ES2280124T3 - Composicion de un aditivo para combustibles de motores diesel y procedimiento para el tratamiento de combustibles para motores diesel. - Google Patents
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Abstract
Una composición de un aditivo para combustibles de motores diesel, que comprende de 5 a 15 partes en peso de aceite de sellos minerales, de 40 a 60 partes en peso de sustancia mineral volátil, de 20 a 40 partes en peso de un alquilenglicol alquil éter y de 2 a 15 partes en peso de al menos un tensoactivo no iónico líquido seleccionado entre tensoactivos de alcohol etoxilado y tensoactivos aromáticos sustituidos oxigenados, caracterizada porque la sustancia mineral volátil es una fracción de petróleo que tiene un punto de ebullición en el intervalo de 150 a 400ºC.
Description
Composición de un aditivo para combustibles de
motores diesel y procedimiento para el tratamiento de combustibles
para motores diesel.
Esta invención está dirigida al tratamiento de
combustibles diesel y, más en particular, al tratamiento de
combustibles diesel para que la combustión de tales combustibles sea
más limpia con el fin de controlar las emisiones y mejorar la
eficiencia de la combustión, con lo que mejora el kilometraje.
El control de las emisiones de motores de
combustión interna ha recibido una atención sustancialmente continua
durante muchos años en los intentos de reducir las emisiones de
monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno (NOX), hidrocarburos no
quemados y otros procedentes de la combustión de tales combustibles.
El control de la contaminación ha recibido atención en todo el
mundo ya que se han hecho tentativas para desarrollar aditivos para
el combustible que tienen la capacidad de hacer que la combustión
de tales combustibles líquidos de hidrocarburos sea más limpia. En
la técnica anterior se han considerado diversos enfoques en los
intentos de formular aditivos que redujeran la contaminación
generada por tales combustibles, pero generalmente sólo han tenido
un éxito limitado.
Por ejemplo, se ha propuesto emplear varios
alquil éteres con el fin de controlar la contaminación generada por
combustibles de gasolina. Tales intentos se describen en las
patentes U.S. n^{os}. 2.089.580, 2.104.021, 2.221.839, 2.563.101,
2.786.745, 2.930.681, 3.032.971, 3.103.101, 3.270.497 y 5.425.790,
consideradas como representativas. Como se describe en esas
patentes, frecuentemente la práctica es emplear tales éteres solos
o en combinación con alcohol para que resulten unas características
de comportamiento mejoradas en una variedad de combustibles
hidrocarburos líquidos.
Se han hecho de manera similar intentos para
purificar tales combustibles mediante incorporación al combustible
como aditivo de varios detergentes aromáticos que contienen uno o
más anillos aromáticos y unidos a ellos varios grupos óxido de
alquileno en un intento de reducir las emisiones de hidrocarburo.
Tal enfoque se describe en las patentes U.S. nº. 3.328.284 y nº.
3.615.295. Análogamente la técnica anterior ha propuesto varias
combinaciones de aditivos para limpiar sistemas de combustibles.
Uno de tales ejemplos es la patente U.S. nº. 3.658.494, que
describe una combinación de compuestos oxi en forma de monoéteres de
glicoles y poliglicoles en combinación con dispersivos derivados de
ácidos carboxílicos de alto peso molecular y, en particular, sus
ésteres, amidas, imidas, amidinas y sales de amina. La patente U.S.
nº. 4.384.872 describe un aditivo para combustibles formulado como
combinación de un alcanol inferior con un tensoactivo para conseguir
una tolerancia al agua aumentada en tales composiciones de
combustibles. Se describen enfoques similares en la patente U.S. nº.
4.516.981 que presenta un dispersivo de lodos para aceite formulado
de un alcohol, un glicol éter y un fenol polietoxilado. Y la
patente U.S. nº. 4.877.416 que describe una combinación de una amina
o poliamina sustituida con un hidrocarburo y un
poli(oxialquilen)monol.
También se han hecho intentos de usar agentes
oxidantes en combinacion con glicoles y glicol éteres. Se describe
un ejemplo así en la patente U.S. nº. 5.314.511 que describe la
combinación de un peróxido orgánico con un alqulen inferior glicol
éter para reducir emisiones. La patente U.S. nº. 5.409.507 describe
un aditivo para combustibles formulado de poli(oxialquilen)
éteres aromáticos sustituidos con nitro, amino o
N-alquilamino en combinación con antioxidantes,
desactivantes metálicos, desemulsivos y aditivos similares
conocidos. La patente U.S. nº. 5.782.936 describe un aditivo para
combustibles gases de petróleo licuados o LPG que contienen una
fracción de petróleo metanol y un alquilfenol etoxilado.
A pesar de todos los esfuerzos para la mejora
del comportamiento de tales combustibles desde el punto de vista
del control de la contaminación, hasta el momento ningún producto ha
sido capaz de satisfacer las rigurosas normas en cuanto a la
contaminación actualmente vigentes o contempladas. Hay así necesidad
de proporcionar una composición de aditivo para combustibles que
tenga la capacidad de reducir significativamente la contaminación
generada por tales combustibles de hidrocarburos licuados.
En la solicitud de patente en tramitación nº.
99946960.4 (publicada como WO 00/17292) con la presente se describe
una composición de aditivo para combustible que se ha empleado en el
tratamiento de varios combustibles de hidrocarburos, tales como
gasolina, que se ha encontrado que representa un avance de la
técnica. Se ha encontrado que esa composición, que utiliza una
combinación de componentes, controla eficazmente las emisiones de
hidrocarburos procedentes de una amplia gama de combustibles de
hidrocarburos. Se ha encontrado ahora que se puede usar eficazmente
la misma composición en el tratamiento de combustibles para motores
diesel incluso con una eficiencia incluso mayor que la que
proporciona en el tratamiento de, por ejemplo, gasolina. Ese
resultado era completamente inesperado a la vista del hecho de que
los motores diesel tienen una tendencia notablemente mayor a generar
contaminación en forma de emisiones de hidrocarburos y NOX en
comparación con, por ejemplo, motores de gasolina. El combustible
para motores diesel, a causa de que típicamente contiene
predominantemente hidrocarburos C_{10-30} o más
altos, tiene una volatilidad marcadamente reducida en comparación
con las gasolinas y es más propicio a la contaminación por agua.
Por tanto, era completamente inesperado que la composición de
aditivo descrita y reivindicada en la solicitud en tramitación con
la presente, antes mencionada, tenga una eficacia incluso mayor
para controlar y minimizar la contaminación generada por los motores
diesel.
Los conceptos de la presente invención residen
en una nueva composición de aditivo para combustibles que, no sólo
es de fabricación sencilla y barata, sino que también tiene la
capacidad de intensificar las características de comportamiento de
los combustibles para motores diesel de manera que los combustibles
diesel tratados, cuando se consumen en un motor de combustión
interna, se queman más eficientemente con sustancialmente menos
emisiones. Se ha encontrado que el combustible tratado de acuerdo
con la presente invención proporciona no sólo un mayor kilometraje
del combustible, sino también una potencia mayor. De acuerdo con los
conceptos de la invención, la composición de aditivo para el
combustible se formula con una nueva combinación de componentes que
actúan conjuntamente para reducir significativamente las emisiones
de hidrocarburo en la combustión del combustible diesel con el que
se ha combinado el aditivo en motores de combustión interna.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona una composición de aditivo para combustibles diesel,
que comprende de 5 a 15 partes en peso de aceite de sellos
minerales, de 40 partes a 60 partes en peso de sustancia mineral
volátil, de 20 a 40 partes en peso de un alquilenglicol, alquil éter
y de 2 a 15 partes en peso de al menos un tensoactivo no iónico
líquido seleccionado entre tensoactivos de alcohol etoxilado y
tensoactivos aromáticos sustituidos oxigenados, caracterizada porque
la sustancia mineral volátil es una fracción de petróleo que tiene
un punto de ebullición en el intervalo de 150 a 400ºC.
La composición de aditivo para combustibles de
la presente invención se formula para que contenga aceite de sellos
minerales, un alquilenglicol éter y al menos un tensoactivo no
iónico líquido. Opcionalmente, la composición puede formularse de
manera que contenga también alternativas de hidrocarburos. La manera
precisa en que los componentes indicados actúan combinadamente
entre sí no se conoce totalmente en la actualidad. Sin embargo, sin
que ello signifique una limitación por razones teóricas, se cree
que el aceite de sellos minerales actúa para proporcionar una
lubricación al cilindro superior como parte del proceso de
combustión. Parece que la sustancia mineral volátil mejora la
eficiencia de la oxidación del combustible con el que se combina el
aditivo, y parece que el glicol éter en combinación con el
tensoactivo dispersa el agua contenida en el sistema del
combustible que contiene el aditivo de manera que no interfiera con
la combustión completa del combustible tratado. Los ensayos han
revelado que el combustible de motores diesel que ha sido tratado
con el aditivo para combustibles de la presente invención puede
causar de forma virtualmente inmediata que los motores de
combustión interna satisfagan las normas vigentes de contaminación
y, a veces, las superen.
La composición de aditivo para combustibles de
la presente invención se formula para incluir, como uno de sus
componentes, un aceite de sellos minerales. El término "aceite de
sellos minerales", tal como se usa en esta memoria, saben bien
los expertos en la técnica que se refiere a aceites lubricantes bien
conocidos, aceites minerales y destilados de petróleo de alto punto
de ebullición que tienen un punto de ebullición por encima de
250ºC, preferiblemente en el intervalo de 270ºC a 370ºC. Tales
aceites son bien conocidos en la técnica y se describen
detalladamente en la patente U.S. nº. 4.443.348. Como se ha indicado
antes, y sin que ello signifique limitar la invención por razones
teóricas, se cree que el aceite de sellos minerales sirve para
proporcionar lubricación al cilindro superior y una oxidación
controlada cuando un combustible que contiene la composición de
aditivo para combustible de la presente invención se consume en un
motor diesel.
Otro componente empleado en la formulación de la
composición de aditivo para combustible de la presente invención
se conoce como sustancia mineral volátil, otro término bien conocido
descrito en la patente U.S. nº. 4.443.348. El término "sustancia
mineral volátil" cubre fracciones de petróleo de bajo punto de
ebullición, una temperatura de como mínimo 150ºC y,
preferiblemente, a una temperatura en el intervalo de 150ºC a 400ºC.
De nuevo, y sin que ello signifique limitar la invención por
razones teóricas, se cree que el componente sustancia mineral
volátil de la composición de tratamiento de la presente invención
actúa, al menos en parte, para controlar la combustión del
combustible diesel con el que se combina el aditivo.
Otro componente usado en la práctica de la
presente invención es un alquilenglicol éter, que incluye tanto
etilenglicol éteres como propilenglicol éteres. En la práctica de la
presente invención los éteres preferidos son los que tienen la
fórmula estructural siguiente:
R_{1}-O
\abrecg CH_{2}-CH_{2}-(CH_{2})_{x}
\cierracg{n}O-R_{2}
en la que R_{1} es un grupo
alquilo que contiene de 2 a 6 átomos de carbono_{ }(por
ejemplo, los grupos propilo, butilo, isobutilo, pentilo y hexilo),
R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo que contiene de 2 a 6
átomos de carbono, x es 0 o 1 y n es 0 o un número entero de 1 a 3.
En la práctica de la invención se pueden usar una variedad de
éteres, incluidos etilenglicol propil éter, propilenglicol monoetil
éter, etilenglicol butil etil éter, etc. El éter preferiblemente
empleado en la práctica de la presente invención es etilenglicol
monobutil
éter.
La composición de aditivo para combustibles de
la presente invención se formula análogamente para incluir como
mínimo un tensoactivo no iónico líquido seleccionado entre
tensoactivos de alcoholes etoxilados y tensoactivos aromáticos
sustituidos oxigenados. En el primer grupo, los alcoholes etoxilados
derivan de alcoholes C_{5-18} que contienen de 1
a 10 grupos etoxilados unidos a ellos. Por ejemplo, se puede hacer
uso de alcoholes decílicos etoxilados como tensoactivos. Del último
grupo, se puede hacer uso de compuestos fenólicos sustituidos
oxigenados que contienen de 12 a 30 átomos de carbono por
molécula.
Se cree, sin que ello signifique limitar la
invención por razones teóricas, que el tensoactivo y el éter (que
actúa como agente de acoplamiento) cooperan mutuamente para
minimizar los efectos del agua contenida en el combuistible diesel
durante el proceso de combustión. En la práctica preferida de la
presente invención, el tensoactivo es como mínimo un compuesto que
tiene la fórmula:
en la que R_{3} es un grupo
alquilo de cadena larga y, preferiblemente, uno que contiene de 6 a
12 átomos de carbono (por ejemplo, heptilo, octilo, nonilo, decilo,
etc.). R_{4} se selecciona entre el grupo constituido por
hidrógeno y alquilo inferior (por ejemplo, metilo, etilo, propilo) y
n es un número entero de 2 a 40. Frecuentemente se prefiere, en la
práctica de la presente invención, usar combinaciones de los
tensoactivos anteriores. Por ejemplo, es posible y a veces deseable
emplear un etoxilato cuyo R_{4} es alquilo inferior y/o un
compuesto etoxilado en el que R_{4} es hidrógeno. Tales
tensoactivos son adquiribles comercialmente bajo la marca TERGITOL
y otras. Por ejemplo, el TERGITOL NP- 4 es un nonilfenol
polietoxilato, mientras que el TERGITOL NP-9 es un
nonilfenol polietilenglicol éter. Se ha encontrado que se consiguen
resultados particularmente eficaces para reducir emisiones de
hidrocarburos cuando se usan en combinación mutua TERGITOL
NP-4 y TERGITOL
NP-9.
La composición de aditivo para combustibles de
la presente invención se puede formular también con otros
componentes que no afectan materialmente a la composición. Por
ejemplo, frecuentemente es deseable formular la composición de
manera que contenga un colorante para que los operarios que trabajan
con la composición puedan distinguir entre la composición de
aditivo y otros productos de petróleo. Se ha encontrado que se puede
usar un colorante azul para distinguir la composición de aditivo
cuando se desee hacerlo.
La composición de la presente invención es algo
sensible a variaciones de la cantidad de los diversos componentes
empleados. Generalmente, el aceite de sellos minerales constituye de
aproximadamente 5 a aproximadamente 15 partes en peso de la
composición de aditivo, mientras que la sustancia mineral volátil,
cuando está presente, típicamente representa de aproximadamente 40
a aproximadamente 60 partes en peso de la composición. El glicol
éter debe emplearse en una cantidad dentro del intervalo de
aproximadamente 20 a aproximadamente 40 partes en peso de la
composición; la cantidad total de tensoactivo debe estar en el
intervalo entre aproximadamente 2 y 15 partes en peso de la
composición.
Generalmente, la composición de aditivo de la
presente invención se prepara por técnicas convencionales. Por lo
general se prefiere mezclar la sustancia mineral volátil con el
aceite de sellos minerales durante aproximadamente
0,5-20 minutos para asegurar uno mezcla homogénea de
esos dos componentes. Después se añade el glicol éter a la
composición y luego se añade el tensoactivo, que seguidamente se
mezcla. Cuando se usa un colorante compatible, el colorante se usa
en cantidad suficiente para impartir un color uniforma a la
composición. Típicamente, se puede usar un colorante azul en una
cantidad en el intervalo de 2,8 a 142 g por cada 1.135 l de la
composición de aditivo del combustible.
Se ha encontrado que la composición de aditivo
para combustible de la presente invención es particularmente útil
en el tratamiento de combustibles para motores diesel. En el
tratamiento de tales combustibles diesel, es suficiente mezclar el
aditivo con el combustible en una cantidad suficiente para reducir
la contaminación y las emisiones generadas en la combustión del
combustible con el que se ha mezclado el aditivo. Por lo general,
la cantidad de aditivo empleada varía de aproximadamente 0,005 a
aproximadamente 0,1 partes en volumen de aditivo por una parte en
volumen del combustible diesel. Como lo apreciarán los expertos en
la técnica, la cantidad de aditivo para combustible empleada varía,
en cierta medida, con la naturaleza y calidad del combustible para
motores diesel con el que se mezcla.
Habiendo descrito los conceptos básicos de la
invención, se hace referencia ahora a los ejemplos siguientes, que
se proporcionan a modo de ilustración de la práctica de la invención
en cuanto a la formulación de la composición de aditivo para
combustible y su uso en el tratamiento de combustibles líquidos de
hidrocarburos.
Se mezclan 12 partes en peso de aceite de sellos
minerales con 48 partes en peso de sustancia mineral volátil y la
mezcla resultante se mezcla durante aproximadamente 5 minutos para
asegurar una mezcla uniforme. Después se añaden a la mezcla 32
partes en peso de etilenglicol butil éter y se agita. Finalmente se
añaden 7 partes en peso de TERGITOL NP-9 y se
mezcla la totalidad durante 10 minutos a temperatura ambiente.
Resulta así un aditivo para combustible que tiene la siguiente
composición:
Se ensayó la composición anterior con
combustible para motores diesel y se encontró que disminuyeron
espectacularmente los contaminantes emitidos durante la
combustión.
Se preparó la composición siguiente usando el
procedimiento descrito en el Ejemplo 1.
Después de haberse preparado la composición, se
añade un colorante azul. Cuando se mezcló con el combustible diesel
la composición de aditivo para combustible de la presente invención,
se encontró que disminuía espectacularmente los contaminantes
emitidos del combustible diesel.
Se preparó luego la composición siguiente usando
el procedimiento descrito en el Ejemplo 1.
Después de haberse preparado la composición, se
añade un colorante azul. Cuando se mezcló con el combustible diesel
la composición de aditivo para combustible de la presente invención,
se encontró que disminuía espectacularmente los contaminantes
emitidos del combustible diesel.
Claims (10)
1. Una composición de un aditivo para
combustibles de motores diesel, que comprende de 5 a 15 partes en
peso de aceite de sellos minerales, de 40 a 60 partes en peso de
sustancia mineral volátil, de 20 a 40 partes en peso de un
alquilenglicol alquil éter y de 2 a 15 partes en peso de al menos un
tensoactivo no iónico líquido seleccionado entre tensoactivos de
alcohol etoxilado y tensoactivos aromáticos sustituidos oxigenados,
caracterizada porque la sustancia mineral volátil es una
fracción de petróleo que tiene un punto de ebullición en el
intervalo de 150 a 400ºC.
2. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que el aceite de sellos minerales es un
destilado de petróleo que tiene un punto de ebullición por encima de
250ºC.
3. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 2, en la que el aceite de sellos minerales tiene un
punto de ebullición en el intervalo de 270ºC a 370ºC.
4. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el alquilenglicol alquil
éter tiene la fórmula general:
R_{1}-O-[-CH_{2}-CH_{2}-(CH_{2})_{x}]_{n}-O-R_{2}
en la que R_{1} es un grupo
alquilo que contiene de 2 a 6 átomos de carbono, R_{2} es
hidrógeno o un grupo alquilo que contiene de 2 a 6 átomos de
carbono, x es 0 o 1 y n es un número entero de 1 a
3.
5. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el alquilenglicol alquil
éter tiene la fórmula general:
HO-CH_{2}-CH_{2}-O-R_{5}
en la que R_{5} es un grupo
alquilo que contiene de 3 a 6 átomos de
carbono.
HO-CH_{2}-CH_{2}-O-R_{5}
6. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 5, en la que el alquilenglicol alquil éter es
etilenglicol monobutil éter.
7. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el tensoactivo tiene la
fórmula general:
en la que R_{3} es alquilo
C_{6-12}, R_{4} es hidrógeno o alquilo
C_{1-3} y n es un número entero de 2 a
12.
8. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 7, que incluye dos tensoactivos del tipo indicado, en
uno de los cuales R_{4} es hidrógeno y en el otro R_{4} es
alquilo C_{1-3}..
9. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 8, que incluye dos tensoactivos, de los que uno es
un nonilfenol polietoxilato y el otro es un nonilfenol
polietilenglicol éter.
10. Una composición de combustible para un motor
diesel, que comprende un combustible diesel y una composición de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en cantidad
suficiente para reducir la contaminación emitida durante la
combustión del combustible para motores diesel.
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