Utilizando los procedimientos de ensayo de
laboratorio ASTM (ASTM D 2699, ASTM D 2700, ASTM D 5191, ASTM D
86), se ensayó cada una de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado fuera de la línea de
producción empleando el procedimiento ASTM apropiado discutido aquí
antes. Lo mismo que antes cada designación de una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado en las Tablas
14-15 corresponde a la fórmula de la mezcla
gasolina-compuesto oxigenado mostrada en la Tabla
13. Se determinaron las siguientes propiedades de las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado de Fase II.
\vskip1.000000\baselineskip
Se determinaron propiedades adicionales de las
mezclas gasolina-compuesto oxigenado de Fase II
usando las Normas y Métodos ASTM aquí discutidos. Hay que hacer
notar que los porcentajes de reducción de NOx ("NoxR"),
contaminantes tóxicos ("ToxR") y VOCs ("VOCR") se
calcularon usando el Modelo Complejo de Fase II según lo descrito
por las Regulaciones Federales, vea, por ejemplo, 40 C.F.R. \NAK
80.45 (1999), de modo que los valores positivos indican los
porcentajes de reducción de las emisiones.
Como muestran los resultados de estos ensayos, la
inclusión de compuestos oxigenados tales como etanol proporciona
mezclas de gasolina-compuesto oxigenado que
producen una cantidad relativamente pequeña de sustancias
contaminantes, con la reducción o eliminación de MTBE como aditivo
al combustible. Si bien los esfuerzos, que se han señalado antes,
intentaron reducir o eliminar significativamente la introducción de
MTBE, los especialistas en la técnica se darán cuenta de que pueden
introducirse durante el proceso de mezclado cantidades traza de
MTBE y éteres similares. Ciertos agentes de mezclado o
constituyentes de la mezcla pueden contener éter. Las realizaciones
preferidas de la presente invención se benefician por la reducción
de la introducción de MTBE en las mezclas
gasolina-compuesto oxigenado resultantes.
La mezcla de al menos dos corrientes de
hidrocarburos puede producir mezclas de
gasolina-compuesto oxigenado que tienen las
propiedades deseables previamente mencionadas, así como también
bajas temperaturas de destilación y baja volatilidad. Como muestran
los modos de realización preferidos, mezclas de
gasolina-compuesto oxigenado pueden incluir, siendo
ventajoso, al menos un alcohol, tal como etanol, con lo cual
reducen la contaminación. Con respecto al cálculo del porcentaje de
reducción de NOx, contaminantes tóxicos y/o VOCs, los modelos
matemáticos encontrados en el Modelo Complejo para Fase II de 40
C.F.R. \NAK80.45 (1999) son actualmente los más apropiados.
Además, los especialistas en la técnica
reconocerán que esta descripción ha puesto el énfasis en reglas,
regulaciones y requisitos que se refieren a US EPA, Región 1. Si
bien los conceptos de la invención están demostrados claramente en
US EPA, Región 1, no existe ninguna limitación al marco de la
invención o de las reivindicaciones que establezca que dichos
conceptos sean aplicables solamente a US EPA, Región 1.
Regulaciones futuras pueden ser aún más restrictivas que los
requerimientos expuestos en el Modelo Complejo Fase II, Región 1,
presentado en US 40 C.F.R.\NAK 80.45 (1999).
Claims (10)
1. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado, adecuada para su
utilización en un motor de automóvil con encendido por chispa,
caracterizada por tener las propiedades siguientes:
(a) un equivalente de presión de vapor en seco
(DVPE) menor de 7,4 PSI (libras por pulgada cuadrada) (51 x 10^{3}
Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5 por ciento
en volumen.
2. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según la reivindicación
1, caracterizada por tener un DVPE de al menos 6,5 PSI (44,8
x 10^{3} Pa), y un contenido de alcohol de hasta 10 por ciento en
volumen.
3. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según la reivindicación
1 o la 2, adecuada para su utilización en un motor de automóvil con
encendido por chispa, caracterizada por tener las propiedades
siguientes:
(a) un equivalente de presión de vapor en seco
(DVPE) menor de 7,2 PSI (49,6 x 10^{3} Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5,0 por
ciento en volumen, con la condición de que cuando el contenido de
alcohol no excede 9,6 por ciento en volumen, entonces el DVPE es
menor de 7,1 PSI (49 x 10^{3} Pa), y cuando el contenido de
alcohol no excede de 5,8 por ciento en volumen, entonces el DVPE es
menor de 7 PSI (48,3 x 10^{3} Pa).
4. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el compuesto
oxigenado comprende etanol.
5. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque está
sustancialmente libre de éter
metil-t-butílico.
6. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por tener un índice
anti-detonante de al menos 89.
7. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por tener un DVPE menor
de 7,1 PSI (49 x 10^{3} Pa), y un contenido de alcohol mayor de
5,8 por ciento en volumen.
8. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por tener un DVPE menor
de 7 PSI (48,3 x 10^{3} Pa), y un contenido de alcohol mayor de 5
por ciento en volumen.
9. Una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por tener un DVPE menor
de 7,2 PSI (49,6 x 10^{3} Pa), y un contenido alcohólico mayor de
9,6 por ciento en volumen.
10. Un procedimiento para preparar una mezcla de
gasolina-compuesto oxigenado según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por comprender el
mezclado de al menos dos corrientes de hidrocarburo y al menos un
compuesto oxigenado para producir una mezcla de gasolina- compuesto
oxigenado que tiene las propiedades siguientes:
(a) un equivalente de presión de vapor en seco
(DVPE) menor de 7,4 PSI (51 x 10^{3} Pa), y
(b) un contenido de alcohol mayor de 5,0 por
ciento en volumen y hasta 10 por ciento en volumen.
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