ES2842451T3

ES2842451T3 - Una composición de biodiésel de multicomponente

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Publication number: ES2842451T3
Application number: ES17821964T
Authority: ES
Inventors: Ulla Kiiski; Markku Kuronen; Kalle Lehto; Tuukka Hartikka
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: EP3555240B1; BR112019012496A2; EP3555240A1; BR112019012496B1; FI127887B; CN110088249B; FI20165985L; US11319500B2; US20210292669A1; CA3046881C; WO2018115574A1; CN110088249A; CA3046881A1

Abstract

Una composición de combustible que comprende a. un componente diésel fósil b. un componente oxigenado de un 10 % en volumen a un 40 % en volumen, preferentemente de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen del volumen total de la composición de combustible, en donde i. dicho oxigenado tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol, y ii. dicho oxigenado es de estructura R1-O-R2 (fórmula 1), en la que R1 y R2 son iguales o diferentes y están seleccionados entre grupos alquilo C1-C15, c. un componente diésel parafínico renovable en una cantidad de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen, preferentemente de un 15 a un 20 % en volumen del volumen total de la composición de combustible, en el que la cantidad de suma de dicho componente de oxigenado y dicho componente diésel parafínico renovable es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

Description

DESCRIPCIÓN

Una composición de biodiésel de multicomponente

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con el campo de las composiciones diésel y con la fabricación de una composición diésel que tiene propiedades mejoradas. De manera más específica, está relacionada con composiciones diésel que comprenden al menos tres componentes, un componente diésel fósil, un componente diésel parafínico renovable y un oxigenado, que proporciona beneficios con respecto a las emisiones diésel. También está relacionada con un método para producir dichas composiciones. Además, está relacionada con el uso de una combinación de un componente diésel parafínico renovable y un oxigenado como componentes de mezcla combustible en un combustible fósil.

Antecedentes

Los oxigenados se han estudiado como componentes diésel para combustibles fósiles, antes de que creciera el interés de los diésel renovables. Normalmente, una mejora lograda con un oxigenado en una de las características del diésel, por ejemplo un mayor número de cetano, mejores propiedades en frío o menores emisiones, se ve comprometida por un déficit en otra. Por ejemplo, se ha comprobado que determinados éteres combinados con el diésel fósil reducen las emisiones de materia particulada (PM), pero dicha ventaja se ve amenazada por un aumento de las emisiones de NO^x.

Por otro lado, recientemente la normativa y preocupación por el medio ambiente han favorecido el uso de combustibles renovables. Los oxigenados se han estudiado como componentes de diésel renovable o biodiésel. La publicación WO2012074925 prevé una composición que comprende un diésel renovable, que se denomina RHE y oxigenados. Ambos componentes se comentan de forma muy general. Como posibles oxigenados, se comentan ésteres, éteres y/o semiacetales que comprenden alcoholes, polioles o combinaciones de los mismos. Sin embargo, en la parte experimental, no se llevan a cabo ensayos reales. La publicación WO2012074925 también lista diversas referencias para medir técnicas y el posible rendimiento de las mismas.

La publicación EP1398364 reivindica una composición que comprende un 0,1- 99 % de componente diésel parafínico, un 0 - 20 % de compuesto que contiene oxígeno y el resto puede ser un diésel basado en crudo de petróleo normal. Dicho componente que contienen oxígeno puede estar seleccionado entre alcoholes alifáticos, éteres, ésteres de ácidos grasos, agua o mezclas de los mismos. Se caracterizó una mezcla de un 40 % de combustible diésel fósil y un 60 % de ácidos grasos de aceite de sebo hidrogenado e isomerizado (TOFA). En otro ejemplo, se comparó una mezcla 70/30 de combustible diésel fósil y un éster con otra mezcla, 70/30, de diésel fósil y TOFA, que mostró cómo el éster pareció afectar a un aumento de las emisiones tanto de NO^xcomo de PM. Se obtuvo el resultado deseado en cuanto a menores emisiones únicamente por parte de la mezcla de dos componentes de diésel fósil y TOFA hidrogenado e isomerizado. No se presentaron resultados de las mezclas que comprenden tres componentes.

De este modo, existe una demanda de proporcionar composiciones de combustible diésel adicionales que comprenden oxigenados al tiempo que se reducen los efectos nocivos normalmente relacionados con las mismas.

Sumario

Según un primer aspecto de la invención se proporciona una composición diésel que comprende:

a) un componente diésel fósil

b) un componente oxigenado de un 10 % en volumen a un 40 % en volumen, preferentemente de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen del volumen total de la composición de combustible, en la que

i. dicho oxigenado es un monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol, y

ii. dicho oxigenado es de estructura

R¹-O-R²(fórmula 1),

en la que Rⁱy R²son iguales o diferentes y están seleccionados entre grupos alquilo C¹-C¹⁵, y

c) un componente diésel parafínico renovable de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen del volumen total de la composición de combustible,

en el que la suma de dicho componente de oxigenado y dicho componente diésel parafínico es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

En contra de las expectativas, se ha comprobado que las composiciones que contienen diésel parafínico renovable de un 10 a un 30 %, un componente oxigenado de fórmula 1 de un 10 a un 40 % y diésel fósil, reducen las emisiones de PM. Sin el deseo de quedar ligado a teoría alguna, se considera que la reducción sorprendente de las emisiones de PM con esta mezcla específica se debe al efecto sinérgico del componente diésel parafínico renovable y el componente oxigenado presente en dicha composición.

Según una realización preferida, una composición comprende combustible diésel parafínico renovable de un 10 a un 30 % en volumen, un componente de oxigenado de monoéter de un 10 - 40 % y diésel normal (fósil) de un 30 a un 74 % en volumen, en la que el componente diésel parafínico renovable se produce por medio de un proceso de hidrogenación de aceite vegetal, grasa animal, grasa de pescado, aceite de pescado, aceite de algas, aceite microbiano y/o madera y/u otro aceite vegetal así como también residuos reciclables y/o residuos o una combinación de los mismos, o preferentemente por medio de un proceso de hidrodesoxigenación-isomerización de los mismos, que se ha comprobado que tiene excelente rendimiento en los experimentos de emisiones. Sin pretender quedar ligado a teoría alguna, los resultados indican que el perfil característico de parafina del componente de diésel parafínico renovable actúa de forma sinérgica con el monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol proporcionando un efecto beneficioso en el número de cetano en las mezclas de combustible.

De manera ventajosa, el componente de oxigenado está seleccionado para proporcionar las características deseadas a la mezcla. Los monoéteres estudiados por sus propiedades en las mezclas mostraron cierta variabilidad como número de cetano y propiedades en frío. Dependiendo de las características diésel deseadas, se podrían hacer elecciones entre los monoéteres. Los monoéteres de cadena lineal simétrica o asimétrica proporcionan un aumento del número de cetano además de los efectos de emisión deseados. Según los resultados inesperados en los ensayos de emisión, el oxigenado más preferido es di-n-pentil-éter (DNPE).

La ventaja de la composición novedosa es que la mezcla puede disminuir las emisiones de materia particulada (PM) sin penalizar las emisiones de NOx. Generalmente se sabe que los oxigenados, tales como éteres pueden disminuir las emisiones de PM del diésel normal, pero simultáneamente aumentar las emisiones de NOx. El diésel parafínico es capaz de reducir las emisiones de PM de manera significativa sin comprometer la ventaja de emisiones de NOX mucho mayores.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para producir combustible de mezcla, en el que el componente diésel parafínico renovable se produce a partir de una materia prima renovable por medio de un proceso seleccionado entre

a) hidrogenación o desoxigenación de aceite vegetal, grasa animal, grasa de pescado, aceite de pescado, aceite de algas, aceite microbiano y/o madera y/u otro aceite vegetal así como también residuos reciclables y/o residuos o una combinación de los mismos, para obtener una fracción de hidrocarburo C⁹-C²⁴parafínico, que opcionalmente se somete a isomerización, o

b) gasificación de biomasa para producir gas de síntesis y producción de parafinas a partir de dicho gas de síntesis por medio de síntesis de Fischer-Tropsch para obtener una fracción de hidrocarburos C⁹-C²⁴parafínicos, o

c) una combinación de los mismos,

y mezclar el componente diésel parafínico renovable obtenido de este modo, con otro componente oxigenado de monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol; y con un componente de diésel fósil para obtener una composición diésel como se ha descrito con anterioridad.

Según el tercer aspecto, en la presente memoria se proporciona el uso de un oxigenado de monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol y diésel renovable como componentes de mezcla de combustible en un componente diésel para obtener una composición de combustible, en el que la composición de combustible total comprende de un 10 % en volumen a un 40 % en volumen de oxigenado de monoéter, y de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen de diésel parafínico renovable y la suma de dicho componente oxigenado y dicho componente diésel parafínico renovable es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen, en el que el % en volumen se calcula del volumen total de la composición de combustible.

Una ventaja lograda por la presente composición de combustible, método y uso es la disminución de las emisiones de PM. Como se evidencia en los ejemplos, el contenido de oxigenado de las composiciones de combustible se podría incrementar con una composición que contenga dichos componentes en dichas proporciones, pero las emisiones de PM disminuyen significativamente mientras que las emisiones de NO^xpermanecen prácticamente iguales o aumentaron significativamente menos de lo esperado. Se apreció el efecto ventajoso en particular en mezclas que comprenden combustible fósil.

Según un aspecto adicional, en la composición o el uso del componente oxigenado o la materia prima de los mismos, procede de biomasa, de modo que se puede considerar un componente renovable. Junto con el componente diésel parafínico renovable contribuye al porcentaje de componentes, no fósiles renovables de la composición total de combustible.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 muestra los resultados de emisión en comparación con un combustible de referencia para mezclas que comprenden diferentes proporciones de un oxigenado, componente diésel parafínico renovable y componente diésel fósil calculado como promedio de todos los puntos medidos. Se midió una disminución significativa de las emisiones de PM para combustibles según las presentes reivindicaciones.

Descripción detallada

Una composición de combustible tal y como se usa en la presente memoria se refiere a un combustible que cumple con las normas. Las proporciones de los componentes se comentan en la presente memoria como porcentajes del volumen total de la composición de combustible.

En el contexto de la composición de combustible, la cantidad en suma del componente oxigenado como se define en la reivindicación 1 y dicho componente de diésel parafínico renovable es de especial interés. En el contexto de las mezclas diésel, se puede considerar como los componentes de mezcla más relevantes para el diésel fósil, cuya cantidad en suma es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

Según una realización preferida, en la que el componente de oxigenado consiste en éteres procedentes de fuentes renovables, es decir biomasa, la cantidad en suma de dicho oxigenado y dicho diésel parafínico renovable ajusta también la cantidad de componentes renovables o biocomponentes de la composición total de combustible, variando de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible

Los parámetros medidos en la presente memoria comprenden características tanto físicas como químicas de combustible diésel así como también análisis que se refieren a combustión en un motor diésel y las emisiones procedentes del mismo. Las emisiones comunes incluyen hidrocarburos no quemados (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) o materia particulada (PM). Las emisiones se regulan por medio de normas variables que dependen de las geografías, acuerdos internacionales, tipos de motor etc. Los efectos obtenidos en la presente memoria no dependen de una norma específica, sino que evidencia una disminución frente a un combustible de referencia para el cual se llevaron a cabo los experimentos exactamente de la misma manera.

COMPONENTE DIÉSEL PARAFÍNICO RENOVABLE

El componente diésel parafínico renovable hace referencia en la presente memoria a hidrocarburos parafínicos, nparafinas o una mezcla de parafinas de cadena lineal o ramificada, procedentes de biomasa. Predominan dos enfoques, hidrotratamiento de aceites o grasas de origen biológico o combustibles formados por medio de síntesis de Fisher-Tropsch de biomasa gasificada (BTL).

Se aprecia que las parafinas existen también en los combustibles diésel fósiles que adicionalmente contienen cantidades significativas de sustancias aromáticas y nafténicas. El componente diésel parafínico renovable está prácticamente exento de sustancias aromáticas y tiene propiedades bastante similares a combustibles diésel GTL y BTL preparados por medio de síntesis de Fischer-T ropsch a partir de gas natural y biomasa gasificada.

GTL

Gas a líquido, GTL, es un combustible procedente de Fischer-Tropsch que tienen un punto de turbidez similar al combustible procedente del hidrotratamiento de triglicéridos, ácidos grasos o derivados de ácido graso. GTL se caracteriza por una distribución amplia de hidrocarburos parafínicos dentro del intervalo C⁹-C²⁴. GTL tiene normalmente un número de cetano dentro del intervalo de 73-81.

BTL

Cuando el gas de síntesis usado en el proceso de Fischer-Tropsch se origina a partir de la gasificación de biomasa, el proceso se puede denominar "biomasa a líquido", "BTL". La distribución amplia de hidrocarburos n-parafínicos dentro del intervalo de C⁹-C²⁴se puede obtener, incluso aunque la selección de una fracción o fracciones pudiera ser más específica. En una realización, se puede someter un producto o parte del mismo a isomerización, en el que las n-parafinas se convierten al menos parcialmente en parafinas de cadena ramificada, es decir, se isomerizan.

Componente diésel parafínico renovable hidrotratado

El componente diésel parafínico renovable hidrotratado se puede obtener por medio de hidrotratamiento de aceite vegetal, grasa animal, grasa de pescado, aceite de pescado, aceite de algas, aceite microbiano y/o madera y/u otro aceite vegetal así como también residuos reciclables y/o residuos o una combinación de los mismos. "Aceite vegetal hidrotratado" o "Aceite vegetal hidrogenado" son expresiones comunes usadas durante la última década cuando únicamente se usaban aceites vegetales como materias primas. Actualmente, se produce más y más diésel parafínico renovable por medio de hidrotratamiento a partir de residuo y fracciones de grasa residuales procedentes de la industria alimentaria, pescado o mataderos, así como también a partir de fracciones de aceite vegetal de calidad no alimentaria.

En una realización, el componente diésel parafínico no renovable comprende diésel renovable hidrotratado, o consiste en diésel renovable hidrotratado. Normalmente, el hidrotratamiento produce combustibles destilados medios de base biológica. El diésel renovable hidrotratado es distinto del "bio-diésel" que es un término reservado para los ésteres metílicos de ácido graso (FAME). Los aceites vegetales químicamente hidrotratados son mezclas de hidrocarburos parafínicos y tienen una cantidad muy baja de azufre y sustancias aromáticas. Las propiedades en frío del diésel parafínico renovable hidrotratado se pueden mejorar para cumplir cualesquiera requisitos locales, aumentando la cantidad de i-parafinas mediante el control de los parámetros de proceso o mediante procesado catalítico adicional.

En una realización, el componente diésel parafínico renovable de la composición de combustible comprende aceite vegetal hidrotratado, grasa animal hidrotratada, grasa de pescado hidrotratada, aceite de pescado hidrotratado, aceite de algas hidrotratado, aceite microbiano hidrotratado, madera hidrotratada y/u otro aceite de base vegetal, residuo reciclable hidrotratado y/o residuo o una combinación de los mismos. En una realización preferida, dicho componente diésel parafínico renovable consiste en aceite vegetal hidrotratado, madera hidrotratada y/u otro aceite de base vegetal, grasa animal hidrotratada, aceite y grasa de pescado hidrotratada, aceite de algas hidrotratado, aceite microbiano hidrotratado, residuo reciclable hidrotratado, residuo reciclable hidrotratado y/o una combinación de los mismos.

En una realización, en el componente diésel parafínico renovable hidrotratado la cantidad de los componentes parafínicos dentro del intervalo de un número de carbono de C¹⁵-C¹⁸es de al menos un 70 % en volumen, más preferentemente más de un 80 % en volumen, lo más preferentemente más de un 90 % en volumen. Cuando se usa un componente diésel parafínico renovable hidrotratado que tiene dicho perfil de componente parafínico, se obtiene una composición de combustible de mayor número de cetano.

En una realización, la cantidad de componentes parafínicos en el componente diésel parafínico renovable hidrotratado dentro del intervalo de número de carbono de C³-C¹⁴es menor de un 25 % en volumen, tal como menor de un 20 % en volumen, menor de un 10 % en volumen o menor de un 7 % en volumen. Opcionalmente, en el componente diésel parafínico renovable hidrotratado, la cantidad de los componentes parafínicos dentro del intervalo de un número de carbono de C¹⁹-C²⁴es menor de un 25 % en volumen, tal como menor de un 20 % en volumen, menor de un 10 % en volumen o menor de un 5 % en volumen.

En una realización, el componente diésel parafínico renovable consiste en un componente diésel parafínico renovable que tiene un número de cetano de al menos 70, preferentemente de al menos 75. Mediante el uso del componente diésel parafínico renovable que tiene un elevado número de cetano, una menor adición de componente diésel parafínico renovable y un oxigenado de monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol proporciona un mayor número de cetano en una mezcla que comprende un componente diésel fósil y una disminución de las emisiones de PM.

En una realización, el contenido del componente diésel parafínico renovable hidrotratado en la composición de combustible total está dentro del intervalo de un 10-30 % en volumen. En una realización, el contenido del componente diésel parafínico renovable hidrotratado en la composición de combustible es de un 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 o 30 % en volumen.

En una realización, los ácidos grados o los triglicéridos se hidrogenan en primer lugar hasta n-parafinas y las nparafinas se convierten a continuación, al menos parcialmente, en parafinas de cadena ramificada, es decir, se isomerizan.

MONOÉTER

El componente de éter contribuye a la composición de combustible en forma de oxigenado. Generalmente, los oxigenados usados en los combustibles incluyen diversos alcoholes, éteres, ésteres y carbonatos. Sin embargo, debido a que los hidrocarburos que comprenden oxígeno es un grupo de sustancias químicos muy amplio y versátil, los diferentes oxigenados contribuyen a diferentes propiedades de diésel y con frecuencia se puede evitar el intercambio con otros.

Para ser compatible y soluble con diésel, el oxigenado está seleccionado entre monoéteres que tienen una masa molar de 128 a 300 g/mol, preferentemente de 150 a 250 g/mol, y más preferentemente de 150 a 190 g/mol. Este intervalo de masa molar presenta la mejor compatibilidad con diésel. Monoéter hace referencia a un compuesto que comprende únicamente una funcionalidad de éter. Dichos monoéteres se pueden caracterizar por una fórmula R¹-O-R², en la que Rⁱy R²son iguales o diferentes y están seleccionados entre alquilos C¹-C¹⁵de cadena lineal o ramificada, también conocidos como n-alquilos C¹-C¹⁵e i-alquilos, respectivamente.

Los éteres apropiados para la presente composición diésel comprenden monoéteres simétricos o asimétricos. En el contexto de la presente composición de combustible, el componente de oxigenado puede comprender sustancialmente un monoéter o una mezcla de monoéteres dentro de la definición anterior.

Según una realización, Rⁱy R²están seleccionados entre alquilos C¹-C¹⁵de cadena lineal, también conocidos como n-alquilos C¹-C¹⁵. Los éteres de cadena lineal tienen propiedades de ignición mejores que el diésel fósil típico como tal. Se sabe que los éteres de cadena lineal que tienen un número total de carbono de al menos 10 tienen excelentes propiedades como componentes diésel.

Preferentemente, el oxigenado usado en la presente memoria comprende monoéteres simétricos de cadena lineal, en los que la fórmula 1 es R¹-O-R¹. Dichos monoéteres comprenden compuestos conocidos por tener un elevado número de cetano, tal como di-n-pentil-éter (DNPE), di-n-hexil-éter (DNHE), di-n-heptil-éter (DNHpE), di-n-octil-éter (DNOE), di-n-nonil-éter (DNNE) y di-n-decil-éter (DNDE). Además, la producción de monoéteres simétricos procedentes de un alcohol únicamente proporciona ventajas tales como no-complejidad y rentabilidad. Se usó DNPE como oxigenado en los presentes experimentos y proporcionó una disminución inesperada de las emisiones de NOx como cierta mezcla con combustible fósil y componente diésel renovable. Los monoéteres simétricos de fórmula R¹-O-R¹se pueden producir según métodos conocidos. Normalmente, los éteres simétricos se pueden preparar a partir de sus correspondientes alcoholes sobre catalizadores ácidos. A altas temperaturas, también se conocen las reacciones catalizadas por óxido de aluminio.

Los monoéteres de cadena lineal asimétrica, es decir, los éteres según la fórmula R¹-O-R², en la que Rⁱy R²son ambos alquilos C¹-C¹⁵de cadena lineal pero diferentes en cuanto a longitud de la cadena carbonada, se pueden producir por medio de procesos convencionales bien conocidos. Un ejemplo bien conocido es la reacción de un haluro de alquilo con un alcóxido de sodio, por medio de síntesis de éter de Williamson. Los monoéteres asimétricos apropiados comprenden los de elevado número de cetano dentro de un intervalo especificado de masa molecular. Los monoéteres de cadena lineal asimétrica pueden estar seleccionados entre compuestos según las especificaciones anteriores, tales como éter etil-dodecílico, éter etil-undecílico, éter etil-decílico, éter etil-nonílico (ENE), éter etil-octílico, éter propil-dodecílico, éter propil-undecílico, éter propil-decílico, éter propil-nonílico, éter propil-octílico, éter propilheptílico, éter butil-dodecílico, éter butil-undecílico, éter butil-decílico (BDE), éter butil-nonílico, éter butil-heptílico, éter butil-hexílico, éter pentil-dodecílico, éter pentil-undecílico y éter pentil-decílico (PDE), éter pentil-nonílico, éter pentiloctílico, éter pentil-heptílico o éter pentil-hexílico.

Se prefieren los monoéteres que comprenden alquilos de cadena carbonada lineal, ya que proporcionan mejor número de cetano a las mezclas que los monoéteres que comprenden una cadena carbonada ramificada.

El componente oxigenado puede estar seleccionado entre monoéteres ramificados asimétricos, es decir, éteres según la fórmula R¹-O-R², en la que Rⁱy R²son alquilos C¹-C¹⁵diferentes y al menos uno de los cuales es ramificado. Dentro del intervalo de masa molar de 128 a 300 g/mol, dichos éteres comprenden entre otros, éteres que comprenden tercbutilo como una de las cadenas carbonadas, es decir, como Rⁱo R², tal como éter octil-terc-butílico (OTBE), éter dodecil-terc-butílico (DOTBE) y éter etil-hexil-terc-butílico (EHTBE). Preferentemente, el intervalo de masa molar es de 150 a 190 g/mol.

Según otra realización, el componente oxigenado puede estar seleccionado entre monoéteres ramificados simétricos, es decir, éteres según la fórmula Rⁱ-O-R², en la que Rⁱy R²son alquilos Cⁱ-C ^{i 5}iguales y ramificados. Un ejemplo de monoéteres simétricos ramificados dentro del intervalo comprende es decir, éter di-etilhexílico (DEHE).

Según una realización, el componente oxigenado de la composición comprende un oxigenado renovable, preferentemente el componente oxigenado consiste en oxigenado renovable. Los oxigenados se pueden producir seleccionando los materiales de partida, normalmente alcoholes, que se originan entre biomasa o corrientes residuales de biomasa. Cuando el componente de oxigenado procedente de biomasa, se puede clasificar como renovación y, con ello, contribuye a la cuota total de componentes de renovación de la composición. En tal caso, la suma de los componentes renovables, es decir, la suma del oxigenado renovable y el diésel renovable es de un 26 a un 70 % en volumen y preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

COMPONENTE DIÉSEL FÓSIL

El componente diésel fósil hace referencia a un componente o composición, que naturalmente aparece y procede de fuentes no renovables. Los ejemplos de dichos recursos no renovables incluyen crudo de petróleo/gas, aceite de esquisto/gas, gas natural o depósitos de carbón, y similares, y combinaciones de los mismos, incluyendo cualquier depósito rico en hidrocarburos que pueda utilizarse de fuentes terrestres/subterráneas. El término fósil también hace referencia a un material de reciclaje de fuentes no renovables.

En una realización, el componente diésel fósil es destilado medio fósil, preferentemente diésel fósil. En general, el combustible diésel es cualquier combustible líquido apropiado para el uso en motores diésel, donde la ignición de combustible tiene lugar sin chispa, como resultado de la compresión de la mezcla de aire de entrada y posterior inyección de combustible. El tipo más común de combustible diésel es un destilado fraccionado específico de combustible fósil, preferentemente de crudo de petróleo. Las características de destilación definen el modo en el que se evapora el combustible cuando se pulveriza en la cámara de combustión de un motor diésel. Las normas (por ejemplo, EN590) incluye información sobre las características de destilación típicas.

Para distinguir de los combustibles diésel alternativos no procedentes de petróleo, el diésel procedente de petróleo se denomina en la presente memoria diésel fósil. También se puede denominar, por ejemplo, petrodiésel, diésel mineral o destilado de petróleo. El diésel fósil puede comprender destilados de vacío o atmosféricos. El destilado puede comprender gasóleo craqueado o una mezcla de cualquier proporción de destilados craqueados por vía térmica o catalítica o de operación directa. El combustible destilado se puede someter a procesado adicional tal como tratamiento con hidrógeno u otros procesos para mejorar las propiedades del combustible. Normalmente, el diésel fósil comprende sustancias nafténicas en aproximadamente un 10-50 % en peso, sustancias monoaromáticas en aproximadamente un 5-30 % en peso, otras sustancias poliaromáticas en un 0-8 % en peso y parafinas en aproximadamente un 10-50 % en peso.

La presente composición de combustible diésel comprende un componente diésel fósil en un 30 % en volumen a un 74 % en volumen. El uso de un contenido de componente diésel fósil elevado resulta beneficioso, ya que el diésel fósil se conoce bien y es compatible con los motores diésel. Según una realización, la composición de combustible diésel comprende un componente de diésel fósil en una cantidad de un 50 % en volumen a un 70 % en volumen del volumen total de combustible.

La composición de combustible final puede contener aditivos de refinería y de rendimiento tales como aditivos de lubricidad, flujo en frío, antiestáticos y detergentes.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar varios aspectos de la presente invención. No se pretende limitar la invención, que se define por las reivindicaciones adjuntas.

Ejemplo 1. Experimentos de combustión

Método / Mediciones

Se llevaron a cabo ensayos de motor con un motor de ensayo de cilindro individual. Se analizaron cuatro combustibles de ensayo que tenían los mismos componentes en diferentes proporciones de mezcla. Se usó calidad de verano fósil EN 590 como combustible de referencia y representó el componente diésel fósil en las mezclas. El diésel parafínico renovable y un monoéter como oxigenado fueron los componentes adicionales. En el procedimiento de ensayo, se designa la matriz de ensayo para combinar dos velocidades y tres cargas por cada velocidad.

Para las mediciones de gases de escape, se usó un motor de ensayo de cilindro individual con tiempo y elevación de válvulas libre y parámetros de inyección completamente ajustables. También se pudieron ajustar la presión de los gases de escapa y la carga. Se midieron la presión del cilindro, el consumo de combustible y cuatro emisiones diferentes, CO, HC, NOx y partículas.

Se llevaron a cabo las mediciones de emisiones de masa particulada (PM) según ISO8178-1:2006.

Se usó un dispositivo automatizado de toma de muestra inteligente AVL SPC472 para las mediciones. Se tomó la muestra en el gas de escape de materia prima y se diluyó con un factor de dilución de 6. El tiempo de toma de muestra varió de 90 a 600 segundos dependiendo de la concentración de partículas y la disminución de presión del filtro de muestra. Se recogieron las muestras sobre filtros TX40HI20-WW Pallflex de 47 mm. El flujo del filtro se ajustó en 1,3 g/s (60 nl/minuto) y se mantuvo la temperatura del filtro entre 42-50 °C. Se pesaron los filtros de muestra antes y después de las mediciones en un espacio climático en el que se controlaron temperatura y humedad. Se usó un mínimo de 2 horas de tiempo de estabilización para los filtros antes de la pesada.

Se comprobó la calibración de flujo del Dispositivo Automatizado de Toma de Muestra Inteligente diariamente y se ajustó según necesidad. Durante la campaña de mediciones la demanda de ajustes fue despreciable. En cada medición, se recogieron 2-3 muestras puntuales. Se midió el combustible de referencia al comienzo y después de cada período de medición. La matriz de ensayo se proporciona en la tabla 1.

Tabla 1. Parámetros para los puntos de ensayo estudiados.

Resultados

Los resultados de PM medidos con combustible de referencia no se presentan solos, sino que se usan como nivel de referencia en la figura 1 que presenta el rendimiento global de diferentes composiciones de mezcla. Las composiciones exactas mostradas en la Figura 1 se recogen en la tabla 2. Los resultados finales se han calculado según ISO8178-1:2006. Los puntos individuales de carga/rpm no se presentan en este caso. En cambio, los promedios de cada mezcla se muestran en la figura 1.

La Figura 1 muestra que, de manera inesperada, las reducciones grandes de emisiones de PM se apreciaron con mezclas que comprendían un 20 % en volumen de DNPE y un 10 y un 30 % en volumen de componente diésel parafínico renovable en un 70 y un 50 % en volumen del componente diésel fósil, respectivamente. En comparación con el combustible fósil, la disminución de emisiones de PM más significativa fue más de un 20 % para la muestra 3 que comprendía un 20 % de DNPE, un 10 % del componente diésel parafínico renovable y el resto componente diésel fósil. La mezcla de un 10 % en volumen de DNPE, un 10 % en volumen de componente diésel parafínico renovable y un 80 % en volumen de componente diésel renovable (muestra 1, no según la presente invención) mostró un aumento de las emisiones de PM, pero sorprendentemente bajas emisiones de NOx.

También se aprecia, que puede existir oportunidad para reducciones adicionales de emisiones por medio de calibración del motor.

Conclusiones

Los resultados mostraron DNPE como un oxigenado de monoéter simétrico de cadena lineal que reduce las emisiones de materia particulada (PM). El componente diésel renovable redujo las emisiones tanto de PM como de NOx. El efecto sinérgico sorprendente con mezclas que comprenden tanto componente oxigenado como componente diésel renovable reduce las emisiones de PM considerablemente y al mismo tiempo, no aumentan las emisiones de NOx, sino que permanecen al mismo nivel que en el caso del combustible diésel fósil de referencia.

Las mezclas (combustibles 3 y 4) proporcionaron los mejores resultados de PM con penalización de NOx muy reducida. De acuerdo con estos ensayos un contenido más elevado de componente diésel renovable probablemente rebaja la emisión de NOx hasta el nivel de referencia.

Ejemplo 2: Ensayo de éter

Se sometieron a ensayo las características de diversos monoéteres, tanto simétricos como asimétricos, como mezclas que contenías de aproximadamente 1 a 2 % en peso en diésel fósil. El diésel fósil usado tanto diésel de referencia como base de mezcla varió ligeramente para diferentes series de experimentos (diésel fósil 2 y 3). Se estudiaron éteres de cadena tanto lineal como ramificada. Dependiendo de la longitud de cadena carbonada, se logró el contenido de oxígeno deseado con diferentes concentraciones en diésel. Se aplicaron métodos convencionales y los resultados se resumen en las tablas 3 y 4 (cadena lineal simétrica), tabla 5 (cadena lineal asimétrica) y tabla 6 (ramificada asimétrica).

Tabla 3. Características medidas para las mezclas de éter-diésel para monoéteres simétricos de cadena lineal según la invención.

Tabla 4. Características de monoéter simétrico de cadena lineal al unos valores referentes a la mezcla éter-diésel.

continuación

Tabla 5. Características medidas para mezclas de éter-diésel para monoéteres asimétricos de cadena lineal según la resente invención.

Todos los compuestos mencionados en este caso fueron solubles en combustible diésel. Durante el almacenamiento en frío, (aproximadamente -18 °C), no se apreció cristalización o separación de fases con ninguno de los éteres estudiados. Estos resultados junto con los parámetros de las tablas 2 y 3, indican que con estos éteres, se pueden obtener resultados de emisión similares a los logrados en el ejemplo 1 para las composiciones que comprenden diésel fósil, diésel renovable y un monoéter simétrico de cadena lineal, DNPe . Se puede deducir que los monoéteres que tienen masa molar dentro del intervalo de 128 a 300 g/mol tales como DNOE simétrico, DNDE, ENE asimétrico, BDE y PDE, se comportan de forma similar a DNPE en las mezclas diésel.

Tabla 6. Características medidas para mezclas de éter-diésel para monoéteres asimétricos de cadena ramificada se ún la resente invención.

Debido a que los diversos éteres listados en las tablas anteriores tienen un número de cetano mayor que el diésel, contribuyen a aumentar el número de cetano de las composiciones reivindicadas. Como otra ventaja, se puede concluir que con dichos éteres se requiere una menor relación de mezcla de componentes que contribuyen al número de cetano en las composiciones según las presentes composiciones con el fin de cumplir un número de cetano deseado. Además de cumplir los requisitos de número de cetano en EN590 y ASTM D975, resulta especialmente beneficioso en la producción de calidades de diésel superiores con mayor número de cetano. Basándose en este razonamiento, el componente oxigenado está seleccionado preferentemente entre el grupo de DNPE, DNOE, DNDE, BDE, DNHE y PDE.

A modo de resumen, los éteres sometidos a ensayo en cuanto a sus características de mezcla comprendieron éter din-decílico, éter di-n-octílico, éter di-n-pentílico, éter di-n-hexílico, éter etil-nonílico, éter butil-decílico, éter pentildecílico, éter octil-íerc-butílico, éter dodecil-terc-butílico, éter etil-hexil-terc-butílico. La descripción anterior ha proporcionado, a modo de ejemplos no limitantes de implementaciones y realizaciones particulares de la invención, una descripción completa e informativa del mejor modo contemplado actualmente por los inventores para realizar la invención. Además, algunas de las características de las realizaciones divulgadas anteriormente de la presente invención se pueden usar con la ventaja sin el uso correspondiente de otras características. Como tal, la descripción anterior se considerará meramente ilustrativa de los principios de la presente invención, y no como limitación de la misma. Además, el alcance de la invención solo está restringido por las reivindicaciones de patente adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición de combustible que comprende

a. un componente diésel fósil

b. un componente oxigenado de un 10 % en volumen a un 40 % en volumen, preferentemente de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen del volumen total de la composición de combustible, en donde

i. dicho oxigenado tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol, y

ii. dicho oxigenado es de estructura

R¹-O-R²(fórmula 1),

en la que Rⁱy R²son iguales o diferentes y están seleccionados entre grupos alquilo C¹-C¹⁵,

c. un componente diésel parafínico renovable en una cantidad de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen, preferentemente de un 15 a un 20 % en volumen del volumen total de la composición de combustible,

en el que la cantidad de suma de dicho componente de oxigenado y dicho componente diésel parafínico renovable es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

2. La composición según la reivindicación 1, en el que dicho componente oxigenado está seleccionado entre monoéteres de cadena lineal simétrica o asimétrica, que tienen una masa molar de 150 a 300 g/mol, preferentemente de 150 a 250 g/mol.

3. La composición según la reivindicación 1, en la que la cantidad del componente oxigenado es de aproximadamente un 20 % en volumen del volumen total de la composición de combustible.

4. La composición según la reivindicación 1, en la que dicho componente oxigenado está seleccionado de entre el grupo de éter di-n-nonílico, éter di-n-decílico, éter di-n-octílico, éter di-n-heptílico, éter din-pentílico, éter di-n-hexílico, éter etil-dodecílico, éter etil-undecílico, éter etil-decílico, éter etil-octílico, éter propil-dodecílico, éter propil-undecílico, éter propil-decílico, éter propil-nonílico, éter propil-octílico, éter propil-heptílico, éter butil-dodecílico, éter butilundecílico, éter butil-nonílico, éter butil-heptílico, éter butil-hexílico, éter pentil-dodecílico, éter pentil-undecílico, éter pentil-nonílico, éter pentil-octílico, éter pentil-heptílico o éter pentil-hexílico, éter etil-nonílico, éter butil-decílico, éter pentil-decílico, éter octil-tercbutílico, éter dodecil-terc-butílico, éter etil-hexil-terc-butílico, éter di-etil-hexílico y mezclas de los mismos.

5. La composición según la reivindicación 1, en la que dicho componente oxigenado está seleccionado entre monoéteres de cadena lineal simétrica o asimétrica, preferentemente dicho componente oxigenado comprende éter di-n-pentílico.

6. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho componente diésel parafínico renovable comprende hidrocarburos producidos a partir de biomasa con un proceso seleccionado entre gasificación de biomasa para producir gas de síntesis y la producción de parafinas a partir de dicho gas de síntesis por medio de síntesis de Fischer-Tropsch para obtener una fracción de hidrocarburo C⁹-C²⁴parafínico, hidrotratamiento de aceite vegetal, grasa animal, grasa de pescado, aceite de pescado, aceite de algas, aceite microbiano y/o madera y/u otro aceite vegetal así como también residuos reciclables y/o residuos o una combinación de los mismos, para obtener una fracción de hidrocarburo C⁹-C²⁴parafínico, opcionalmente seguido de isomerización, o una combinación de los mismos.

7. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho componente diésel parafínico renovable comprende aceite vegetal hidrotratado, madera hidrotratada y/u otro aceite de base vegetal, grasa animal hidrotratada, aceite y grasa de pescado hidrotratada, aceite de algas hidrotratado, aceite microbiano hidrotratado, residuo reciclable hidrotratado, residuo reciclable hidrotratado y/o una combinación de los mismos.

8. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en dicho componente diésel parafínico renovable la cantidad de hidrocarburos C¹⁵-C¹⁸parafínicos es de al menos un 70 % en volumen, más preferentemente al menos un 80 % en volumen, lo más preferentemente al menos un 90 % en volumen.

9. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en dicho componente diésel parafínico renovable la cantidad de componentes parafínicos en el intervalo de número de carbono C³-C¹⁴es menor de un 25 % en volumen, tal como menor de un 20 % en volumen, menor de un 10 % en volumen o menor de un 7 % en volumen.

10. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en dicho componente diésel parafínico renovable la cantidad de componentes parafínicos en el intervalo de número de carbono C¹⁹-C²⁴es menor de un 25 % en volumen, tal como menor de un 20 % en volumen, menor de un 10 % en volumen o menor de un 5 % en volumen.

11. Un método para producir una composición de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el componente diésel parafínico renovable se produce a partir de una materia prima renovable por medio de un proceso seleccionado entre

a. hidrogenación o desoxigenación de aceite vegetal, grasa animal, grasa de pescado, aceite de pescado, aceite de algas, aceite microbiano y/o madera y/u otro aceite vegetal así como también residuos reciclables y/o residuos o una combinación de los mismos, para obtener una fracción de hidrocarburo C⁹-C²⁴parafínico, que opcionalmente se somete a isomerización, o

b. gasificación de biomasa para producir gas de síntesis y producción de parafinas a partir de dicho gas de síntesis por medio de síntesis de Fischer-Tropsch para obtener una fracción de hidrocarburos C⁹-C²⁴parafínicos, o c. una combinación de los mismos,

y mezclar el componente diésel parafínico renovable obtenido de este modo, un componente oxigenado de monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol, y un componente diésel fósil.

12. Un método según la reivindicación 11, en la que la materia prima para el componente diésel parafínico renovable comprende aceite vegetal, madera y/u otro aceite de base vegetal, grasa animal, aceite y grasa de pescado, aceite de algas, aceite microbiano, residuo reciclable, residuo reciclable o una combinación de los mismos.

13. Uso de un componente oxigenado de monoéter que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol y un componente diésel parafínico renovable como componentes de mezcla de combustible al combustible fósil para reducir las emisiones de materia particulada, en el que la composición combustible total comprende un componente oxigenado de monoéter, que tiene una masa molar de 128 a 300 g/mol en una cantidad de un 10 % en volumen a un 40 % en volumen, preferentemente de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen y un componente diésel renovable en una cantidad de un 10 % en volumen a un 30 % en volumen, preferentemente de un 15 % en volumen a un 20 % en volumen y la cantidad de suma de dicho componente oxigenado y dicho componente diésel parafínico renovable es de un 26 a un 70 % en volumen, preferentemente de un 30 % en volumen a un 50 % en volumen del peso total de la composición de combustible.