JP2004518799A - 水性炭化水素燃料エマルジョンを製造するための連続プロセス - Google Patents
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Abstract
水性炭化水素燃料を、連続プロセスによって製造する。さらに、この連続プロセスは、少なくとも２つの乳化デバイスを連続して使用して、１．０ミクロン未満の平均直径を有する水性液滴を含む水性炭化水素燃料を製造する。本発明は、水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスに関し、このプロセスは、（１）液体炭化水素燃料および乳化剤を混合して、炭化水素燃料／添加剤混合物を形成する工程：（２）この炭化水素燃料／添加剤混合物を、剪断条件下で水と乳化させて、水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する工程であって、ここでこの乳化は少なくとも２つの乳化剤によって連続して達成される、工程、を包含する。
Description
【０００１】
本願は、米国特許出願０９／４８３，４８１（２０００年１月１４日出願）（これは、米国特許出願０９／３４９，２６８（１９９９年７月７日出願）の一部継続である、米国特許出願０９／３９０，９２５（１９９９年９月７日出願）の一部継続である）の一部継続である。これらの先願の開示全ては、その全体が本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、連続プロセスにより水性炭化水素燃料組成物を作製するためのプロセスに関する。より詳細には、本発明は、ディーゼル燃料またはガソリンの様な水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスに関する。
【０００３】
（発明の背景）
燃焼室内で燃料と混合した水を使用する内燃機関、特にディーゼル機関は、出力単位あたり低いＮＯｘ、炭化水素、および粒子状の排出物を生成し得る。窒素酸化物は、スモッグおよび汚染の原因となるので、環境的な問題である。政府の規制および環境問題は、機関からのＮＯｘの排出を減少する必要性に駆られている。
【０００４】
ディーゼル燃料機関は、燃焼の間に達成される比較的高い炎温度に起因して、ＮＯｘを生成する。ＮＯｘの生成の減少は、触媒コンバーターの使用、「クリーンな」燃料の使用、排気ガスの再循環および機関のタイミング変化を伴う。これらの方法は、代表的に、高価であるかまたは商業的な使用を複雑にする。
【０００５】
水は、燃焼に対して不活性であるが、最大燃焼温度が低くなるほど、粒子およびＮＯｘの形成が減少する。水が燃料に添加される場合、水はエマルジョンを形成し、そしてこれらのエマルジョンは一般に、不安定である。小さい粒子サイズの適切な燃料中水型エマルジョンを達成しそして維持することは困難である。連続的に作製され得、かつ貯蔵中に安定であり得る、安定な燃料中水型エマルジョンを作製することが有益である。
【０００６】
バッチブレンドプロセスよりも増加した処理量、増加した剪断効率、および費用効果に起因して、連続プロセスによって安定な燃料中水型エマルジョンを生成することが有益である。出願人は、小さい粒子サイズの安定な燃料中水型エマルジョンを作製するための連続プロセスを発見した。
【０００７】
本明細書中で使用する場合、用語「ＮＯｘ」とは、窒素酸化物である、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏまたはそれら２つ以上の混合物のいずれかをいう。用語「水性炭化水素燃料エマルジョン」および「水燃料エマルジョン」は、交換可能である。用語「水性炭化水素燃料」および「水燃料ブレンド」は、交換可能である。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスに関し、このプロセスは、（１）液体炭化水素燃料および乳化剤を混合して、炭化水素燃料／添加剤混合物を形成する工程：（２）この炭化水素燃料／添加剤混合物を、剪断条件下で水と乳化させて、水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する工程であって、ここでこの乳化は少なくとも２つの乳化剤によって連続して達成される、工程、を包含する。この水性炭化水素燃料エマルジョンは、連続した燃料相中に不連続な水相を含む。この不連続な水相は、水性炭化水素燃料エマルジョンが第２の乳化剤により処理される時点までに、１．０ミクロンの平均直径を有する水性液滴を含む。
【０００９】
この水炭化水素燃料エマルジョンは、水、燃料（例えば、ディーゼル、ガソリンなど）および乳化剤から構成される。乳化剤は、以下を含むが、これらに限定されない：（ｉ）少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの反応により作製される少なくとも１つの燃料可溶性生成物であって、このアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０〜約５００個の炭素原子を有する、燃料可溶性生成物；（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有するイオン性化合物または非イオン性化合物のうちの少なくとも１つ；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；または（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）と組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、硝酸エステル、ニトロアミン、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩からなる群から選択される水溶性化合物。
【００１０】
水炭化水素燃料エマルジョンは、必要に応じて、添加剤を含む。この添加剤としては、限定されないが、セタン向上剤、有機溶媒、不凍剤、界面活性剤、燃料におけるそれらの使用について公知の他の添加剤、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００１１】
本発明はさらに、水性炭化水素燃料を連続的に作製するための装置を提供し、この装置は、以下：少なくとも２つの乳化剤（連続して）；炭化水素燃料／添加剤混合物を含むタンク、または炭化水素燃料、乳化剤、添加剤、水、不凍剤もしくはそれらの組み合わせのための別個のタンク；この炭化水素燃料、添加剤および／または乳化剤を、このタンクから第１の乳化デバイスに移送するためのポンプおよび導管；水を、水供給源から第１の乳化デバイスに移送するための導管：水性炭化水素燃料エマルジョンを、第１の乳化デバイスから第２の乳化デバイスに移送するための導管；この水性炭化水素燃料エマルジョンを、第２の乳化デバイスから燃料貯蔵タンクに移送するための導管；この燃料貯蔵タンクから水性炭化水素燃料エマルジョンを分配するための導管；（ｉ）タンクから第１の乳化デバイスへの成分の移送、（ｉｉ）水供給源から第１の乳化デバイスへの水の移送、（ｉｉｉ）第１の乳化デバイスにおける炭化水素燃料／添加剤混合物と水との乳化、（ｉｖ）第１の乳化デバイスから第２の乳化デバイスの水性炭化水素燃料エマルジョンの移送、（ｖ）第２の乳化デバイスにおける炭化水素燃料エマルジョンのさらなる乳化、および（ｖｉ）第２の乳化デバイスから燃料貯蔵タンクへの水性炭化水素燃料エマルジョンの移送、を制御するためのプログラム可能制御装置；および（ｖｉｉ）このプログラム可能制御装置を制御するためのコンピューター、を備える。
【００１２】
一実施形態において、この連続プロセスのための装置は、自動的に作動するコンテナ移送型装置の形態である。このユニットは、その設置場所でプログラムされそして局所的にモニタリングされ得るか、またはこのユニットは、その設置場所から離れた位置からプログラムされそしてモニタリングされ得る。この水燃料ブレンドは、その設置場所で、最終消費者に分配される。このことは、本発明に従って調製された水性炭化水素燃料エマルジョンを広範な分布のネットワークにおける最終消費者に対して利用可能にする方法を提供する。
【００１３】
（好ましい実施形態の説明）
本明細書中で使用する場合、用語「ヒドロカルビル置換基」、「ヒドロカルビル基」、「ヒドロカルビルで置換された」、「炭化水素基」などは、分子の残部に直接結合した１つ以上の炭素原子を有し、炭化水素または主に炭化水素の特性を有する基をいうために使用される。例としては、以下が挙げられる：
（１）純粋な炭化水素基、すなわち、脂肪族基（例えば、アルキル、アルケニルまたはアルキレン）、および脂環式基（例えば、シクロアルキル、シクロアルケニル）、芳香族基、および芳香族置換芳香族基、脂肪族置換芳香族基および脂環式置換芳香族基、ならびに環式基（ここで環は分子の別の部分を介して完成される（例えば、２つの置換基が一緒になって脂環式基を形成する））；
（２）置換炭化水素基、すなわち、本発明の状況において、この基の主な炭化水素特性を変更しない非炭化水素基（例えば、ハロ、ヒドロキシ、アルコキシ、メルカプト、アルキルメルカプト、ニトロ、ニトロソおよびスルホキシ）を含む炭化水素基；
（３）ヘテロ置換炭化水素基、すなわち、本発明の状況において、主な炭化水素特性を有しつつ、環内またはそうでなければ炭素原子からなる鎖内に炭素以外の原子を含む置換基を含む、炭化水素基。ヘテロ原子としては、硫黄、酸素および窒素が挙げられる。一般に、炭化水素基中の炭素原子１０個あたり、２つ以下非炭化水素置換基、一実施形態においては、１つ以下の非炭化水素置換基が、存在する。
【００１４】
用語「低級」とは、アルキル、アルケニルおよびアルコキシのような用語と共に使用される場合、合計７個までの炭素原子を含むこのような基を示すことが意図される。
【００１５】
用語「水溶性」とは、２５℃の水１００ミリリットルあたり少なくとも１ｇ程度まで水に可溶性である物質をいう。
【００１６】
用語「燃料可溶性」とは、２５℃の燃料１００ミリリットルあたり少なくとも１ｇ程度まで燃料に可溶性である物質をいう。
【００１７】
用語「水燃料エマルジョン」は、水性炭化水素燃料／添加剤エマルジョンと交換可能である。
【００１８】
用語「水燃料ブレンド」は、水性炭化水素燃料と交換可能である。
【００１９】
用語「燃料−化学添加剤混合物」は、炭化水素燃料／添加剤混合物と交換可能である。
【００２０】
（連続プロセス）
本発明は、安定なエマルジョンを形成することによって水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスを提供し、ここで、水は、燃料の連続相に分散され、ここで、水滴は、１．０ミクロン以下の平均直径を有する。この液滴サイズは、容量で表される。本発明は、別の実施形態において、水性炭化水素燃料を連続的に作製するための装置を提供する。この連続プロセス装置は、少なくとも２つの連続した乳化ミキサー、タンク（炭化水素燃料、乳化剤、添加剤およびそれらの組み合わせ含む）、水を含むタンク、生成物タンク、ポンプ、燃料を移送するための導管、およびプログラム可能制御装置を備え、その結果、このプロセスは自動化され得る。
【００２１】
本発明の実施において、水性炭化水素燃料は、燃料、乳化剤、添加剤および／または水の流速をモニタリングおよび調節して、所望の水滴サイズを有する安定なエマルジョンを形成し得る連続プロセスによって作製される。以下に記載されるプロセスおよび装置は、連続プロセスの一実施形態を示す。図１を参照すると、この装置は、燃料添加剤タンク（１０）、水供給タンク（１４）、生成物タンク（１８）、第１の乳化デバイス（２２）、第２の乳化デバイス（２６）、および燃料ディスペンサー（３０）を備える。最初に、炭化水素燃料および乳化剤が、燃料添加剤タンク（１０）中で混合されて、均一な炭化水素燃料／添加剤混合物が形成される。別の実施形態において、炭化水素燃料、乳化剤および添加剤の供給物は、慎重な供給により、または慎重な供給の代替の組み合わせにより水タンク（１０）に添加されて、均一な炭化水素燃料／添加剤混合物が形成される。別の実施形態において、乳化剤、燃料および添加剤は、動的に混合され、そして連続的に供給され、次いで、水蒸気で処理されて、水性炭化水素燃料エマルジョンが形成される。
【００２２】
炭化水素燃料／添加剤混合物は、約５０重量％〜約９９重量％の炭化水素燃料、別の実施形態において、約８５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料、別の実施形態において、約９５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料を含み、そしてこの炭化水素燃料／添加剤混合物は、約０．０５重量％〜約２５重量％の乳化剤、別の実施形態において、約２重量％〜約１５重量％の乳化剤、別の実施形態において、約２重量％〜約５重量％の乳化剤をさらに含む。
【００２３】
必要に応じて、添加剤が、乳化剤、燃料、水またはそれらの組み合わせに添加され得る。この添加剤としては、セタン価向上剤、有機溶媒、不凍剤、界面活性剤、燃料において使用するために公知の他の添加剤などが挙げられるが、これらに限定されない。この添加剤は、この添加剤の溶解度に依存して、第１の乳化デバイスの前に、そしてあるいは別の方法では、乳化剤、添加水素燃料または水に添加される。しかし、この添加剤を乳化剤に添加して、添加剤乳化剤混合物を形成することが好ましい。この添加剤は一般に、添加剤乳化剤混合物の約１重量％〜約４０重量％、別の実施形態において、５重量％〜約３０重量％、別の実施形態において、約７重量％〜約２５重量％の範囲である。
【００２４】
炭化水素燃料／添加剤混合物ストリームは、炭化水素燃料タンク出口（３４）を出て、一般に毎分約０．５ガロン〜１０００ガロンの速度で導管（３８）を流れ、そして別の実施形態においては、導管（３８）を通って第一乳化デバイス（２２）へと、毎分約１０ガロン〜約６００ガロンの速度で流れる。炭化水素燃料／添加剤混合物：水の比は、約５０〜約９９：約５０〜約１の範囲であり、別の実施形態においては約８５〜約９５：約１５〜約５、別の実施形態においては約７５〜約８５：約２５〜約１５、そして別の実施形態においては、約７０〜約７５：約３０〜約２５の範囲である。
【００２５】
必要に応じて、不凍剤、硝酸アンモニウムまたはこれらの混合物（これらに限定されない）を含み得る水は、導管（４６）を通って水供給タンク出口（３６）から第一乳化デバイス（２２）へと、毎分０．５ガロン〜１０００ガロンの速度で流れ、別の実施形態においては、毎分約１０ガロン〜約６００ガロンの速度で流れる。硝酸アンモニウムは一般に、水溶液として水混合物中に添加される。１つの実施形態において、水、アルコールおよび／または硝酸アンモニウムは、ダイナミックに混合され、そして燃料添加剤ストリームに連続的に供給される。別の実施形態において、水、不凍剤、硝酸アンモニウムまたはこれらの混合物は、分離タンクおよびまたはそれらの組み合わせから第一乳化デバイス（２２）へと流れるか、または第一乳化デバイス（２２）の前に混合される。１つの実施形態において、水アルコール、水−硝酸アンモニウム、または水アルコール硝酸アンモニウム混合物は、第一乳化デバイス（２２）の前に、または第一乳化デバイス（２２）において、直ぐに炭化水素燃料添加剤混合物に出会う。
【００２６】
開始および停止の間、炭化水素燃料添加剤ストリームは、炭化水素燃料添加剤に対する水の比が、定常状態よりも決して大きくならないようなストリームである。
【００２７】
１つの実施形態において、燃料添加剤タンク（１０）と第一乳化デバイス（２２）の間に、供給ポンプ（４２）、フローメータ（４４）、遮断バルブ（４６）、チェックバルブ（４８）、温度ゲージ（５０）および圧力ゲージ（５３）が、連続して配置される。１つの実施形態において、水タンク（１４）と第一乳化デバイスとの間に、バルブ（５４）、水供給ポンプ（５６）、フローメータ（５８）、遮断バルブ（６０）およびチェックバルブ（６２）が連続して配置される。
【００２８】
第一剪断は、一般に、第一乳化デバイス（２２）の中であり、そして一般に周囲条件下で進行する。第一の乳化は、一般に、約０ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉの範囲、別の実施形態においては、約１０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉの範囲、そして別の実施形態においては、約１５ｐｓｉ〜約３０ｐｓｉの範囲の圧力低下で生じる。
【００２９】
第一乳化デバイス（２２）を使用して、成分を完全に混合し、燃料中のより不均一な水滴分布を生じ、そして水滴サイズを減少させるために必要ないくらかの剪断を与え、その結果、第二乳化デバイスは、所望の水滴サイズを提供する。この工程は、混合物を通じて、より不均一な成分濃度を分散させる。第一乳化デバイス（２２）をまた使用して、第二乳化ミキサー（２６）に供給される前に、添加剤が水性成分と良好に接触することを保証する。エマルジョンが１ミクロンより大きい（別の実施形態においては約１ミクロン〜約１０００ミクロン、そして別の実施形態においては約５０ミクロン〜約１００ミクロン、そして別の実施形態においては約１ミクロン〜約２０ミクロンの）平均液滴粒子サイズを有するように進行するまで、このエマルジョンは、第一乳化デバイス（２２）において混合される。
【００３０】
第一の乳化は、産業において使用される任意の方法（混合、機械的ミキサー攪拌、静的混合、剪断混合、音波混合、高圧ホモジナイザーなどが挙げられるが、これらに限定されない）によって生じる。第一乳化デバイスの例としては、Ａｑｕａｓｈｅａｒ、パイプライン静的混合などが挙げられるが、これらに限定されない。Ａｑｕａｓｈｅａｒは、低圧の水力剪断デバイスである。材料は、混合チャンバへと、穿孔穴を有する２つの外装板を通される。この２つの板は、対抗する回転フローを引き起こし、そして材料の混合を可能にする。Ａｑｕａｓｈｅａｒミキサーは、Ｆｌｏｗ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．から入手できる。
【００３１】
次いで、このエマルジョンは、導管（６８）を通って、第二乳化デバイス（２６）まで直接、第一乳化デバイス出口（６４）から流れ出す。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間には、中間の維持タンクは存在しない。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間に、導管（６８）に沿って、温度ゲージ（７０）、圧力ゲージ（７２）、バルブ（８０）およびフローメーター（８２）が連続して配置される。エマルジョンストリームは、第一乳化デバイス（２２）から第二乳化デバイス（２６）へと直接流れる。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間には、維持タンクは存在しない。このエマルジョンは、第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間で熟成されない。一般に、第一乳化デバイス（２２）から第二乳化デバイス（２６）へと、このエマルジョンが流れる時間は、５分未満であり、別の実施形態では４分未満であり、別の実施形態では３分未満であり、別の実施形態では２分未満であり、別の実施形態では１分未満であり、そして別の実施形態では３０秒未満である。
【００３２】
第二の乳化は、高剪断デバイスであり、そして周囲条件下で生じる。第二乳化デバイス（２６）は、約０．０１ミクロン〜約１ミクロンの範囲、別の実施形態においては約０．１、ミクロン〜約０．９５ミクロンの範囲、別の実施形態においては約０．１ミクロン〜約０．８ミクロンの範囲、および別の実施形態においては約０．１ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲の平均粒子液滴サイズを有するエマルジョンを生じる。本発明の重要な特徴は、水性燃料生成物の水相が、１ミクロン未満の平均直径を有する水滴から構成されることである。従って、この第二の乳化は、このような平均粒子サイズを提供するに十分な条件下で実施される。
【００３３】
ＩＫＡ Ｗｏｒｋ Ｄｉｓｐａｘ、ＩＫ剪断ミキサーが挙げられるがこれらに限定されない、使用され得る高剪断デバイスとしては、３段階のローター／ステーターの組み合わせを有するＤＲ３−６が挙げられる。このローター／ステータージェネレーターの先端速度は、モーターを制御する可変性周波数ドライブによって異なり得る。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎミキサーは、ローター／ステーター設計を組み込む２段階ミキサーである。このミキサーは、遠心分離ポンプに類似した高容量ポンピング特徴を有する。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるインライン剪断ミキサー（ローター−ステーター乳化アプローチ）；Ｊｅｔ Ｍｉｘｅｒｓ（ベンチュリ型／キャビテーション剪断ミキサー）；Ｓｏｎｉｃ Ｃｏｒｐ．により製造されたＵｌｔｒａｓｏｎｏｌａｔｏｒ（超音波乳化アプローチ）；Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｉｎｃ．によって利用可能なＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ（高圧ホモジナイゼーション剪断ミキサー）；超音波ミキサー；および任意の他の利用可能な高剪断ミキサー。
【００３４】
連続して使用され、そして最終剪断サイズについて使用される１以上の乳化デバイスが存在し得る。これらの乳化デバイスは、水滴の平均粒子サイズを、１ミクロン未満まで減少させる能力を有するべきである。少なくとも２つの乳化デバイスを連続して使用することによって、さらなる剪断が、エマルジョンに向けられる。このことは、全体の粒子サイズを減少させ、そしてエマルジョン安定性を増大させる。第一乳化デバイスおよび第二乳化デバイスについて記載されるミキサーは、一般に相互交換可能であるが、第二乳化デバイスは、高剪断デバイスである必要がある。
【００３５】
次いで、このエマルジョンは、導管（８６）を通って、第二乳化デバイス（８４）から生成物タンク（１８）へと流れる。導管（８６）に沿って、サンプリングバルブ（８８）、温度ゲージ（９０）、圧力ゲージ（９２）およびチェックバルブ（９４）が連続して配置される。
【００３６】
この連続プロセスは、一般に、周囲条件下で実行される。この連続プロセスは、一般に、大気圧で行われる。この連続プロセスは、一般に、周囲温度で生じる。１つの実施形態において、この温度は、周囲温度〜約２１２°Ｆの範囲であり、別の実施形態においては約４０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲である。
【００３７】
プログラム可能な論理制御器（ｐｌｃ）（図１には示されない）は、水性炭化水素添加剤混合物、水および水性炭化水素燃料エマルジョンの連続的なフローを支配し、それによって所定の混和比に従って流速および混合比を制御するために提供される。このｐｌｃは、操作者による成分割合の入力を記憶する。次いで、ｐｌｃは、これらの割合を使用して、必要な各成分の容積／フローを規定する。連続フローシークエンスは、ｐｌｃ中にプログラムされる。ｐｌｃは、電子的に、全てのレベル切り替え、バルブ位置および流体メータをモニターする。
【００３８】
（実施例１）
この実施例は、連続プロセスによる、水混和燃料生成物の作製を示す。以下の組成を有する混合物を、これらの成分を一緒に（使用）することによって調製した。
【００３９】
２３．８重量％の２−エチルヘキシルニトレート；
７．１重量％のヘキサデシルスクシネート−アミノエステル／塩界面活性剤；
９．３重量％の水中５４重量％の硝酸アンモニウム；
４０重量％の２０００ Ｍｎ ＰＩＢスクシネート−アミノエステル−塩塩界面活性剤；
１９．８重量％の１０００ Ｍｎ ＰＩＢスクシネート−イミド／アミド界面活性剤。
【００４０】
約２．５重量％の上記添加剤乳化混合物を、ＢＰ Ｌｏｗ Ｓｕｌｆｕｒ Ｄｉｅｓｅｌ Ｓｕｐｒｅｍｅ燃料の約９７．５重量％まで添加し、そして連続的に混合して、炭化水素燃料混合物を生成する。この炭化水素燃料混合物を、毎分９．９２ガロンの流速で、室温にて、毎分約２．８ガロンの流速を有する水と混合した。次いで、この水−燃料を、導管を通して第一剪断ミキサーへとポンピングした。この第一剪断ミキサーは、毎分約１２ガロンの流速で、約７ｐｓｉｇの圧力低下を用いる、Ａｑｕａｓｈｅａｒ Ｍｉｘｅｒであった。次いで、得られたエマルジョンを導管を通して第二剪断ミキサー（約８０００ｒｐｍ（１分当たりの回転）で作動する３つの超微細混合要素を有する、１２ ＧＰＭ ＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ Ｄｉｓｐａｘミキサー）へとポンピングした。
【００４１】
このプロセシングストリームを、第一剪断ミキサーの入り口の可能な限り近くで導入した。この生成物を、導管を通して、第二剪断ミキサーから生成物タンクへとポンピングした。バッチプロセスを介して作製された同一処方物を用いる連続プロセスによって作製された得られたエマルジョンの粒子サイズを、以下に示す：
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
最終生成物は、バッチ混和プロセスによって作製された粒子よりも小さい平均粒子サイズを代表的に有する水混和燃料エマルジョンである。この実施例は、連続プロセスが、粒子サイズ分析および最終エマルジョンの安定性によって測定されるように、バッチ生成水燃料と比較して、予期せず一貫した高品質を生じたことを示した。
【００４４】
連続プロセスによって生成された水混和燃料生成物は、バッチプロセスによる処理時間よりも短い処理時間を含む。さらに、バッチプロセスにおいて、バッチ剪断プロセスの流体動力学に基づいて、水混和燃料生成物を生成するために必要とされる、最小で５の統計的タンクターンオーバーが存在する。統計的タンクターンオーバーの数は、混和ユニットのスループットと直接関連する。従って、同じ水混和燃料生成物を作製するための連続プロセスは、増大したスループットおよび効率に起因して、バッチプロセスを超えて重要である。
【００４５】
（エンジン）
本発明に従って操作され得るエンジンとしては、移動手段（海を含む）および定置電力プラントの両方についての全ての圧縮点火（内燃機関）エンジン（ディーゼル、ガソリンなどを含むがこれらに限定されない）が挙げられる。使用され得るエンジンとしては、自動車、トラック（例えば、全てのクラスのトラック）、バス（例えば、市内バス）、機関車、重税ディーゼルエンジン、定置機関（どんな定義でも）などが挙げられるが、これらに限定されない。オン道路エンジンおよびオフ道路エンジン（ｏｎ− ａｎｄ ｏｆｆ− ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅ）（新しいエンジンおよび使用中のエンジンを含む）が含まれる。これらには、１サイクル当たり２ストローク型のディーゼルエンジンおよび１サイクル当たり４ストローク型のディーゼルエンジンが挙げられる。
【００４６】
（水燃料エマルジョン）
１つの実施形態において、水燃料エマルジョンは、以下から構成される：連続燃料相；不連続な水相または水性相；および乳化量の乳化剤。このエマルジョンは、他の添加剤（セタン改善剤、有機溶媒、不凍剤などが挙げられるがこれらに限定されない）を含み得る。これらのエマルジョンは、以下の工程によって調製され得る：（１）標準的な混合技術を使用して、燃料、乳化剤および他の所望の添加剤を混合して、燃料−化学添加剤混合物（炭化水素燃料／添加剤混合物）を形成する工程；および（２）乳化条件下で、燃料−化学添加剤混合物を水（および必要に応じて不凍剤）と混合して、所望の水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する工程。あるいは、乳化剤において使用される水溶性化合物（ｉｉｉ）を、高剪断混合の前に水と混合し得る。
【００４７】
水性炭化水素燃料エマルジョンの水相または水性相は、１．０ミクロン未満の平均直径を有する液滴からなる。従って、このエマルジョンは一般に、剪断混合によって生じ、そしてこのような液滴サイズを生じるのに十分な条件下で実施される。
【００４８】
（液体炭化水素燃料）
液体炭化水素燃料は、炭化水素性石油留出燃料、非炭化水素性の水、油、植物由来の液体燃料、鉱物由来の液体燃料およびこれらの混合物を含む。液体炭化水素燃料は、任意および全ての炭化水素性石油留出燃料であり得、これには、ＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ４３９によって規定されるモーターガソリンまたはＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ３９６によって規定されるディーゼル燃料もしくは燃料油など（ケロシン、ナフサ、脂肪族化合物およびパラフィン系化合物）が挙げられるが、これらに限定されない。非炭化水素性物質を含む液体炭化水素燃料としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない：アルコール（例えば、メタノール、エタノールなど）、エーテル（例えば、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテルなど）、有機窒素化合物など；植物もしくは鉱物供給源由来の液体燃料（例えば、トウモロコシ、アルファルファ、頁岩、石炭など）。液体炭化水素燃料はまた、１以上の炭化水素性燃料および１以上の比炭化水素性物質を含む。このような混合物の例は、ガソリンおよびエタノールの組み合わせ、ならびにディーゼル燃料およびエーテルの組み合わせである。
【００４９】
１つの実施形態において、この液体炭化水素燃料は、任意のガソリンである。一般に、ガソリンは、１０％蒸留点にて約６０℃〜９０％蒸留点にて約２０５℃のＡＳＴＭ蒸留範囲を有する炭化水素の混合物である。１つの実施形態において、このガソリンは、約１０ｐｐｍ以下の塩素含量によって特徴付けられる、無塩素または低塩素のガソリンである。
【００５０】
１つの実施形態において、この液体炭化水素燃料は、任意のディーゼル燃料である。これらのディーゼル燃料は代表的に、約３００℃〜約３９０℃、そして１つの実施形態では約３３０℃〜約３５０℃の範囲の９０％蒸留点温度を有する。これらの燃料の粘度は代表的に、４０℃にて約１．３〜約２４センチストークスの範囲に及ぶ。ディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ９７５に指定されるような、等級番号１−Ｄ、２−Ｄまたは４−Ｄのいずれかとして分類され得る。これらのディーゼル燃料は、アルコールおよびエステルを含み得る。１つの実施形態では、ディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ２６２２−８７に指定される試験方法によって決定した場合に約０．０５重量％までの硫黄含有量を有する（低硫黄ディーゼル燃料）。１つの実施形態では、ディーゼル燃料は、約１０ｐｐｍ以下の塩素含有量によって特徴付けられる、無塩素または低塩素のディーゼル燃料である。
【００５１】
通常は液体の炭化水素燃料は、約５０重量％〜約９５重量％、そして１つの実施形態では約６０重量％〜約９５重量％、そして１つの実施形態では約６５重量％〜約８５重量％、そして１つの実施形態では約７０重量％〜約８０重量％の濃度で本発明の水性炭化水素燃料組成物中に存在する。
【００５２】
（水）
水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する際に使用される水は、任意の供給源から採取され得る。この水としては、水道水、脱イオン水、脱塩水、例えば、逆浸透または蒸留などを使用して精製された水が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５３】
この水は、約１重量％〜約５０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約５０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約４０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約２５重量％、そして１つの実施形態では約１０重量（ｗａｔｅｒ）％〜約２０重量（ｗａｔｅｒ）％の濃度で、本発明の水性炭化水素燃料組成物中に存在する。
【００５４】
（乳化剤）
この乳化剤は、以下から構成される：（ｉ）少なくとも１種の燃料可溶性生成物であって、該燃料可溶性生成物は、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する；（ｉｉ）少なくとも１つのイオン性または非イオン性化合物であって、該イオン性または非イオン性化合物は、１実施形態では、約１〜約４０、１実施形態では、約１〜約３０、１実施形態では約１〜約２０、および１実施形態では約１〜約１５の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有する；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；または（ｉｖ）水溶性化合物であって、該水溶性化合物は、（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）と組み合わせたアミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。この乳化剤は、この水燃料乳化剤中にて、約０．０５重量％〜約２０重量％、１実施形態では、約０．０５重量％〜約１０重量％、および１実施形態では、約０．１重量％〜約５重量％、および１実施形態では、約０．１重量％〜約３重量％の濃度で、存在し得る。
【００５５】
（燃料可溶性生成物（ｉ））
燃料可溶性生成物（ｉ）は、少なくとも１種の燃料可溶性生成物であり得、該燃料可溶性生成物は、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する。
【００５６】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、カルボン酸またはこのような酸の反応性等価物であり得る。これらの反応性等価物は、酸ハロゲン化物、無水物、またはエステル（部分エステルを含めて）などであり得る。これらのカルボン酸アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子、１実施形態では、約５０個〜約３００個の炭素原子、１実施形態では、約６０個〜約２００個の炭素原子を含有し得る。１実施形態では、これらのアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約７００〜約３０００、１実施形態では、約９００〜約２３００の数平均分子量を有する。
【００５７】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、１種またはそれ以上のα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬（これは、そのカルボキシル基を除いて、２個〜約２０個の炭素原子を含有する）と以下でさらに詳細に記述する１種またはそれ以上のオレフィン性重合体とを反応させることにより、製造され得る。
【００５８】
このα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬は、本質的に、一塩基性または多塩基性のいずれかであり得る。この一塩基性α，β−オレフィン性不飽和カルボン酸の例には、次式に相当するカルボン酸が挙げられる：
【００５９】
【化１】
ここで、Ｒは、水素、または飽和脂肪族または脂環式アリール基、アルキルアリール基または複素環式基であり、好ましくは、水素または低級アルキル基であり、そしてＲ１は、水素または低級アルキル基である。ＲおよびＲ１の全炭素原子数は、一般に、約１８個の炭素原子を超えない。有用な一塩基性α，β−オレフィン性不飽和カルボン酸の特定の例には、アクリル酸；メタクリル酸；ケイ皮酸；クロトン酸；３−フェニルプロペン酸；α，β−デセン酸が挙げられる。これらの多塩基酸試薬は、好ましくは、ジカルボン酸であるが、トリ−およびテトラカルボン酸が、使用できる。例示の多塩基酸には、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、イタコン酸およびシトラコン酸が挙げられる。このα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬の反応性等価物には、上述の酸の無水物、エステルまたはアミド官能性誘導体が挙げられる。有用な反応性等価物は、無水マレイン酸である。
【００６０】
このオレフィン重合体が誘導され得るオレフィンモノマーは、１個またはそれ以上のエチレン性不飽和基を有することにより特徴づけられる重合可能なオレフィンモノマーである。これらは、モノオレフィン性モノマー（例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテンおよび１−オクテン）またはポリオレフィン性モノマー（通常、ジオレフィン性モノマー（例えば、１，３−ブタジエンおよびイソプレン））であり得る。通常、これらのモノマーは、末端オレフィン（すなわち、＞Ｃ＝ＣＨ２基が存在することにより特徴づけられるオレフィン）である。しかしながら、ある種の内部オレフィン（これらは、時には、中間オレフィン（ｍｅｄｉａｌ ｏｌｅｆｉｎｓ）と呼ばれている）もまた、モノマーとして作用し得る。これらの中間オレフィンモノマーが用いられる場合、それらは、通常、インターポリマーであるオレフィン重合体を生成する末端オレフィンと組み合わせて、使用される。このオレフィン重合体はまた、芳香族基（特に、フェニル基および低級アルキル置換および／または低級アルコキシ置換フェニル基（例えば、パラ（第三級ブチル）フェニル基））および脂環式基（例えば、重合可能な環状オレフィンまたは脂環式置換した重合可能な環状オレフィン）を含有し得るものの、これらの炭化水素置換基は、通常、このような基を含有しない。それにもかかわらず、１，３−ジエンおよびスチレン（例えば、１，３−ブタジエンおよびスチレン）またはパラ（第三級ブチル）スチレンのようなインターポリマーから誘導したオレフィン重合体は、この一般規則の例外である。１実施形態では、このオレフィン重合体は、１種またはそれ以上のジエンから誘導した部分水素化重合体である。一般に、これらのオレフィン重合体は、約２個〜約３０個の炭素原子、１実施形態では、約２個〜約１６個の炭素原子を有する末端ヒドロカルビルオレフィンの単独重合体またはインターポリマーである。さらに典型的なクラスのオレフィン重合体は、２個〜約６個の炭素原子、特に、２個〜約４個の炭素原子を有する末端オレフィンの単独重合体およびインターポリマーからなる群から選択される。
【００６１】
これらのオレフィン重合体を調製するために使用され得る末端オレフィンモノマーおよび中間オレフィンモノマーの特定の例には、エチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、２−ペンテン、プロピレンテトラマー、ジイソブチレン、イソブチレントリマー、１，２−ブタジエン、１，３−ブタジエン、１，２−ペンタジエン、１，３−ペンタジエン、イソプレン、１，５−ヘキサジエン、２−クロロ−１，３−ブタジエン、２−メチル−１−ヘプテン、３−シクロヘキシル−１−ブテン、３，３−ジメチル−１−ペンテン、スチレン、ジビニルベンゼン、酢酸ビニル、アリルアルコール、１−メチル酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸エチル、エチルビニルエーテル、およびメチルビニルケトンが挙げられる。これらのうち、純粋なヒドロカルビルモノマーは、さらに典型的であり、末端オレフィンモノマーは、特に有用である。
【００６２】
１実施形態では、これらのオレフィン重合体は、ルイス酸触媒（例えば、塩化アルミニウムまたは三フッ化ホウ素）の存在下にて、Ｃ４精製流（これは、約３５重量％〜約７５重量％のブテン含量、および約３０重量％〜約６０重量％のイソブテン含量を有する）の重合により得られるもののようなポリイソブテン類である。これらポリイソブチレン類は、一般に、主として（すなわち、全繰り返し単位の約５０重量％より多い量で）、次式の立体配置のイソブテン繰り返し単位を含有する：
【００６３】
【化２】
１実施形態では、このオレフィン重合体は、約７００〜約３０００、１実施形態では、約９００〜約２３００の数平均分子量を有するポリイソブテン基（またはポリイソブチレン基）である。
【００６４】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、以下の式に対応して表わされるヒドロカルビル置換コハク酸または無水物である：
【００６５】
【化３】
ここで、Ｒは、約５０個〜約５００個の炭素原子、１実施形態では、約５０個〜約３００個の炭素原子、１実施形態では、約６０個〜約２００個の炭素原子を有するヒドロカルビル基である。マレイン酸またはその無水物またはその誘導体をハロ炭化水素でアルキル化することにより、またはマレイン酸またはその無水物を末端二重結合を有するオレフィン性重合体と反応させることにより、これらのヒドロカルビル置換コハク酸またはその無水物を生成することは、当業者に周知であり、本明細書中で詳細に述べる必要はない。
【００６６】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤であり得、これは、ヒドロカルビル置換基およびコハク酸基からなる。これらのヒドロカルビル置換基は、上述のオレフィン性重合体から誘導される。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、平均して、少なくとも１．３個のコハク酸基、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個のコハク酸基、１実施形態では、約１．５個〜約２．５個のコハク酸基、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、約１．０個〜約１．３個のコハク酸基、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基、１実施形態では、約１．０個〜約１．１個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。
【００６７】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有し、該第一ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられる。
【００６８】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有し、該ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられる。
【００６９】
本発明の目的のために、このヒドロカルビル置換コハク酸のヒドロカルビル置換基の当量は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤中に存在している全ヒドロカルビル置換基の全重量をそのヒドロカルビル置換基が誘導されるポリオレフィンの数平均分子量（Ｍｎ）で割ることにより得られた数値であるとみなされる。それゆえ、もし、ヒドロカルビル置換アシル化剤が、４０，０００の全ヒドロカルビル置換基の全重量により特徴付けられ、それらのヒドロカルビル置換基が誘導されるポリオレフィンのＭｎ値が２０００であるなら、その置換コハク酸アシル化剤は、全体で２０（４０，０００／２０００＝２０）当量の置換基により、特徴付けられる。
【００７０】
コハク酸基と、このヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤中に存在している置換基の当量との比（「コハク酸比」とも呼ばれる）は、従来技術（例えば、ケン価化または酸価）を使用して、当業者により決定できる。例えば、無水マレイン酸がアシル化プロセスにおいて用いられる場合のコハク化比を計算するには、以下の式が使用できる。
【００７１】
【化４】
この等式では、ＳＲは、コハク化比であり、Ｍｎは、数平均分子量であり、そしてケン化価はケン化の値である。上記の等式では、アシル化剤のケン化価＝最終反応混合物の測定したケン化価／ＡＩであり、ここで、ＡＩは、０と１の間の数（しかし、０には等しくない）として表わされる活性成分含量である。それゆえ、８０％の活性成分含量は、０．８のＡＩ値に対応する。このＡＩ値は、カラムクロマトグラフィー（これは、最終反応混合物中の未反応ポリアルケンの量を決定するのに使用できる）のような技術を使用して、計算できる。概算としては、ＡＩの値は、１００から未反応ポリアルケンの割合を差し引いた後、１００で割り、決定される。
【００７２】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、アンモニアおよび／またはアミンを使用して、形成され得る。このアシル化剤と反応して生成物（ｉ）を形成するのに有用なアミンには、モノアミン、ポリアミン、およびそれらの混合物が挙げられる。
【００７３】
これらのモノアミンは、アミン官能性を１個だけ有するのに対して、これらのポリアミンは、２個またはそれ以上のアミン官能性を有する。これらのアミンは、第一級アミン、第二級アミンまたは第三級アミンであり得る。第一級アミンは、少なくとも１個の−ＮＨ２基が存在することにより、特徴付けられる；第二級アミンは、少なくとも１個のＨ−Ｎ＜基が存在することにより、特徴付けられる。第三級アミンは、その−ＮＨ２基またはＨ−Ｎ＜基中の水素原子をヒドロカルビル基で置き換えたこと以外は、第一級および第二級アミンと類似している。第一級および第二級モノアミンの例には、エチルアミン、ジエチルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、アリルアミン、イソブチルアミン、ココアミン、ステアリルアミン、ラウリルアミン、メチルラウリルアミン、オレイルアミン、Ｎ−メチルオクチルアミン、ドデシルアミンおよびオクタデシルアミンが挙げられる。第三級モノアミンの適切な例には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、モノメチルジメチルアミン、モノエチルジメチルアミン、ジメチルプロピルアミン、ジメチルブチルアミン、ジメチルペンチルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルヘプチルアミンおよびジメチルオクチルアミンが挙げられる。
【００７４】
このアミンは、ヒドロキシアミンであり得る。このヒドロキシアミンは、第一級、第二級または第三級アミンであり得る。典型的には、これらのヒドロキシアミンは、第一級、第二級または第三級アルカノールアミンである。
【００７５】
このアルカノールアミンは、次式により表わされ得る：
【００７６】
【化５】
ここで、上式では、各Ｒは、別個に、１個〜約８個の炭素原子のヒドロカルビル基、または２個〜約８個の炭素原子のヒドロキシ置換ヒドロカルビル基であり、そして各Ｒ’は、別個に、２個〜約１８個の炭素原子を有するヒドロカルビレン（すなわち、二価炭化水素）基である。このような式中の−Ｒ’−ＯＨ基は、ヒドロキシ置換ヒドロキシロカルビレン基を表わす。Ｒ’は、環式基、脂環族基または芳香族基であり得る。１実施形態では、Ｒ’は、非環式の直鎖または分枝アルキレン基（例えば、エチレン基、１，２−プロピレン基、１，２−ブチレン基、１，２−オクタデシレン基など）である。同一分子中に２個のＲ基が存在しているとき、それらは、直接の炭素−炭素結合により、またはヘテロ原子（例えば、酸素、窒素またはイオウ）を介して結合され、５員、６員、７員または８員環構造を形成し得る。このような複素環アミンの例には、Ｎ−（ヒドロキシ低級アルキル）−モルホリン、Ｎ−（ヒドロキシ低級アルキル）−チオモルホリン、Ｎ−（ヒドロキシ低級アルキル）−ピペリジン、Ｎ−（ヒドロキシ低級アルキル）−オキサゾリジン、Ｎ−（ヒドロキシ低級アルキル）−チアゾリジンなどが挙げられる。しかしながら、典型的には、各Ｒは、別個に、７個までの炭素原子を有する低級アルキル基である。
【００７７】
上記ヒドロキシアミンの適切な例には、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジ−（３−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ−（３−ヒドロキシブチル）アミン、Ｎ−（４−ヒドロキシブチル）アミン、およびＮ，Ｎ−ジ−（２−ヒドロキシプロピル）アミンが挙げられる。
【００７８】
このアミンは、アルキレンポリアミンであり得る。次式により表わされるアルキレンポリアミンは、特に有用である：
【００７９】
【化６】
ここで、ｎは、１と約１０の間、および１つの実施形態では約２〜約７の平均値を有し、「アルキレン」基は、１個〜約１０個の炭素原子、１実施形態では、約２個〜約６個の炭素原子を有し、そして、各Ｒは、別個に、水素、約３０個までの炭素原子の脂肪族基またはヒドロキシ置換脂肪族基である。これらのアルキレンポリアミンとしては、メチレンポリアミン、エチレンポリアミン、ブチレンポリアミン、プロピレンポリアミン、ペンチレンポリアミンなどが挙げられる。このようなポリアミンの特定の例としては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ヘキサエチレンヘプタミン、ペンタエチレンヘキサミン、またはそれらの２種以上の混合物が挙げられる。
【００８０】
エチレンポリアミンは、有用である。これらは、「Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ａｍｉｎｅｓ（エチレンアミン）」の表題で、Ｋｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒの「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（第２版、７巻、２２〜３７ページ、Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９６５年））に詳細に記述されている。これらのポリアミンは、二塩化エチレンとアンモニアとの反応によってか、またはエチレンイミンと開環試薬（例えば、水、アンモニアなど）との反応によって調製される。これらの反応の結果、環状縮合生成物（例えば、ピペラジン）を含む、ポリアルキレンポリアミンの錯体混合物が生成する。
【００８１】
１実施形態では、このアミンは、ポリアミンボトムス（ｐｏｌｙａｍｉｎｅ ｂｏｔｔｏｍｓ）またはヘビーポリアミン（ｈｅａｖｙ ｐｏｌｙａｍｉｎｅ）である。「ポリアミンボトムス」との用語は、これらのポリアミンボトムスを残基として残すように、ポリアミン混合物をストリッピングして、低分子量ポリアミンおよび揮発性成分を除去することにより得られるポリアミンを意味する。１実施形態では、これらのポリアミンボトムスは、約２重量％未満の全ジエチレントリアミンまたはトリエチレンテトラミンを有するとして特徴付けられる。有用なポリアミンボトムスは、Ｅ−１００の商品名称で、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手できる。この物質は、１５．６℃で１．０１６８の比重、３３．１５重量％の窒素含量、および４０℃で１２１センチストークスの粘度を有するとして、記述されている。使用され得る別のポリアミンボトムスは、ＨＰＡ−Ｘの商品名称で、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅから市販されている。このポリアミンボトムス生成物は、環状縮合生成物（例えば、ピペラジン）およびジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンのより高級な同族体（ｈｉｇｈｅｒ ａｎａｌｏｇ）などを含有する。
【００８２】
「ヘビーポリアミン」との用語は、１分子あたり７個以上の窒素原子を含有するポリアミン、または１分子あたり７個以上の窒素、および１分子あたり２個以上の第一級アミンを含有するポリアミンオリゴマーを意味する。これらは、欧州特許第ＥＰ０７７００９８号に記載されており、その内容は、このようなヘビーポリアミンの開示について、本明細書中で参考として援用されている。
【００８３】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、塩、エステル、エステル／塩、アミド、イミド、またはそれらの２種以上の組合せであり得る。この塩は、このアシル化剤およびアンモニアまたはアミンの分子残基を含む内部塩であり得、ここで、これらのカルボキシル基の１個は、同じ基内の窒素原子にイオン結合する；または、それは、外部塩であり得、ここで、そのイオン性の塩は、同じ分子の一部ではない窒素原子で形成される。１実施形態では、このアミンは、ヒドロキシアミンであり、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換無水コハク酸であり、得られる燃料可溶性生成物は、半分のエステルおよび半分の塩（すなわち、エステル／塩）である。１実施形態では、このアミンは、アルキレンポリアミンであり、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換無水コハク酸であり、得られる燃料可溶性生成物は、スクシンイミドである。
【００８４】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、所望の生成物の形成を提供する条件下にて実行される。典型的には、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤およびアンモニアまたはアミンは、共に混合され、そして必要に応じて、通常液体の、実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤の存在下で、所望生成物が形成されるまで、約５０℃〜約２５０℃、１実施形態では、約８０℃〜約２００℃の範囲の温度まで、加熱される。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤およびアンモニアまたはアミンは、アンモニアまたはアミン１当量あたり、約０．３〜約３当量のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤を提供するのに十分な量で反応される。１実施形態では、この比は、約０．５：１〜約２：１であり、１実施形態では、約１：１である。
【００８５】
１実施形態では、燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下の（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）を含有する：（ｉ）（ａ）第１燃料可溶性生成物であって、この第１燃料可溶性生成物は、第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第１アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する；および（ｉ）（ｂ）第２燃料可溶性生成物であって、この第２燃料可溶性生成物は、第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第２アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する。この実施形態では、生成物（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）は、異なる。例えば、第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量とは異なり得る。１実施形態では、第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約１５００〜約３０００の範囲、１実施形態では、約１８００〜約２３００の範囲であり得、そして、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の範囲であり得る。第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有する。第１ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、少なくとも約１．３個、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。第１燃料可溶性生成物（ｉ）（ａ）で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル／塩の形状であり得る。第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、この第２ポリイソブテン置換無水コハク酸のポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有する。この第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。この第２燃料可溶性生成物（ｉ）（ｂ）で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル／塩の形状であり得るか、またはこのアミンは、アルキレンポリアミンであり得、その生成物は、スクシンイミドの形状であり得る。燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下から構成され得る：約１重量％〜約９９重量％、１実施形態では、約３０重量％〜約７０重量％の生成物（ｉ）（ａ）；および約９９重量％〜約１重量％、１実施形態では、約７０重量％〜約３０重量％の生成物（ｉ）（ｂ）。
【００８６】
１実施形態では、燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下の（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）を含有する：（ｉ）（ａ）第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第１アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤；および（ｉ）（ｂ）第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第２アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有し、この第１アシル化剤および第２アシル化剤は、同一または異なり；この第１アシル化剤および第２アシル化剤は、２個以上の第一級アミノ基、２個以上の第二級アミノ基、少なくとも１個の第１級アミノ基および少なくとも１個の第二級アミノ基、少なくとも２個の水酸基、または少なくとも１個の第１級または第二級アミノ基および少なくとも１個の水酸基を有する化合物から誘導した連結基により、共にカップリングされており；このカップリングしたアシル化剤は、アンモニアまたはアミンと反応される。第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量と同一または異なり得る。１実施形態では、第１および／または第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約１５００〜約３０００の範囲、１実施形態では、約１８００〜約２３００の範囲であり得る。１実施形態では、第１および／または第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の範囲であり得る。第１および／または第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有する。第１および／または第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、少なくとも約１．３個、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。第１および／または第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有する。第１および／または第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。その連結基は、上述のアミンまたはヒドロキシアミンのいずれかから誘導され得、これらは、２個以上の第一級アミノ基、２個以上の第二級アミノ基、少なくとも１個の第一級アミノ基および少なくとも１個の第二級アミノ基を有するか、または少なくとも１個の第一級または第二級アミノ基および少なくとも１個の水酸基を有する。この連結基はまた、ポリオールから誘導され得る。このポリオールは、次式により表わされる化合物であり得る：
Ｒ−（ＯＨ）ｍ
ここで、上式では、Ｒは、ｍの原子価を有する有機基であり、Ｒは、炭素−酸素結合を介して、このＯＨ基に結合され、そしてｍは、２〜約１０、１実施形態では、２〜約６の整数である。このポリオールは、グリコールであり得る。アルキレングリコールが有用である。使用され得るポリオールの例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、１，２−ブタンジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、２，３−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、１，７−ヘプタンジオール、２，４−ヘプタンジオール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，４−ヘキサントリオール、１，２，５−ヘキサントリオール、２，３，４−ヘキサントリオール、１，２，３−ブタントリオール、１，２，４−ブタントリオール、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、１，１０−デカンジオール、ジギタロース、２−ヒドロキシメチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール（トリメチロールエタン）、または２−ヒドロキシメチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール（トリメチロールプロパン）などが挙げられる。前述のものの２種以上の混合物が、使用され得る。
【００８７】
これらの連結生成物の調製で利用される反応物の比は、広範囲にわたって変わり得る。一般に、第１および第２アシル化剤の各々の各当量に対して、少なくとも約１当量の連結化合物が使用される。連結化合物の上限は、第１および第２アシル化剤の各当量に対して、約２当量の連結化合物である。一般に、第１アシル化剤：第２アシル化剤の当量比は、約４：１〜約１：４、１実施形態では、約１．５：１である。
【００８８】
第１および第２アシル化剤の当量数は、各々に存在しているカルボン酸官能基の総数に依存している。これらのアシル化剤の各々に対する当量数を決定する際に、カルボン酸アシル化剤として反応できないカルボキシル官能性は、除外される。しかしながら、一般に、これらのアシル化剤中の各カルボキシ基について、１当量の各アシル化剤が存在している。例えば、１モルのオレフィン重合体および１モルの無水マレイン酸の反応から誘導される無水物中なら、２当量が存在することになる。
【００８９】
１当量のポリアミンの重量は、ポリアミンの分子量を、この分子に存在する窒素の総数により除算したものである。ポリアミンが、連結化合物として用いられる場合、第三級アミノ基を計数しない。１当量のポリアミンの市販の混合物の重量は、窒素の原子量（１４）を、ポリアミンの中に含まれる％Ｎで除算することにより、決定され得；従って、３４の％Ｎを有するポリアミン混合物は、４１．２の当量を有する。１当量のアンモニアまたはモノアミンの重量は、それらの分子量に等しい。
【００９０】
１当量のポリオールの重量は、その分子量を、分子の中に存在するヒドロキシル基の総数により除算したものである。従って、１当量のエチレングリコールの重量は、その分子量の１／２である。
【００９１】
連結化合物として使用される１当量のヒドロキシアミンの重量は、その分子量を、分子の中に存在する−ＯＨ基、＞ＮＨ基および−ＮＨ２基の総数により除算したものに等しい。
【００９２】
第１および第２アシル化剤は、従来のエステルおよび／またはアミド形成技術に従って、この連結化合物と反応され得る。これは、通常、必要に応じて、通常液体の、実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤の存在下でアシル化剤と連結化合物とを加熱することを含む、少なくとも約３０℃の温度から最も低い分解温度を有する反応成分および／または生成物の分解温度までの温度が用いられ得る。この温度は、これらのアシル化剤が無水物である場合、約５０℃〜約１３０℃、１実施形態では、約８０℃〜約１００℃の範囲であり得る。他方、これらのアシル化剤が酸である場合、この温度は、約１００℃〜約３００℃の範囲であり得、約１２５℃〜約２５０℃の範囲の温度が、しばしば、使用される。
【００９３】
この反応により製造した連結生成物は、これらのアシル化剤の各々の電荷および連結化合物上の反応部位の数に依存した統計的混合物の形態であり得る。例えば、等モル比の第１および第２アシル化剤を、エチレングリコールと反応させる場合、その生成物は、以下の（１）、（２）および（３）の混合物から構成される：（１）１分子の第１アシル化剤がエチレングリコールを介して１分子の第２アシル化剤と連結した化合物の約５０％；（２）２分子の第１アシル化剤がエチレングリコールを介して結合した化合物の約２５％；および（３）２分子の第２アシル化剤がエチレングリコールを介して共に結合した化合物の約２５％。
【００９４】
連結されたアシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、従来の技術を用いて塩、エステル／塩、アミドまたはイミド形成条件下で実行され得る。代表的には、これらの成分は互いに混合され、そして、必要に応じて、通常の液体（実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤）の存在下で、所望の塩生成物が形成されるまで、約２０℃から、最も低い分解温度を有する反応成分および／または生成物の分解温度までの範囲の温度、および１つの実施形態では、約５０℃〜１３０℃の範囲の温度、および１つの実施形態では約８０℃〜約１１０℃の範囲の温度まで加熱される。
【００９５】
以下の実施例は、上記の燃料可溶性生成物の調製を例証するために提供される。
【００９６】
（実施例２）
１２リットルの４つ口フラスコに、Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（７５１３ｇ）を充填する。Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（これは、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ａｄｉｂｉｓから入手可能な生成物である）は、ポリイソブテン置換無水コハク酸の混合物から構成され、ここで６０重量％が第１ポリイソブテン置換無水コハク酸（ここで、このポリイソブテン置換基は、２３００の数平均分子量を有し、そして８０重量％のメチルビニリデン異性体含量を有するポリイソブテンから誘導される）であり、そして４０重量％が、第２のポリイソブテン置換無水コハク酸である（ここで、このポリイソブテン置換基は、１０００の数平均分子量を有し、そして８５重量％のメチルビニリデン異性体含量を有するポリイソブテンから誘導される）。生成物は、３０重量％の希釈オイル含量、および１．４のコハク酸化（ｓｕｃｃｉｎａｔｉｏｎ）比（未反応ポリイソブテンについて補正した後）を有する。このフラスコにオーバーヘッドスターラー、熱電対、頂部に窒素の入口を備えた添加漏斗、および凝縮器を備え付ける。無水コハク酸混合物を撹拌し、そして９５℃まで加熱し、そしてエチレングリコール（１３７ｇ）を、５分間かけて、添加漏斗で添加する。得られる混合物を撹拌し、そして１０２〜１０７℃で４時間維持する。反応温度が１０７℃を超えないように、ジメチルエタノールアミン（３９２ｇ）をこの混合物に３０分間かけて充填する。この混合物を２時間１００〜１０５℃で維持し、ろ過し、褐色の粘性の生成物を得る。
【００９７】
（実施例３）
３リットルの４つ口フラスコに、Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（１４１０ｇ）を充填する。このフラスコにオーバーヘッドスターラー、熱電対、頂部に窒素の入口を備えた添加漏斗、および凝縮器を備え付ける。無水コハク酸混合物を撹拌し、そして６１℃まで加熱する。エチレングリコール（２６．３ｇ）を、５分間かけて、添加漏斗で添加する。得られる混合物を撹拌し、そして１０５〜１１０℃に加熱し、その温度で４．５時間維持する。この混合物を９６℃に冷却し、反応温度が１００℃を超えないように、ジメチルアミノエタノール（７７．１ｇ）をこの混合物に５分間かけて充填する。この混合物を１時間９５℃で維持し、次いで、１６０℃で４時間維持する。生成物は、褐色の粘性生成物である。
【００９８】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、水燃料エマルジョン中、エマルジョンの総重量に基づいて、約１５重量％までの濃度、そして１つの実施形態において約０．１〜約１５重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約１０重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約５重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約２重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約１重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約０．７重量％の濃度で存在し得る。
【００９９】
（イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ））
イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）は、約１〜約４０、そして１つの実施形態において、約４〜約１５の範囲の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ、これは、界面活性剤分子上の極性（親水性）基および非極性（親油性）基のサイズおよび強度をいう）を有する。これらの化合物の例は、Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ ＆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎの「ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ」、１９９８に開示される。Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｅｄｉｔｉｏｎ，１−２３５頁、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎの１−１９９頁は、約１〜約４０（１つの実施形態において約１〜約３０、１つの実施形態において約１〜２０、そして別の実施形態において約１〜約１０）の範囲のＨＬＢを有するこのようなイオン性および非イオン性化合物の開示について本明細書中で参考として援用される。有用な化合物には、アルカノールアミド、アルキルアリールスルホネート、アミンオキシド、ポリ（オキシアルキレン）化合物（アルキレンオキシド繰返し単位を含むブロックコポリマーを含む）、カルボキシル化アルコールエトキシレート、エトキシル化アルコール、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化アミンおよびアミド、エトキシル化脂肪酸、エトキシル化脂肪エステルおよびオイル、脂肪エステル、脂肪酸アミド、グリセロールエステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリドおよび誘導体、オレフィンスルホネート、リン酸エステルおよび誘導体、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸またはアルコールまたはアルキルフェノール、ソルビタン誘導体、スクロースエステルおよび誘導体、スルフェートまたはアルコールまたはエトキシル化アルコールまたは脂肪エステル、ドデシルおよびトリデシルベンゼンのスルホン酸塩、または縮合ナフタレンまたは石油、スルホサクシネートおよび誘導体、ならびにトリデシルおよびドデシルベンゼンスルホン酸が挙げられる。
【０１００】
１つの実施形態において、このイオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）は、約１２〜約３０個の炭素原子を有するアシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることによって作製される燃料可溶性生成物である。このアシル化剤は、約１２〜約２４個の炭素原子を含み得、そして１つの実施形態において、約１２〜約１８個の炭素原子を含み得る。このアシル化剤は、カルボン酸またはその反応性等価物であり得る。この反応性等価物には、酸ハライド、無水物、エステルなどが挙げられる。これらのアシル化剤は、一塩基酸または多塩基酸であり得る。この多塩基酸は、好ましくは、ジカルボン酸であるが、トリカルボン酸およびテトラカルボン酸も使用され得る。これらのアシル化剤は脂肪酸であり得る。例には、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。これらのアシル化剤は、それぞれ以下の式で表される、コハク酸または無水コハク酸であり得る：
【０１０１】
【化７】
ここで、上述の式の各Ｒは、約１０〜約２８個の炭素原子のヒドロカルビル基であり、そして１つの実施形態では、約１２〜約２０個の炭素原子のヒドロカルビル基である。例としては、テトラプロピレン置換のコハク酸または無水コハク酸、ヘキサデシルコハク酸または無水ヘキサデシルコハク酸などが挙げられる。アミンは、燃料可溶性生成物（ｉ）を作製する際に有用であるような上記のアミンのいずれかであり得る。アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応生成物は、塩、エステル、アミド、イミドまたはそれらの組み合わせであり得る。この塩は、アシル化剤の分子の残基およびアンモニアまたはアミンの分子の残基を含む、カルボキシル基の１つが同じ基内の窒素原子にイオン結合する内部塩であり得るか；または同じ分子の一部ではない窒素原子でイオン塩の基が形成される外部塩であり得る。アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、所望の生成物の形成のために提供された条件下で行われる。代表的には、アシル化剤およびアンモニアまたはアミンが一緒に混合され、そして所望の生成物が形成するまで、必要に応じて通常は液体の、実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤の存在下で、約５０℃〜約２５０℃（１つの実施形態では、約８０℃〜約２００℃）の範囲の温度に加熱される。１つの実施形態では、アシル化剤およびアンモニアまたはアミンを、アンモニアまたはアミンの１当量あたり、約０．３〜約３当量のアシル化剤を提供するに十分な量で反応させる。１つの実施形態では、この比は、約０．５：１から約２：１までであり、そして１つの実施形態では、約１：１である。
【０１０２】
１つの実施形態では、イオン性または非イオン性の化合物（ｉｉ）は、無水ヘキサデシルコハク酸とジメチルエタノールアミンとを、約１：１から約１：１．５までの当量比（すなわち、カルボニル：アミンの比）（１つの実施形態では、約１：１．３５）で反応させることにより作製されるエステル／塩である。
【０１０３】
イオン性または非イオン性の化合物（ｉｉ）は、約１５重量％まで、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１５重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１０重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約５重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約３重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１重量％の濃度で、水燃料エマルジョン中に存在し得る。
【０１０４】
（水溶性化合物）
水溶性化合物は、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、またはこれらの２つ以上の混合物であり得る。これらの化合物は、上記の燃料可溶性生成物（ｉ）およびイオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）とは異なる。これらの水溶性化合物としては、有機硝酸アミン、硝酸エステル、アジド、ニトラミン、およびニトロ化合物が挙げられる。アルカリ金属およびアルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸塩、硫化物、スルホン酸塩なども含まれる。
【０１０５】
以下の式
ｋ［Ｇ（ＮＲ３）ｙ］ｙ＋ｎＸｐ−
により表されるアミンまたはアンモニウム塩が特に有用であり、ここでＧは、水素または１〜約８個の炭素原子（そして１つの実施形態では１〜約２個の炭素原子）のｙ価を有する有機基であり；各Ｒは、独立して水素または１〜約１０個の炭素原子（そして１つの実施形態では１〜約５個の炭素原子、そして１つの実施形態では、１〜約２個の炭素原子）のヒドロカルビル基であり；Ｘｐ−は、ｐ価を有するアニオンであり；そしてｋ、ｙ、ｎおよびｐは、独立して少なくとも１の整数である。ＧがＨ、ｙが１である場合、正電荷ｋｙ＋の和は、負電荷ｎＸｐ−の和に等しい。１つの実施形態では、Ｘは、硝酸イオンであり；そして１つの実施形態では、Ｘは、酢酸イオンである。例としては、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸メチルアンモニウム、酢酸メチルアンモニウム、エチレンジアミン二酢酸、硝酸尿素、尿素および硝酸グアニジウムが挙げられる。硝酸アンモニウムは、特に有用である。
【０１０６】
１つの実施形態では、水溶性化合物は、エマルジョン安定剤として機能する。すなわち、これは、水燃料エマルジョンを安定化するように作用する。従って、１つの実施形態において、水溶性化合物は、エマルジョン安定量で水燃料エマルジョン中に存在する。
【０１０７】
１つの実施形態では、この水溶性化合物は、燃焼改良剤として機能する。燃焼改良剤は、燃料組成物の質量燃焼速度を増加させる能力により特徴付けられる。このような燃焼改良剤の存在は、エンジンの出力の改善をもたらす。従って、１つの実施形態において、水溶性化合物は、燃焼改善量で水燃料エマルジョン中に存在する。
【０１０８】
この水溶性化合物は、約０．００１〜約１重量％（１つの実施形態では、約０．０１〜約１重量％）の濃度で、水燃料エマルジョン中に存在し得る。
【０１０９】
（セタン向上剤）
１つの実施形態では、水燃料エマルジョンは、セタン向上剤を含む。有用であるセタン向上剤としては、過酸化物、ニトレート、ニトリト、ニトロカルバメートなどが挙げられるが、これらに限定されない。有用なセタン向上剤としては、ニトロプロパン、ジニトロプロパン、テトラニトロメタン、２−ニトロ−２−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ニトロ−１−プロパノールなどが挙げられるが、これらに限定されない。置換または非置換の脂肪族アルコールまたは脂環式アルコール（これらのアルコールは、一価であってもよいし、多価であってもよい）の硝酸エステルもまた含まれる。これらとしては、約１０個までの炭素原子（１つの実施形態では、約２〜約１０個の炭素原子）を有する置換または非置換のアルキルニトレートまたはシクロアルキルニトレートが挙げられる。アルキル基は、直鎖アルキル基もしくは分枝アルキル基、または直鎖アルキル基および分枝アルキル基の混合のいずれかであり得る。例としては、メチルニトレート、エチルニトレート、ｎ−プロピルニトレート、イソプロピルニトレート、アリルニトレート、ｎ−ブチルニトレート、イソブチルニトレート、ｓｅｃ−ブチルニトレート、ｔｅｒｔ−ブチルニトレート、ｎ−アミルニトレート、イソアミルニトレート、２−アミルニトレート、３−アミルニトレート、ｔｅｒｔ−アミルニトレート、ｎ−ヘキシルニトレート、ｎ−ヘプチルニトレート、ｎ−オクチルニトレート、２−エチルヘキシルニトレート、ｓｅｃ−オクチルニトレート、ｎ−ノニルニトレート、ｎ−デシルニトレート、シクロペンチルニトレート、シクロヘキシルニトレート、メチルシクロヘキシルニトレートおよびイソプロピルシクロヘキシルニトレートが挙げられる。アルコキシ置換脂肪族アルコールの硝酸エステル（例えば、２−エトキシエチルニトレート、２−（２−エトキシ−エトキシ）エチルニトレート、１−メトキシプロピル−２−ニトレート、４−エトキシブチルニトレートなど）、およびジオールニトレート（例えば、１，６−ヘキサメチレンジニトレート）もまた、有用である。特に有用なセタン向上剤は、２−エチルヘキシルニトレートである。
【０１１０】
水燃料エマルジョン中のセタン向上剤の濃度は、所望のセタン価をこのようなエマルジョンに提供するに十分な任意の濃度であり得る。１つの実施形態では、セタン向上剤の濃度は、約１０重量％までのレベルであり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約１０重量％であり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約５重量％であり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約１重量％である。
【０１１１】
（さらなる添加剤）
前述の材料に加えて、当業者に周知である他の燃料添加剤が、本発明の水燃料エマルジョンに使用され得る。これらには、染料、アルキル化コハク酸および無水アルキル化コハク酸のようなさび止め剤、細菌発育阻止剤、ゴム状化インヒビター、金属非活性化剤、シリンダー上部の潤滑剤などが挙げられるが、これらに限定されない。これらのさらなる添加剤は、水燃料エマルジョンの総重量に基づいて約１重量％までの濃度で使用され得、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１重量％である。
【０１１２】
本発明の水燃料エマルジョン中の化学添加剤（上記の乳化剤を含む）の総濃度は、約０．０５〜約３０重量％であり得、そして１つの実施形態では、約０．１〜約２０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１５重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約５重量％の範囲であり得る。
【０１１３】
（有機溶媒）
添加剤（上記の乳化剤を含む）は、ナフサ、ベンゼン、トルエン、キシレンまたはディーゼル燃料のような実質的に不活性な、通常は液体の有機溶媒で希釈されて、添加剤濃縮物を形成し得、これは次いで、燃料および水と混合されて、水燃料エマルジョンを形成する。これらの濃縮物（推定）は、一般に、約１０重量％〜約９０重量％の前述の溶媒を含む。
【０１１４】
これらの水燃料エマルジョンは、約６０重量％まで（１つの実施形態では、約０．０１〜約５０重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約２０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約５重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約３重量％）の有機溶媒を含み得る。
【０１１５】
（不凍剤）
１つの実施形態では、本発明の水燃料エマルジョンは、不凍剤を含む。不凍剤は、代表的にはアルコールである。例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、グリセロールおよびこれらの２つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。不凍剤は、代表的には、水燃料エマルジョン中で使用される水の凍結を防ぐに十分な濃度で使用される。従って、この濃度は、燃料が貯蔵もしくは使用される温度に依存する。１つの実施形態では、この濃度は、水燃料エマルジョンの重量に基づいて、２０重量％までのレベルであり、そして１つの実施形態では、約０．１〜約２０重量％であり、そして１つの実施形態では、約１〜約１０重量％である。
【０１１６】
（実施例４）
本実施例は、本発明の水−ディーゼル燃料エマルジョンの例示的な例を提供する。以下に示される数値は、重量部である。
【０１１７】
【表３】
１無水ヘキサデシルコハク酸とジメチルエタノールアミンとを、１：１．３５のモル比で反応させることによって調製された、エステル／塩。
２脂肪族溶媒。
【０１１８】
エマルジョンを、従来の混合を使用して、水を除いて、処方物ＡおよびＢにおける全ての成分を混合することによって調製する。次いで、得られたディーゼル燃料−化学添加剤混合物を、高剪断混合条件下で水と混合して、水−ディーゼルエマルジョンを得る。高剪断ミキサーは、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｔｄ．によって、Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＡＤＩＬ ４Ｓ−３０で提供され、これは、４つの超微細分散ヘッド（ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｈｅａｄｓ）および二重作用メカニカルシールを備えた、４段階複数剪断インラインミキサーとして識別される。
【０１１９】
（実施例５）
水−燃料エマルジョンについてのさらなる処方物を以下に示す。以下に示される数値は、重量部である。以下に示される乳化剤１は、実施例３に示される乳化剤と同じである。乳化剤２は、ポリイソブテン−（Ｍｎ＝２０００）置換無水コハク酸（ポリイソブテンに対するコハク酸基の当量比が１．７）をジメチルエタノールアミンと、１：１の当量比（１モルの無水コハク酸基 対 ２モルのアミン）で反応させることによって調製されるエステル／塩である。乳化剤３は、ポリイソブテン−（Ｍｎ＝１０００）置換無水モノコハク酸およびエチレンポリアミン混合物（約８０重量％のヘビーポリアミンおよび２０重量％のジエチレントリアミンからなる）から誘導されるスクシンイミドである。有機溶媒は、芳香族溶媒である。
【０１２０】
【表４】
（実施例６）
【０１２１】
【表５】
（実施例７）
実施例および本発明の上記説明から、当業者は、本発明における改良、変更および改変を認知する。このような改良、変更および改変は、特許請求の範囲によって網羅されることが意図される。
【０１２２】
本発明を、その好ましい実施形態に関して説明してきたが、明細書を読むに際してそれらの種々の改変が当業者に明らかとなることが理解されるべきである。従って、本明細書中で開示される発明が、添付の請求の範囲の範囲内に含まれる場合には、そのような改変を網羅することが意図されることが理解されるべきである。
本願は、米国特許出願０９／４８３，４８１（２０００年１月１４日出願）（これは、米国特許出願０９／３４９，２６８（１９９９年７月７日出願）の一部継続である、米国特許出願０９／３９０，９２５（１９９９年９月７日出願）の一部継続である）の一部継続である。これらの先願の開示全ては、その全体が本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、連続プロセスにより水性炭化水素燃料組成物を作製するためのプロセスに関する。より詳細には、本発明は、ディーゼル燃料またはガソリンの様な水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスに関する。
【０００３】
（発明の背景）
燃焼室内で燃料と混合した水を使用する内燃機関、特にディーゼル機関は、出力単位あたり低いＮＯｘ、炭化水素、および粒子状の排出物を生成し得る。窒素酸化物は、スモッグおよび汚染の原因となるので、環境的な問題である。政府の規制および環境問題は、機関からのＮＯｘの排出を減少する必要性に駆られている。
【０００４】
ディーゼル燃料機関は、燃焼の間に達成される比較的高い炎温度に起因して、ＮＯｘを生成する。ＮＯｘの生成の減少は、触媒コンバーターの使用、「クリーンな」燃料の使用、排気ガスの再循環および機関のタイミング変化を伴う。これらの方法は、代表的に、高価であるかまたは商業的な使用を複雑にする。
【０００５】
水は、燃焼に対して不活性であるが、最大燃焼温度が低くなるほど、粒子およびＮＯｘの形成が減少する。水が燃料に添加される場合、水はエマルジョンを形成し、そしてこれらのエマルジョンは一般に、不安定である。小さい粒子サイズの適切な燃料中水型エマルジョンを達成しそして維持することは困難である。連続的に作製され得、かつ貯蔵中に安定であり得る、安定な燃料中水型エマルジョンを作製することが有益である。
【０００６】
バッチブレンドプロセスよりも増加した処理量、増加した剪断効率、および費用効果に起因して、連続プロセスによって安定な燃料中水型エマルジョンを生成することが有益である。出願人は、小さい粒子サイズの安定な燃料中水型エマルジョンを作製するための連続プロセスを発見した。
【０００７】
本明細書中で使用する場合、用語「ＮＯｘ」とは、窒素酸化物である、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏまたはそれら２つ以上の混合物のいずれかをいう。用語「水性炭化水素燃料エマルジョン」および「水燃料エマルジョン」は、交換可能である。用語「水性炭化水素燃料」および「水燃料ブレンド」は、交換可能である。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスに関し、このプロセスは、（１）液体炭化水素燃料および乳化剤を混合して、炭化水素燃料／添加剤混合物を形成する工程：（２）この炭化水素燃料／添加剤混合物を、剪断条件下で水と乳化させて、水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する工程であって、ここでこの乳化は少なくとも２つの乳化剤によって連続して達成される、工程、を包含する。この水性炭化水素燃料エマルジョンは、連続した燃料相中に不連続な水相を含む。この不連続な水相は、水性炭化水素燃料エマルジョンが第２の乳化剤により処理される時点までに、１．０ミクロンの平均直径を有する水性液滴を含む。
【０００９】
この水炭化水素燃料エマルジョンは、水、燃料（例えば、ディーゼル、ガソリンなど）および乳化剤から構成される。乳化剤は、以下を含むが、これらに限定されない：（ｉ）少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの反応により作製される少なくとも１つの燃料可溶性生成物であって、このアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０〜約５００個の炭素原子を有する、燃料可溶性生成物；（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有するイオン性化合物または非イオン性化合物のうちの少なくとも１つ；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；または（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）と組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、硝酸エステル、ニトロアミン、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩からなる群から選択される水溶性化合物。
【００１０】
水炭化水素燃料エマルジョンは、必要に応じて、添加剤を含む。この添加剤としては、限定されないが、セタン向上剤、有機溶媒、不凍剤、界面活性剤、燃料におけるそれらの使用について公知の他の添加剤、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００１１】
本発明はさらに、水性炭化水素燃料を連続的に作製するための装置を提供し、この装置は、以下：少なくとも２つの乳化剤（連続して）；炭化水素燃料／添加剤混合物を含むタンク、または炭化水素燃料、乳化剤、添加剤、水、不凍剤もしくはそれらの組み合わせのための別個のタンク；この炭化水素燃料、添加剤および／または乳化剤を、このタンクから第１の乳化デバイスに移送するためのポンプおよび導管；水を、水供給源から第１の乳化デバイスに移送するための導管：水性炭化水素燃料エマルジョンを、第１の乳化デバイスから第２の乳化デバイスに移送するための導管；この水性炭化水素燃料エマルジョンを、第２の乳化デバイスから燃料貯蔵タンクに移送するための導管；この燃料貯蔵タンクから水性炭化水素燃料エマルジョンを分配するための導管；（ｉ）タンクから第１の乳化デバイスへの成分の移送、（ｉｉ）水供給源から第１の乳化デバイスへの水の移送、（ｉｉｉ）第１の乳化デバイスにおける炭化水素燃料／添加剤混合物と水との乳化、（ｉｖ）第１の乳化デバイスから第２の乳化デバイスの水性炭化水素燃料エマルジョンの移送、（ｖ）第２の乳化デバイスにおける炭化水素燃料エマルジョンのさらなる乳化、および（ｖｉ）第２の乳化デバイスから燃料貯蔵タンクへの水性炭化水素燃料エマルジョンの移送、を制御するためのプログラム可能制御装置；および（ｖｉｉ）このプログラム可能制御装置を制御するためのコンピューター、を備える。
【００１２】
一実施形態において、この連続プロセスのための装置は、自動的に作動するコンテナ移送型装置の形態である。このユニットは、その設置場所でプログラムされそして局所的にモニタリングされ得るか、またはこのユニットは、その設置場所から離れた位置からプログラムされそしてモニタリングされ得る。この水燃料ブレンドは、その設置場所で、最終消費者に分配される。このことは、本発明に従って調製された水性炭化水素燃料エマルジョンを広範な分布のネットワークにおける最終消費者に対して利用可能にする方法を提供する。
【００１３】
（好ましい実施形態の説明）
本明細書中で使用する場合、用語「ヒドロカルビル置換基」、「ヒドロカルビル基」、「ヒドロカルビルで置換された」、「炭化水素基」などは、分子の残部に直接結合した１つ以上の炭素原子を有し、炭化水素または主に炭化水素の特性を有する基をいうために使用される。例としては、以下が挙げられる：
（１）純粋な炭化水素基、すなわち、脂肪族基（例えば、アルキル、アルケニルまたはアルキレン）、および脂環式基（例えば、シクロアルキル、シクロアルケニル）、芳香族基、および芳香族置換芳香族基、脂肪族置換芳香族基および脂環式置換芳香族基、ならびに環式基（ここで環は分子の別の部分を介して完成される（例えば、２つの置換基が一緒になって脂環式基を形成する））；
（２）置換炭化水素基、すなわち、本発明の状況において、この基の主な炭化水素特性を変更しない非炭化水素基（例えば、ハロ、ヒドロキシ、アルコキシ、メルカプト、アルキルメルカプト、ニトロ、ニトロソおよびスルホキシ）を含む炭化水素基；
（３）ヘテロ置換炭化水素基、すなわち、本発明の状況において、主な炭化水素特性を有しつつ、環内またはそうでなければ炭素原子からなる鎖内に炭素以外の原子を含む置換基を含む、炭化水素基。ヘテロ原子としては、硫黄、酸素および窒素が挙げられる。一般に、炭化水素基中の炭素原子１０個あたり、２つ以下非炭化水素置換基、一実施形態においては、１つ以下の非炭化水素置換基が、存在する。
【００１４】
用語「低級」とは、アルキル、アルケニルおよびアルコキシのような用語と共に使用される場合、合計７個までの炭素原子を含むこのような基を示すことが意図される。
【００１５】
用語「水溶性」とは、２５℃の水１００ミリリットルあたり少なくとも１ｇ程度まで水に可溶性である物質をいう。
【００１６】
用語「燃料可溶性」とは、２５℃の燃料１００ミリリットルあたり少なくとも１ｇ程度まで燃料に可溶性である物質をいう。
【００１７】
用語「水燃料エマルジョン」は、水性炭化水素燃料／添加剤エマルジョンと交換可能である。
【００１８】
用語「水燃料ブレンド」は、水性炭化水素燃料と交換可能である。
【００１９】
用語「燃料−化学添加剤混合物」は、炭化水素燃料／添加剤混合物と交換可能である。
【００２０】
（連続プロセス）
本発明は、安定なエマルジョンを形成することによって水性炭化水素燃料を作製するための連続プロセスを提供し、ここで、水は、燃料の連続相に分散され、ここで、水滴は、１．０ミクロン以下の平均直径を有する。この液滴サイズは、容量で表される。本発明は、別の実施形態において、水性炭化水素燃料を連続的に作製するための装置を提供する。この連続プロセス装置は、少なくとも２つの連続した乳化ミキサー、タンク（炭化水素燃料、乳化剤、添加剤およびそれらの組み合わせ含む）、水を含むタンク、生成物タンク、ポンプ、燃料を移送するための導管、およびプログラム可能制御装置を備え、その結果、このプロセスは自動化され得る。
【００２１】
本発明の実施において、水性炭化水素燃料は、燃料、乳化剤、添加剤および／または水の流速をモニタリングおよび調節して、所望の水滴サイズを有する安定なエマルジョンを形成し得る連続プロセスによって作製される。以下に記載されるプロセスおよび装置は、連続プロセスの一実施形態を示す。図１を参照すると、この装置は、燃料添加剤タンク（１０）、水供給タンク（１４）、生成物タンク（１８）、第１の乳化デバイス（２２）、第２の乳化デバイス（２６）、および燃料ディスペンサー（３０）を備える。最初に、炭化水素燃料および乳化剤が、燃料添加剤タンク（１０）中で混合されて、均一な炭化水素燃料／添加剤混合物が形成される。別の実施形態において、炭化水素燃料、乳化剤および添加剤の供給物は、慎重な供給により、または慎重な供給の代替の組み合わせにより水タンク（１０）に添加されて、均一な炭化水素燃料／添加剤混合物が形成される。別の実施形態において、乳化剤、燃料および添加剤は、動的に混合され、そして連続的に供給され、次いで、水蒸気で処理されて、水性炭化水素燃料エマルジョンが形成される。
【００２２】
炭化水素燃料／添加剤混合物は、約５０重量％〜約９９重量％の炭化水素燃料、別の実施形態において、約８５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料、別の実施形態において、約９５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料を含み、そしてこの炭化水素燃料／添加剤混合物は、約０．０５重量％〜約２５重量％の乳化剤、別の実施形態において、約２重量％〜約１５重量％の乳化剤、別の実施形態において、約２重量％〜約５重量％の乳化剤をさらに含む。
【００２３】
必要に応じて、添加剤が、乳化剤、燃料、水またはそれらの組み合わせに添加され得る。この添加剤としては、セタン価向上剤、有機溶媒、不凍剤、界面活性剤、燃料において使用するために公知の他の添加剤などが挙げられるが、これらに限定されない。この添加剤は、この添加剤の溶解度に依存して、第１の乳化デバイスの前に、そしてあるいは別の方法では、乳化剤、添加水素燃料または水に添加される。しかし、この添加剤を乳化剤に添加して、添加剤乳化剤混合物を形成することが好ましい。この添加剤は一般に、添加剤乳化剤混合物の約１重量％〜約４０重量％、別の実施形態において、５重量％〜約３０重量％、別の実施形態において、約７重量％〜約２５重量％の範囲である。
【００２４】
炭化水素燃料／添加剤混合物ストリームは、炭化水素燃料タンク出口（３４）を出て、一般に毎分約０．５ガロン〜１０００ガロンの速度で導管（３８）を流れ、そして別の実施形態においては、導管（３８）を通って第一乳化デバイス（２２）へと、毎分約１０ガロン〜約６００ガロンの速度で流れる。炭化水素燃料／添加剤混合物：水の比は、約５０〜約９９：約５０〜約１の範囲であり、別の実施形態においては約８５〜約９５：約１５〜約５、別の実施形態においては約７５〜約８５：約２５〜約１５、そして別の実施形態においては、約７０〜約７５：約３０〜約２５の範囲である。
【００２５】
必要に応じて、不凍剤、硝酸アンモニウムまたはこれらの混合物（これらに限定されない）を含み得る水は、導管（４６）を通って水供給タンク出口（３６）から第一乳化デバイス（２２）へと、毎分０．５ガロン〜１０００ガロンの速度で流れ、別の実施形態においては、毎分約１０ガロン〜約６００ガロンの速度で流れる。硝酸アンモニウムは一般に、水溶液として水混合物中に添加される。１つの実施形態において、水、アルコールおよび／または硝酸アンモニウムは、ダイナミックに混合され、そして燃料添加剤ストリームに連続的に供給される。別の実施形態において、水、不凍剤、硝酸アンモニウムまたはこれらの混合物は、分離タンクおよびまたはそれらの組み合わせから第一乳化デバイス（２２）へと流れるか、または第一乳化デバイス（２２）の前に混合される。１つの実施形態において、水アルコール、水−硝酸アンモニウム、または水アルコール硝酸アンモニウム混合物は、第一乳化デバイス（２２）の前に、または第一乳化デバイス（２２）において、直ぐに炭化水素燃料添加剤混合物に出会う。
【００２６】
開始および停止の間、炭化水素燃料添加剤ストリームは、炭化水素燃料添加剤に対する水の比が、定常状態よりも決して大きくならないようなストリームである。
【００２７】
１つの実施形態において、燃料添加剤タンク（１０）と第一乳化デバイス（２２）の間に、供給ポンプ（４２）、フローメータ（４４）、遮断バルブ（４６）、チェックバルブ（４８）、温度ゲージ（５０）および圧力ゲージ（５３）が、連続して配置される。１つの実施形態において、水タンク（１４）と第一乳化デバイスとの間に、バルブ（５４）、水供給ポンプ（５６）、フローメータ（５８）、遮断バルブ（６０）およびチェックバルブ（６２）が連続して配置される。
【００２８】
第一剪断は、一般に、第一乳化デバイス（２２）の中であり、そして一般に周囲条件下で進行する。第一の乳化は、一般に、約０ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉの範囲、別の実施形態においては、約１０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉの範囲、そして別の実施形態においては、約１５ｐｓｉ〜約３０ｐｓｉの範囲の圧力低下で生じる。
【００２９】
第一乳化デバイス（２２）を使用して、成分を完全に混合し、燃料中のより不均一な水滴分布を生じ、そして水滴サイズを減少させるために必要ないくらかの剪断を与え、その結果、第二乳化デバイスは、所望の水滴サイズを提供する。この工程は、混合物を通じて、より不均一な成分濃度を分散させる。第一乳化デバイス（２２）をまた使用して、第二乳化ミキサー（２６）に供給される前に、添加剤が水性成分と良好に接触することを保証する。エマルジョンが１ミクロンより大きい（別の実施形態においては約１ミクロン〜約１０００ミクロン、そして別の実施形態においては約５０ミクロン〜約１００ミクロン、そして別の実施形態においては約１ミクロン〜約２０ミクロンの）平均液滴粒子サイズを有するように進行するまで、このエマルジョンは、第一乳化デバイス（２２）において混合される。
【００３０】
第一の乳化は、産業において使用される任意の方法（混合、機械的ミキサー攪拌、静的混合、剪断混合、音波混合、高圧ホモジナイザーなどが挙げられるが、これらに限定されない）によって生じる。第一乳化デバイスの例としては、Ａｑｕａｓｈｅａｒ、パイプライン静的混合などが挙げられるが、これらに限定されない。Ａｑｕａｓｈｅａｒは、低圧の水力剪断デバイスである。材料は、混合チャンバへと、穿孔穴を有する２つの外装板を通される。この２つの板は、対抗する回転フローを引き起こし、そして材料の混合を可能にする。Ａｑｕａｓｈｅａｒミキサーは、Ｆｌｏｗ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．から入手できる。
【００３１】
次いで、このエマルジョンは、導管（６８）を通って、第二乳化デバイス（２６）まで直接、第一乳化デバイス出口（６４）から流れ出す。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間には、中間の維持タンクは存在しない。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間に、導管（６８）に沿って、温度ゲージ（７０）、圧力ゲージ（７２）、バルブ（８０）およびフローメーター（８２）が連続して配置される。エマルジョンストリームは、第一乳化デバイス（２２）から第二乳化デバイス（２６）へと直接流れる。第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間には、維持タンクは存在しない。このエマルジョンは、第一乳化デバイス（２２）と第二乳化デバイス（２６）との間で熟成されない。一般に、第一乳化デバイス（２２）から第二乳化デバイス（２６）へと、このエマルジョンが流れる時間は、５分未満であり、別の実施形態では４分未満であり、別の実施形態では３分未満であり、別の実施形態では２分未満であり、別の実施形態では１分未満であり、そして別の実施形態では３０秒未満である。
【００３２】
第二の乳化は、高剪断デバイスであり、そして周囲条件下で生じる。第二乳化デバイス（２６）は、約０．０１ミクロン〜約１ミクロンの範囲、別の実施形態においては約０．１、ミクロン〜約０．９５ミクロンの範囲、別の実施形態においては約０．１ミクロン〜約０．８ミクロンの範囲、および別の実施形態においては約０．１ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲の平均粒子液滴サイズを有するエマルジョンを生じる。本発明の重要な特徴は、水性燃料生成物の水相が、１ミクロン未満の平均直径を有する水滴から構成されることである。従って、この第二の乳化は、このような平均粒子サイズを提供するに十分な条件下で実施される。
【００３３】
ＩＫＡ Ｗｏｒｋ Ｄｉｓｐａｘ、ＩＫ剪断ミキサーが挙げられるがこれらに限定されない、使用され得る高剪断デバイスとしては、３段階のローター／ステーターの組み合わせを有するＤＲ３−６が挙げられる。このローター／ステータージェネレーターの先端速度は、モーターを制御する可変性周波数ドライブによって異なり得る。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎミキサーは、ローター／ステーター設計を組み込む２段階ミキサーである。このミキサーは、遠心分離ポンプに類似した高容量ポンピング特徴を有する。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるインライン剪断ミキサー（ローター−ステーター乳化アプローチ）；Ｊｅｔ Ｍｉｘｅｒｓ（ベンチュリ型／キャビテーション剪断ミキサー）；Ｓｏｎｉｃ Ｃｏｒｐ．により製造されたＵｌｔｒａｓｏｎｏｌａｔｏｒ（超音波乳化アプローチ）；Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｉｎｃ．によって利用可能なＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ（高圧ホモジナイゼーション剪断ミキサー）；超音波ミキサー；および任意の他の利用可能な高剪断ミキサー。
【００３４】
連続して使用され、そして最終剪断サイズについて使用される１以上の乳化デバイスが存在し得る。これらの乳化デバイスは、水滴の平均粒子サイズを、１ミクロン未満まで減少させる能力を有するべきである。少なくとも２つの乳化デバイスを連続して使用することによって、さらなる剪断が、エマルジョンに向けられる。このことは、全体の粒子サイズを減少させ、そしてエマルジョン安定性を増大させる。第一乳化デバイスおよび第二乳化デバイスについて記載されるミキサーは、一般に相互交換可能であるが、第二乳化デバイスは、高剪断デバイスである必要がある。
【００３５】
次いで、このエマルジョンは、導管（８６）を通って、第二乳化デバイス（８４）から生成物タンク（１８）へと流れる。導管（８６）に沿って、サンプリングバルブ（８８）、温度ゲージ（９０）、圧力ゲージ（９２）およびチェックバルブ（９４）が連続して配置される。
【００３６】
この連続プロセスは、一般に、周囲条件下で実行される。この連続プロセスは、一般に、大気圧で行われる。この連続プロセスは、一般に、周囲温度で生じる。１つの実施形態において、この温度は、周囲温度〜約２１２°Ｆの範囲であり、別の実施形態においては約４０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲である。
【００３７】
プログラム可能な論理制御器（ｐｌｃ）（図１には示されない）は、水性炭化水素添加剤混合物、水および水性炭化水素燃料エマルジョンの連続的なフローを支配し、それによって所定の混和比に従って流速および混合比を制御するために提供される。このｐｌｃは、操作者による成分割合の入力を記憶する。次いで、ｐｌｃは、これらの割合を使用して、必要な各成分の容積／フローを規定する。連続フローシークエンスは、ｐｌｃ中にプログラムされる。ｐｌｃは、電子的に、全てのレベル切り替え、バルブ位置および流体メータをモニターする。
【００３８】
（実施例１）
この実施例は、連続プロセスによる、水混和燃料生成物の作製を示す。以下の組成を有する混合物を、これらの成分を一緒に（使用）することによって調製した。
【００３９】
２３．８重量％の２−エチルヘキシルニトレート；
７．１重量％のヘキサデシルスクシネート−アミノエステル／塩界面活性剤；
９．３重量％の水中５４重量％の硝酸アンモニウム；
４０重量％の２０００ Ｍｎ ＰＩＢスクシネート−アミノエステル−塩塩界面活性剤；
１９．８重量％の１０００ Ｍｎ ＰＩＢスクシネート−イミド／アミド界面活性剤。
【００４０】
約２．５重量％の上記添加剤乳化混合物を、ＢＰ Ｌｏｗ Ｓｕｌｆｕｒ Ｄｉｅｓｅｌ Ｓｕｐｒｅｍｅ燃料の約９７．５重量％まで添加し、そして連続的に混合して、炭化水素燃料混合物を生成する。この炭化水素燃料混合物を、毎分９．９２ガロンの流速で、室温にて、毎分約２．８ガロンの流速を有する水と混合した。次いで、この水−燃料を、導管を通して第一剪断ミキサーへとポンピングした。この第一剪断ミキサーは、毎分約１２ガロンの流速で、約７ｐｓｉｇの圧力低下を用いる、Ａｑｕａｓｈｅａｒ Ｍｉｘｅｒであった。次いで、得られたエマルジョンを導管を通して第二剪断ミキサー（約８０００ｒｐｍ（１分当たりの回転）で作動する３つの超微細混合要素を有する、１２ ＧＰＭ ＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ Ｄｉｓｐａｘミキサー）へとポンピングした。
【００４１】
このプロセシングストリームを、第一剪断ミキサーの入り口の可能な限り近くで導入した。この生成物を、導管を通して、第二剪断ミキサーから生成物タンクへとポンピングした。バッチプロセスを介して作製された同一処方物を用いる連続プロセスによって作製された得られたエマルジョンの粒子サイズを、以下に示す：
【００４２】
【表１】
【表２】
【００４４】
連続プロセスによって生成された水混和燃料生成物は、バッチプロセスによる処理時間よりも短い処理時間を含む。さらに、バッチプロセスにおいて、バッチ剪断プロセスの流体動力学に基づいて、水混和燃料生成物を生成するために必要とされる、最小で５の統計的タンクターンオーバーが存在する。統計的タンクターンオーバーの数は、混和ユニットのスループットと直接関連する。従って、同じ水混和燃料生成物を作製するための連続プロセスは、増大したスループットおよび効率に起因して、バッチプロセスを超えて重要である。
【００４５】
（エンジン）
本発明に従って操作され得るエンジンとしては、移動手段（海を含む）および定置電力プラントの両方についての全ての圧縮点火（内燃機関）エンジン（ディーゼル、ガソリンなどを含むがこれらに限定されない）が挙げられる。使用され得るエンジンとしては、自動車、トラック（例えば、全てのクラスのトラック）、バス（例えば、市内バス）、機関車、重税ディーゼルエンジン、定置機関（どんな定義でも）などが挙げられるが、これらに限定されない。オン道路エンジンおよびオフ道路エンジン（ｏｎ− ａｎｄ ｏｆｆ− ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅ）（新しいエンジンおよび使用中のエンジンを含む）が含まれる。これらには、１サイクル当たり２ストローク型のディーゼルエンジンおよび１サイクル当たり４ストローク型のディーゼルエンジンが挙げられる。
【００４６】
（水燃料エマルジョン）
１つの実施形態において、水燃料エマルジョンは、以下から構成される：連続燃料相；不連続な水相または水性相；および乳化量の乳化剤。このエマルジョンは、他の添加剤（セタン改善剤、有機溶媒、不凍剤などが挙げられるがこれらに限定されない）を含み得る。これらのエマルジョンは、以下の工程によって調製され得る：（１）標準的な混合技術を使用して、燃料、乳化剤および他の所望の添加剤を混合して、燃料−化学添加剤混合物（炭化水素燃料／添加剤混合物）を形成する工程；および（２）乳化条件下で、燃料−化学添加剤混合物を水（および必要に応じて不凍剤）と混合して、所望の水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する工程。あるいは、乳化剤において使用される水溶性化合物（ｉｉｉ）を、高剪断混合の前に水と混合し得る。
【００４７】
水性炭化水素燃料エマルジョンの水相または水性相は、１．０ミクロン未満の平均直径を有する液滴からなる。従って、このエマルジョンは一般に、剪断混合によって生じ、そしてこのような液滴サイズを生じるのに十分な条件下で実施される。
【００４８】
（液体炭化水素燃料）
液体炭化水素燃料は、炭化水素性石油留出燃料、非炭化水素性の水、油、植物由来の液体燃料、鉱物由来の液体燃料およびこれらの混合物を含む。液体炭化水素燃料は、任意および全ての炭化水素性石油留出燃料であり得、これには、ＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ４３９によって規定されるモーターガソリンまたはＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ３９６によって規定されるディーゼル燃料もしくは燃料油など（ケロシン、ナフサ、脂肪族化合物およびパラフィン系化合物）が挙げられるが、これらに限定されない。非炭化水素性物質を含む液体炭化水素燃料としては、以下が挙げられるがこれらに限定されない：アルコール（例えば、メタノール、エタノールなど）、エーテル（例えば、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテルなど）、有機窒素化合物など；植物もしくは鉱物供給源由来の液体燃料（例えば、トウモロコシ、アルファルファ、頁岩、石炭など）。液体炭化水素燃料はまた、１以上の炭化水素性燃料および１以上の比炭化水素性物質を含む。このような混合物の例は、ガソリンおよびエタノールの組み合わせ、ならびにディーゼル燃料およびエーテルの組み合わせである。
【００４９】
１つの実施形態において、この液体炭化水素燃料は、任意のガソリンである。一般に、ガソリンは、１０％蒸留点にて約６０℃〜９０％蒸留点にて約２０５℃のＡＳＴＭ蒸留範囲を有する炭化水素の混合物である。１つの実施形態において、このガソリンは、約１０ｐｐｍ以下の塩素含量によって特徴付けられる、無塩素または低塩素のガソリンである。
【００５０】
１つの実施形態において、この液体炭化水素燃料は、任意のディーゼル燃料である。これらのディーゼル燃料は代表的に、約３００℃〜約３９０℃、そして１つの実施形態では約３３０℃〜約３５０℃の範囲の９０％蒸留点温度を有する。これらの燃料の粘度は代表的に、４０℃にて約１．３〜約２４センチストークスの範囲に及ぶ。ディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ９７５に指定されるような、等級番号１−Ｄ、２−Ｄまたは４−Ｄのいずれかとして分類され得る。これらのディーゼル燃料は、アルコールおよびエステルを含み得る。１つの実施形態では、ディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ２６２２−８７に指定される試験方法によって決定した場合に約０．０５重量％までの硫黄含有量を有する（低硫黄ディーゼル燃料）。１つの実施形態では、ディーゼル燃料は、約１０ｐｐｍ以下の塩素含有量によって特徴付けられる、無塩素または低塩素のディーゼル燃料である。
【００５１】
通常は液体の炭化水素燃料は、約５０重量％〜約９５重量％、そして１つの実施形態では約６０重量％〜約９５重量％、そして１つの実施形態では約６５重量％〜約８５重量％、そして１つの実施形態では約７０重量％〜約８０重量％の濃度で本発明の水性炭化水素燃料組成物中に存在する。
【００５２】
（水）
水性炭化水素燃料エマルジョンを形成する際に使用される水は、任意の供給源から採取され得る。この水としては、水道水、脱イオン水、脱塩水、例えば、逆浸透または蒸留などを使用して精製された水が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５３】
この水は、約１重量％〜約５０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約５０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約４０重量％、そして１つの実施形態では約５重量％〜約２５重量％、そして１つの実施形態では約１０重量（ｗａｔｅｒ）％〜約２０重量（ｗａｔｅｒ）％の濃度で、本発明の水性炭化水素燃料組成物中に存在する。
【００５４】
（乳化剤）
この乳化剤は、以下から構成される：（ｉ）少なくとも１種の燃料可溶性生成物であって、該燃料可溶性生成物は、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する；（ｉｉ）少なくとも１つのイオン性または非イオン性化合物であって、該イオン性または非イオン性化合物は、１実施形態では、約１〜約４０、１実施形態では、約１〜約３０、１実施形態では約１〜約２０、および１実施形態では約１〜約１５の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有する；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；または（ｉｖ）水溶性化合物であって、該水溶性化合物は、（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）と組み合わせたアミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。この乳化剤は、この水燃料乳化剤中にて、約０．０５重量％〜約２０重量％、１実施形態では、約０．０５重量％〜約１０重量％、および１実施形態では、約０．１重量％〜約５重量％、および１実施形態では、約０．１重量％〜約３重量％の濃度で、存在し得る。
【００５５】
（燃料可溶性生成物（ｉ））
燃料可溶性生成物（ｉ）は、少なくとも１種の燃料可溶性生成物であり得、該燃料可溶性生成物は、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する。
【００５６】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、カルボン酸またはこのような酸の反応性等価物であり得る。これらの反応性等価物は、酸ハロゲン化物、無水物、またはエステル（部分エステルを含めて）などであり得る。これらのカルボン酸アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子、１実施形態では、約５０個〜約３００個の炭素原子、１実施形態では、約６０個〜約２００個の炭素原子を含有し得る。１実施形態では、これらのアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約７００〜約３０００、１実施形態では、約９００〜約２３００の数平均分子量を有する。
【００５７】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、１種またはそれ以上のα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬（これは、そのカルボキシル基を除いて、２個〜約２０個の炭素原子を含有する）と以下でさらに詳細に記述する１種またはそれ以上のオレフィン性重合体とを反応させることにより、製造され得る。
【００５８】
このα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬は、本質的に、一塩基性または多塩基性のいずれかであり得る。この一塩基性α，β−オレフィン性不飽和カルボン酸の例には、次式に相当するカルボン酸が挙げられる：
【００５９】
【化１】
【００６０】
このオレフィン重合体が誘導され得るオレフィンモノマーは、１個またはそれ以上のエチレン性不飽和基を有することにより特徴づけられる重合可能なオレフィンモノマーである。これらは、モノオレフィン性モノマー（例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテンおよび１−オクテン）またはポリオレフィン性モノマー（通常、ジオレフィン性モノマー（例えば、１，３−ブタジエンおよびイソプレン））であり得る。通常、これらのモノマーは、末端オレフィン（すなわち、＞Ｃ＝ＣＨ２基が存在することにより特徴づけられるオレフィン）である。しかしながら、ある種の内部オレフィン（これらは、時には、中間オレフィン（ｍｅｄｉａｌ ｏｌｅｆｉｎｓ）と呼ばれている）もまた、モノマーとして作用し得る。これらの中間オレフィンモノマーが用いられる場合、それらは、通常、インターポリマーであるオレフィン重合体を生成する末端オレフィンと組み合わせて、使用される。このオレフィン重合体はまた、芳香族基（特に、フェニル基および低級アルキル置換および／または低級アルコキシ置換フェニル基（例えば、パラ（第三級ブチル）フェニル基））および脂環式基（例えば、重合可能な環状オレフィンまたは脂環式置換した重合可能な環状オレフィン）を含有し得るものの、これらの炭化水素置換基は、通常、このような基を含有しない。それにもかかわらず、１，３−ジエンおよびスチレン（例えば、１，３−ブタジエンおよびスチレン）またはパラ（第三級ブチル）スチレンのようなインターポリマーから誘導したオレフィン重合体は、この一般規則の例外である。１実施形態では、このオレフィン重合体は、１種またはそれ以上のジエンから誘導した部分水素化重合体である。一般に、これらのオレフィン重合体は、約２個〜約３０個の炭素原子、１実施形態では、約２個〜約１６個の炭素原子を有する末端ヒドロカルビルオレフィンの単独重合体またはインターポリマーである。さらに典型的なクラスのオレフィン重合体は、２個〜約６個の炭素原子、特に、２個〜約４個の炭素原子を有する末端オレフィンの単独重合体およびインターポリマーからなる群から選択される。
【００６１】
これらのオレフィン重合体を調製するために使用され得る末端オレフィンモノマーおよび中間オレフィンモノマーの特定の例には、エチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、２−ペンテン、プロピレンテトラマー、ジイソブチレン、イソブチレントリマー、１，２−ブタジエン、１，３−ブタジエン、１，２−ペンタジエン、１，３−ペンタジエン、イソプレン、１，５−ヘキサジエン、２−クロロ−１，３−ブタジエン、２−メチル−１−ヘプテン、３−シクロヘキシル−１−ブテン、３，３−ジメチル−１−ペンテン、スチレン、ジビニルベンゼン、酢酸ビニル、アリルアルコール、１−メチル酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸エチル、エチルビニルエーテル、およびメチルビニルケトンが挙げられる。これらのうち、純粋なヒドロカルビルモノマーは、さらに典型的であり、末端オレフィンモノマーは、特に有用である。
【００６２】
１実施形態では、これらのオレフィン重合体は、ルイス酸触媒（例えば、塩化アルミニウムまたは三フッ化ホウ素）の存在下にて、Ｃ４精製流（これは、約３５重量％〜約７５重量％のブテン含量、および約３０重量％〜約６０重量％のイソブテン含量を有する）の重合により得られるもののようなポリイソブテン類である。これらポリイソブチレン類は、一般に、主として（すなわち、全繰り返し単位の約５０重量％より多い量で）、次式の立体配置のイソブテン繰り返し単位を含有する：
【００６３】
【化２】
【００６４】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、以下の式に対応して表わされるヒドロカルビル置換コハク酸または無水物である：
【００６５】
【化３】
【００６６】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤であり得、これは、ヒドロカルビル置換基およびコハク酸基からなる。これらのヒドロカルビル置換基は、上述のオレフィン性重合体から誘導される。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、平均して、少なくとも１．３個のコハク酸基、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個のコハク酸基、１実施形態では、約１．５個〜約２．５個のコハク酸基、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、約１．０個〜約１．３個のコハク酸基、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基、１実施形態では、約１．０個〜約１．１個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。
【００６７】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有し、該第一ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられる。
【００６８】
１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有し、該ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられる。
【００６９】
本発明の目的のために、このヒドロカルビル置換コハク酸のヒドロカルビル置換基の当量は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤中に存在している全ヒドロカルビル置換基の全重量をそのヒドロカルビル置換基が誘導されるポリオレフィンの数平均分子量（Ｍｎ）で割ることにより得られた数値であるとみなされる。それゆえ、もし、ヒドロカルビル置換アシル化剤が、４０，０００の全ヒドロカルビル置換基の全重量により特徴付けられ、それらのヒドロカルビル置換基が誘導されるポリオレフィンのＭｎ値が２０００であるなら、その置換コハク酸アシル化剤は、全体で２０（４０，０００／２０００＝２０）当量の置換基により、特徴付けられる。
【００７０】
コハク酸基と、このヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤中に存在している置換基の当量との比（「コハク酸比」とも呼ばれる）は、従来技術（例えば、ケン価化または酸価）を使用して、当業者により決定できる。例えば、無水マレイン酸がアシル化プロセスにおいて用いられる場合のコハク化比を計算するには、以下の式が使用できる。
【００７１】
【化４】
【００７２】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、アンモニアおよび／またはアミンを使用して、形成され得る。このアシル化剤と反応して生成物（ｉ）を形成するのに有用なアミンには、モノアミン、ポリアミン、およびそれらの混合物が挙げられる。
【００７３】
これらのモノアミンは、アミン官能性を１個だけ有するのに対して、これらのポリアミンは、２個またはそれ以上のアミン官能性を有する。これらのアミンは、第一級アミン、第二級アミンまたは第三級アミンであり得る。第一級アミンは、少なくとも１個の−ＮＨ２基が存在することにより、特徴付けられる；第二級アミンは、少なくとも１個のＨ−Ｎ＜基が存在することにより、特徴付けられる。第三級アミンは、その−ＮＨ２基またはＨ−Ｎ＜基中の水素原子をヒドロカルビル基で置き換えたこと以外は、第一級および第二級アミンと類似している。第一級および第二級モノアミンの例には、エチルアミン、ジエチルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、アリルアミン、イソブチルアミン、ココアミン、ステアリルアミン、ラウリルアミン、メチルラウリルアミン、オレイルアミン、Ｎ−メチルオクチルアミン、ドデシルアミンおよびオクタデシルアミンが挙げられる。第三級モノアミンの適切な例には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、モノメチルジメチルアミン、モノエチルジメチルアミン、ジメチルプロピルアミン、ジメチルブチルアミン、ジメチルペンチルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルヘプチルアミンおよびジメチルオクチルアミンが挙げられる。
【００７４】
このアミンは、ヒドロキシアミンであり得る。このヒドロキシアミンは、第一級、第二級または第三級アミンであり得る。典型的には、これらのヒドロキシアミンは、第一級、第二級または第三級アルカノールアミンである。
【００７５】
このアルカノールアミンは、次式により表わされ得る：
【００７６】
【化５】
【００７７】
上記ヒドロキシアミンの適切な例には、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジ−（３−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ−（３−ヒドロキシブチル）アミン、Ｎ−（４−ヒドロキシブチル）アミン、およびＮ，Ｎ−ジ−（２−ヒドロキシプロピル）アミンが挙げられる。
【００７８】
このアミンは、アルキレンポリアミンであり得る。次式により表わされるアルキレンポリアミンは、特に有用である：
【００７９】
【化６】
【００８０】
エチレンポリアミンは、有用である。これらは、「Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ａｍｉｎｅｓ（エチレンアミン）」の表題で、Ｋｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒの「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（第２版、７巻、２２〜３７ページ、Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９６５年））に詳細に記述されている。これらのポリアミンは、二塩化エチレンとアンモニアとの反応によってか、またはエチレンイミンと開環試薬（例えば、水、アンモニアなど）との反応によって調製される。これらの反応の結果、環状縮合生成物（例えば、ピペラジン）を含む、ポリアルキレンポリアミンの錯体混合物が生成する。
【００８１】
１実施形態では、このアミンは、ポリアミンボトムス（ｐｏｌｙａｍｉｎｅ ｂｏｔｔｏｍｓ）またはヘビーポリアミン（ｈｅａｖｙ ｐｏｌｙａｍｉｎｅ）である。「ポリアミンボトムス」との用語は、これらのポリアミンボトムスを残基として残すように、ポリアミン混合物をストリッピングして、低分子量ポリアミンおよび揮発性成分を除去することにより得られるポリアミンを意味する。１実施形態では、これらのポリアミンボトムスは、約２重量％未満の全ジエチレントリアミンまたはトリエチレンテトラミンを有するとして特徴付けられる。有用なポリアミンボトムスは、Ｅ−１００の商品名称で、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手できる。この物質は、１５．６℃で１．０１６８の比重、３３．１５重量％の窒素含量、および４０℃で１２１センチストークスの粘度を有するとして、記述されている。使用され得る別のポリアミンボトムスは、ＨＰＡ−Ｘの商品名称で、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅから市販されている。このポリアミンボトムス生成物は、環状縮合生成物（例えば、ピペラジン）およびジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンのより高級な同族体（ｈｉｇｈｅｒ ａｎａｌｏｇ）などを含有する。
【００８２】
「ヘビーポリアミン」との用語は、１分子あたり７個以上の窒素原子を含有するポリアミン、または１分子あたり７個以上の窒素、および１分子あたり２個以上の第一級アミンを含有するポリアミンオリゴマーを意味する。これらは、欧州特許第ＥＰ０７７００９８号に記載されており、その内容は、このようなヘビーポリアミンの開示について、本明細書中で参考として援用されている。
【００８３】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、塩、エステル、エステル／塩、アミド、イミド、またはそれらの２種以上の組合せであり得る。この塩は、このアシル化剤およびアンモニアまたはアミンの分子残基を含む内部塩であり得、ここで、これらのカルボキシル基の１個は、同じ基内の窒素原子にイオン結合する；または、それは、外部塩であり得、ここで、そのイオン性の塩は、同じ分子の一部ではない窒素原子で形成される。１実施形態では、このアミンは、ヒドロキシアミンであり、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換無水コハク酸であり、得られる燃料可溶性生成物は、半分のエステルおよび半分の塩（すなわち、エステル／塩）である。１実施形態では、このアミンは、アルキレンポリアミンであり、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換無水コハク酸であり、得られる燃料可溶性生成物は、スクシンイミドである。
【００８４】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、所望の生成物の形成を提供する条件下にて実行される。典型的には、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤およびアンモニアまたはアミンは、共に混合され、そして必要に応じて、通常液体の、実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤の存在下で、所望生成物が形成されるまで、約５０℃〜約２５０℃、１実施形態では、約８０℃〜約２００℃の範囲の温度まで、加熱される。１実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤およびアンモニアまたはアミンは、アンモニアまたはアミン１当量あたり、約０．３〜約３当量のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤を提供するのに十分な量で反応される。１実施形態では、この比は、約０．５：１〜約２：１であり、１実施形態では、約１：１である。
【００８５】
１実施形態では、燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下の（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）を含有する：（ｉ）（ａ）第１燃料可溶性生成物であって、この第１燃料可溶性生成物は、第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第１アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する；および（ｉ）（ｂ）第２燃料可溶性生成物であって、この第２燃料可溶性生成物は、第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第２アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する。この実施形態では、生成物（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）は、異なる。例えば、第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量とは異なり得る。１実施形態では、第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約１５００〜約３０００の範囲、１実施形態では、約１８００〜約２３００の範囲であり得、そして、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の範囲であり得る。第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有する。第１ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、少なくとも約１．３個、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。第１燃料可溶性生成物（ｉ）（ａ）で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル／塩の形状であり得る。第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、この第２ポリイソブテン置換無水コハク酸のポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有する。この第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。この第２燃料可溶性生成物（ｉ）（ｂ）で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル／塩の形状であり得るか、またはこのアミンは、アルキレンポリアミンであり得、その生成物は、スクシンイミドの形状であり得る。燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下から構成され得る：約１重量％〜約９９重量％、１実施形態では、約３０重量％〜約７０重量％の生成物（ｉ）（ａ）；および約９９重量％〜約１重量％、１実施形態では、約７０重量％〜約３０重量％の生成物（ｉ）（ｂ）。
【００８６】
１実施形態では、燃料可溶性生成物（ｉ）は、以下の（ｉ）（ａ）および（ｉ）（ｂ）を含有する：（ｉ）（ａ）第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第１アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、第１ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤；および（ｉ）（ｂ）第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第２アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有し、この第１アシル化剤および第２アシル化剤は、同一または異なり；この第１アシル化剤および第２アシル化剤は、２個以上の第一級アミノ基、２個以上の第二級アミノ基、少なくとも１個の第１級アミノ基および少なくとも１個の第二級アミノ基、少なくとも２個の水酸基、または少なくとも１個の第１級または第二級アミノ基および少なくとも１個の水酸基を有する化合物から誘導した連結基により、共にカップリングされており；このカップリングしたアシル化剤は、アンモニアまたはアミンと反応される。第１アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量と同一または異なり得る。１実施形態では、第１および／または第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約１５００〜約３０００の範囲、１実施形態では、約１８００〜約２３００の範囲であり得る。１実施形態では、第１および／または第２アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の範囲であり得る。第１および／または第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、１実施形態では、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有する。第１および／または第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、少なくとも約１．３個、１実施形態では、約１．３個〜約２．５個、１実施形態では、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。第１および／または第２ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約７００〜約１３００、１実施形態では、約８００〜約１０００の数平均分子量を有する。第１および／または第２ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．０個〜約１．３個、１実施形態では、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。その連結基は、上述のアミンまたはヒドロキシアミンのいずれかから誘導され得、これらは、２個以上の第一級アミノ基、２個以上の第二級アミノ基、少なくとも１個の第一級アミノ基および少なくとも１個の第二級アミノ基を有するか、または少なくとも１個の第一級または第二級アミノ基および少なくとも１個の水酸基を有する。この連結基はまた、ポリオールから誘導され得る。このポリオールは、次式により表わされる化合物であり得る：
Ｒ−（ＯＨ）ｍ
ここで、上式では、Ｒは、ｍの原子価を有する有機基であり、Ｒは、炭素−酸素結合を介して、このＯＨ基に結合され、そしてｍは、２〜約１０、１実施形態では、２〜約６の整数である。このポリオールは、グリコールであり得る。アルキレングリコールが有用である。使用され得るポリオールの例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、１，２−ブタンジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、２，３−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、１，７−ヘプタンジオール、２，４−ヘプタンジオール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，４−ヘキサントリオール、１，２，５−ヘキサントリオール、２，３，４−ヘキサントリオール、１，２，３−ブタントリオール、１，２，４−ブタントリオール、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、１，１０−デカンジオール、ジギタロース、２−ヒドロキシメチル−２−メチル−１，３−プロパンジオール（トリメチロールエタン）、または２−ヒドロキシメチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール（トリメチロールプロパン）などが挙げられる。前述のものの２種以上の混合物が、使用され得る。
【００８７】
これらの連結生成物の調製で利用される反応物の比は、広範囲にわたって変わり得る。一般に、第１および第２アシル化剤の各々の各当量に対して、少なくとも約１当量の連結化合物が使用される。連結化合物の上限は、第１および第２アシル化剤の各当量に対して、約２当量の連結化合物である。一般に、第１アシル化剤：第２アシル化剤の当量比は、約４：１〜約１：４、１実施形態では、約１．５：１である。
【００８８】
第１および第２アシル化剤の当量数は、各々に存在しているカルボン酸官能基の総数に依存している。これらのアシル化剤の各々に対する当量数を決定する際に、カルボン酸アシル化剤として反応できないカルボキシル官能性は、除外される。しかしながら、一般に、これらのアシル化剤中の各カルボキシ基について、１当量の各アシル化剤が存在している。例えば、１モルのオレフィン重合体および１モルの無水マレイン酸の反応から誘導される無水物中なら、２当量が存在することになる。
【００８９】
１当量のポリアミンの重量は、ポリアミンの分子量を、この分子に存在する窒素の総数により除算したものである。ポリアミンが、連結化合物として用いられる場合、第三級アミノ基を計数しない。１当量のポリアミンの市販の混合物の重量は、窒素の原子量（１４）を、ポリアミンの中に含まれる％Ｎで除算することにより、決定され得；従って、３４の％Ｎを有するポリアミン混合物は、４１．２の当量を有する。１当量のアンモニアまたはモノアミンの重量は、それらの分子量に等しい。
【００９０】
１当量のポリオールの重量は、その分子量を、分子の中に存在するヒドロキシル基の総数により除算したものである。従って、１当量のエチレングリコールの重量は、その分子量の１／２である。
【００９１】
連結化合物として使用される１当量のヒドロキシアミンの重量は、その分子量を、分子の中に存在する−ＯＨ基、＞ＮＨ基および−ＮＨ２基の総数により除算したものに等しい。
【００９２】
第１および第２アシル化剤は、従来のエステルおよび／またはアミド形成技術に従って、この連結化合物と反応され得る。これは、通常、必要に応じて、通常液体の、実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤の存在下でアシル化剤と連結化合物とを加熱することを含む、少なくとも約３０℃の温度から最も低い分解温度を有する反応成分および／または生成物の分解温度までの温度が用いられ得る。この温度は、これらのアシル化剤が無水物である場合、約５０℃〜約１３０℃、１実施形態では、約８０℃〜約１００℃の範囲であり得る。他方、これらのアシル化剤が酸である場合、この温度は、約１００℃〜約３００℃の範囲であり得、約１２５℃〜約２５０℃の範囲の温度が、しばしば、使用される。
【００９３】
この反応により製造した連結生成物は、これらのアシル化剤の各々の電荷および連結化合物上の反応部位の数に依存した統計的混合物の形態であり得る。例えば、等モル比の第１および第２アシル化剤を、エチレングリコールと反応させる場合、その生成物は、以下の（１）、（２）および（３）の混合物から構成される：（１）１分子の第１アシル化剤がエチレングリコールを介して１分子の第２アシル化剤と連結した化合物の約５０％；（２）２分子の第１アシル化剤がエチレングリコールを介して結合した化合物の約２５％；および（３）２分子の第２アシル化剤がエチレングリコールを介して共に結合した化合物の約２５％。
【００９４】
連結されたアシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、従来の技術を用いて塩、エステル／塩、アミドまたはイミド形成条件下で実行され得る。代表的には、これらの成分は互いに混合され、そして、必要に応じて、通常の液体（実質的に不活性な有機液体溶媒／希釈剤）の存在下で、所望の塩生成物が形成されるまで、約２０℃から、最も低い分解温度を有する反応成分および／または生成物の分解温度までの範囲の温度、および１つの実施形態では、約５０℃〜１３０℃の範囲の温度、および１つの実施形態では約８０℃〜約１１０℃の範囲の温度まで加熱される。
【００９５】
以下の実施例は、上記の燃料可溶性生成物の調製を例証するために提供される。
【００９６】
（実施例２）
１２リットルの４つ口フラスコに、Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（７５１３ｇ）を充填する。Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（これは、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ａｄｉｂｉｓから入手可能な生成物である）は、ポリイソブテン置換無水コハク酸の混合物から構成され、ここで６０重量％が第１ポリイソブテン置換無水コハク酸（ここで、このポリイソブテン置換基は、２３００の数平均分子量を有し、そして８０重量％のメチルビニリデン異性体含量を有するポリイソブテンから誘導される）であり、そして４０重量％が、第２のポリイソブテン置換無水コハク酸である（ここで、このポリイソブテン置換基は、１０００の数平均分子量を有し、そして８５重量％のメチルビニリデン異性体含量を有するポリイソブテンから誘導される）。生成物は、３０重量％の希釈オイル含量、および１．４のコハク酸化（ｓｕｃｃｉｎａｔｉｏｎ）比（未反応ポリイソブテンについて補正した後）を有する。このフラスコにオーバーヘッドスターラー、熱電対、頂部に窒素の入口を備えた添加漏斗、および凝縮器を備え付ける。無水コハク酸混合物を撹拌し、そして９５℃まで加熱し、そしてエチレングリコール（１３７ｇ）を、５分間かけて、添加漏斗で添加する。得られる混合物を撹拌し、そして１０２〜１０７℃で４時間維持する。反応温度が１０７℃を超えないように、ジメチルエタノールアミン（３９２ｇ）をこの混合物に３０分間かけて充填する。この混合物を２時間１００〜１０５℃で維持し、ろ過し、褐色の粘性の生成物を得る。
【００９７】
（実施例３）
３リットルの４つ口フラスコに、Ａｄｉｂｉｓ ＡＤＸ １０１Ｇ（１４１０ｇ）を充填する。このフラスコにオーバーヘッドスターラー、熱電対、頂部に窒素の入口を備えた添加漏斗、および凝縮器を備え付ける。無水コハク酸混合物を撹拌し、そして６１℃まで加熱する。エチレングリコール（２６．３ｇ）を、５分間かけて、添加漏斗で添加する。得られる混合物を撹拌し、そして１０５〜１１０℃に加熱し、その温度で４．５時間維持する。この混合物を９６℃に冷却し、反応温度が１００℃を超えないように、ジメチルアミノエタノール（７７．１ｇ）をこの混合物に５分間かけて充填する。この混合物を１時間９５℃で維持し、次いで、１６０℃で４時間維持する。生成物は、褐色の粘性生成物である。
【００９８】
燃料可溶性生成物（ｉ）は、水燃料エマルジョン中、エマルジョンの総重量に基づいて、約１５重量％までの濃度、そして１つの実施形態において約０．１〜約１５重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約１０重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約５重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約２重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約１重量％の濃度で、そして１つの実施形態において、約０．１〜約０．７重量％の濃度で存在し得る。
【００９９】
（イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ））
イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）は、約１〜約４０、そして１つの実施形態において、約４〜約１５の範囲の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ、これは、界面活性剤分子上の極性（親水性）基および非極性（親油性）基のサイズおよび強度をいう）を有する。これらの化合物の例は、Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ ＆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎの「ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ」、１９９８に開示される。Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｅｄｉｔｉｏｎ，１−２３５頁、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎの１−１９９頁は、約１〜約４０（１つの実施形態において約１〜約３０、１つの実施形態において約１〜２０、そして別の実施形態において約１〜約１０）の範囲のＨＬＢを有するこのようなイオン性および非イオン性化合物の開示について本明細書中で参考として援用される。有用な化合物には、アルカノールアミド、アルキルアリールスルホネート、アミンオキシド、ポリ（オキシアルキレン）化合物（アルキレンオキシド繰返し単位を含むブロックコポリマーを含む）、カルボキシル化アルコールエトキシレート、エトキシル化アルコール、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化アミンおよびアミド、エトキシル化脂肪酸、エトキシル化脂肪エステルおよびオイル、脂肪エステル、脂肪酸アミド、グリセロールエステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリドおよび誘導体、オレフィンスルホネート、リン酸エステルおよび誘導体、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸またはアルコールまたはアルキルフェノール、ソルビタン誘導体、スクロースエステルおよび誘導体、スルフェートまたはアルコールまたはエトキシル化アルコールまたは脂肪エステル、ドデシルおよびトリデシルベンゼンのスルホン酸塩、または縮合ナフタレンまたは石油、スルホサクシネートおよび誘導体、ならびにトリデシルおよびドデシルベンゼンスルホン酸が挙げられる。
【０１００】
１つの実施形態において、このイオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）は、約１２〜約３０個の炭素原子を有するアシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることによって作製される燃料可溶性生成物である。このアシル化剤は、約１２〜約２４個の炭素原子を含み得、そして１つの実施形態において、約１２〜約１８個の炭素原子を含み得る。このアシル化剤は、カルボン酸またはその反応性等価物であり得る。この反応性等価物には、酸ハライド、無水物、エステルなどが挙げられる。これらのアシル化剤は、一塩基酸または多塩基酸であり得る。この多塩基酸は、好ましくは、ジカルボン酸であるが、トリカルボン酸およびテトラカルボン酸も使用され得る。これらのアシル化剤は脂肪酸であり得る。例には、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。これらのアシル化剤は、それぞれ以下の式で表される、コハク酸または無水コハク酸であり得る：
【０１０１】
【化７】
【０１０２】
１つの実施形態では、イオン性または非イオン性の化合物（ｉｉ）は、無水ヘキサデシルコハク酸とジメチルエタノールアミンとを、約１：１から約１：１．５までの当量比（すなわち、カルボニル：アミンの比）（１つの実施形態では、約１：１．３５）で反応させることにより作製されるエステル／塩である。
【０１０３】
イオン性または非イオン性の化合物（ｉｉ）は、約１５重量％まで、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１５重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１０重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約５重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約３重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１重量％の濃度で、水燃料エマルジョン中に存在し得る。
【０１０４】
（水溶性化合物）
水溶性化合物は、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、またはこれらの２つ以上の混合物であり得る。これらの化合物は、上記の燃料可溶性生成物（ｉ）およびイオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）とは異なる。これらの水溶性化合物としては、有機硝酸アミン、硝酸エステル、アジド、ニトラミン、およびニトロ化合物が挙げられる。アルカリ金属およびアルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸塩、硫化物、スルホン酸塩なども含まれる。
【０１０５】
以下の式
ｋ［Ｇ（ＮＲ３）ｙ］ｙ＋ｎＸｐ−
により表されるアミンまたはアンモニウム塩が特に有用であり、ここでＧは、水素または１〜約８個の炭素原子（そして１つの実施形態では１〜約２個の炭素原子）のｙ価を有する有機基であり；各Ｒは、独立して水素または１〜約１０個の炭素原子（そして１つの実施形態では１〜約５個の炭素原子、そして１つの実施形態では、１〜約２個の炭素原子）のヒドロカルビル基であり；Ｘｐ−は、ｐ価を有するアニオンであり；そしてｋ、ｙ、ｎおよびｐは、独立して少なくとも１の整数である。ＧがＨ、ｙが１である場合、正電荷ｋｙ＋の和は、負電荷ｎＸｐ−の和に等しい。１つの実施形態では、Ｘは、硝酸イオンであり；そして１つの実施形態では、Ｘは、酢酸イオンである。例としては、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸メチルアンモニウム、酢酸メチルアンモニウム、エチレンジアミン二酢酸、硝酸尿素、尿素および硝酸グアニジウムが挙げられる。硝酸アンモニウムは、特に有用である。
【０１０６】
１つの実施形態では、水溶性化合物は、エマルジョン安定剤として機能する。すなわち、これは、水燃料エマルジョンを安定化するように作用する。従って、１つの実施形態において、水溶性化合物は、エマルジョン安定量で水燃料エマルジョン中に存在する。
【０１０７】
１つの実施形態では、この水溶性化合物は、燃焼改良剤として機能する。燃焼改良剤は、燃料組成物の質量燃焼速度を増加させる能力により特徴付けられる。このような燃焼改良剤の存在は、エンジンの出力の改善をもたらす。従って、１つの実施形態において、水溶性化合物は、燃焼改善量で水燃料エマルジョン中に存在する。
【０１０８】
この水溶性化合物は、約０．００１〜約１重量％（１つの実施形態では、約０．０１〜約１重量％）の濃度で、水燃料エマルジョン中に存在し得る。
【０１０９】
（セタン向上剤）
１つの実施形態では、水燃料エマルジョンは、セタン向上剤を含む。有用であるセタン向上剤としては、過酸化物、ニトレート、ニトリト、ニトロカルバメートなどが挙げられるが、これらに限定されない。有用なセタン向上剤としては、ニトロプロパン、ジニトロプロパン、テトラニトロメタン、２−ニトロ−２−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ニトロ−１−プロパノールなどが挙げられるが、これらに限定されない。置換または非置換の脂肪族アルコールまたは脂環式アルコール（これらのアルコールは、一価であってもよいし、多価であってもよい）の硝酸エステルもまた含まれる。これらとしては、約１０個までの炭素原子（１つの実施形態では、約２〜約１０個の炭素原子）を有する置換または非置換のアルキルニトレートまたはシクロアルキルニトレートが挙げられる。アルキル基は、直鎖アルキル基もしくは分枝アルキル基、または直鎖アルキル基および分枝アルキル基の混合のいずれかであり得る。例としては、メチルニトレート、エチルニトレート、ｎ−プロピルニトレート、イソプロピルニトレート、アリルニトレート、ｎ−ブチルニトレート、イソブチルニトレート、ｓｅｃ−ブチルニトレート、ｔｅｒｔ−ブチルニトレート、ｎ−アミルニトレート、イソアミルニトレート、２−アミルニトレート、３−アミルニトレート、ｔｅｒｔ−アミルニトレート、ｎ−ヘキシルニトレート、ｎ−ヘプチルニトレート、ｎ−オクチルニトレート、２−エチルヘキシルニトレート、ｓｅｃ−オクチルニトレート、ｎ−ノニルニトレート、ｎ−デシルニトレート、シクロペンチルニトレート、シクロヘキシルニトレート、メチルシクロヘキシルニトレートおよびイソプロピルシクロヘキシルニトレートが挙げられる。アルコキシ置換脂肪族アルコールの硝酸エステル（例えば、２−エトキシエチルニトレート、２−（２−エトキシ−エトキシ）エチルニトレート、１−メトキシプロピル−２−ニトレート、４−エトキシブチルニトレートなど）、およびジオールニトレート（例えば、１，６−ヘキサメチレンジニトレート）もまた、有用である。特に有用なセタン向上剤は、２−エチルヘキシルニトレートである。
【０１１０】
水燃料エマルジョン中のセタン向上剤の濃度は、所望のセタン価をこのようなエマルジョンに提供するに十分な任意の濃度であり得る。１つの実施形態では、セタン向上剤の濃度は、約１０重量％までのレベルであり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約１０重量％であり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約５重量％であり、そして１つの実施形態では、約０．０５〜約１重量％である。
【０１１１】
（さらなる添加剤）
前述の材料に加えて、当業者に周知である他の燃料添加剤が、本発明の水燃料エマルジョンに使用され得る。これらには、染料、アルキル化コハク酸および無水アルキル化コハク酸のようなさび止め剤、細菌発育阻止剤、ゴム状化インヒビター、金属非活性化剤、シリンダー上部の潤滑剤などが挙げられるが、これらに限定されない。これらのさらなる添加剤は、水燃料エマルジョンの総重量に基づいて約１重量％までの濃度で使用され得、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約１重量％である。
【０１１２】
本発明の水燃料エマルジョン中の化学添加剤（上記の乳化剤を含む）の総濃度は、約０．０５〜約３０重量％であり得、そして１つの実施形態では、約０．１〜約２０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１５重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約１０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約５重量％の範囲であり得る。
【０１１３】
（有機溶媒）
添加剤（上記の乳化剤を含む）は、ナフサ、ベンゼン、トルエン、キシレンまたはディーゼル燃料のような実質的に不活性な、通常は液体の有機溶媒で希釈されて、添加剤濃縮物を形成し得、これは次いで、燃料および水と混合されて、水燃料エマルジョンを形成する。これらの濃縮物（推定）は、一般に、約１０重量％〜約９０重量％の前述の溶媒を含む。
【０１１４】
これらの水燃料エマルジョンは、約６０重量％まで（１つの実施形態では、約０．０１〜約５０重量％、そして１つの実施形態では、約０．０１〜約２０重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約５重量％、そして１つの実施形態では、約０．１〜約３重量％）の有機溶媒を含み得る。
【０１１５】
（不凍剤）
１つの実施形態では、本発明の水燃料エマルジョンは、不凍剤を含む。不凍剤は、代表的にはアルコールである。例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、グリセロールおよびこれらの２つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。不凍剤は、代表的には、水燃料エマルジョン中で使用される水の凍結を防ぐに十分な濃度で使用される。従って、この濃度は、燃料が貯蔵もしくは使用される温度に依存する。１つの実施形態では、この濃度は、水燃料エマルジョンの重量に基づいて、２０重量％までのレベルであり、そして１つの実施形態では、約０．１〜約２０重量％であり、そして１つの実施形態では、約１〜約１０重量％である。
【０１１６】
（実施例４）
本実施例は、本発明の水−ディーゼル燃料エマルジョンの例示的な例を提供する。以下に示される数値は、重量部である。
【０１１７】
【表３】
２脂肪族溶媒。
【０１１８】
エマルジョンを、従来の混合を使用して、水を除いて、処方物ＡおよびＢにおける全ての成分を混合することによって調製する。次いで、得られたディーゼル燃料−化学添加剤混合物を、高剪断混合条件下で水と混合して、水−ディーゼルエマルジョンを得る。高剪断ミキサーは、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｔｄ．によって、Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＡＤＩＬ ４Ｓ−３０で提供され、これは、４つの超微細分散ヘッド（ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｈｅａｄｓ）および二重作用メカニカルシールを備えた、４段階複数剪断インラインミキサーとして識別される。
【０１１９】
（実施例５）
水−燃料エマルジョンについてのさらなる処方物を以下に示す。以下に示される数値は、重量部である。以下に示される乳化剤１は、実施例３に示される乳化剤と同じである。乳化剤２は、ポリイソブテン−（Ｍｎ＝２０００）置換無水コハク酸（ポリイソブテンに対するコハク酸基の当量比が１．７）をジメチルエタノールアミンと、１：１の当量比（１モルの無水コハク酸基 対 ２モルのアミン）で反応させることによって調製されるエステル／塩である。乳化剤３は、ポリイソブテン−（Ｍｎ＝１０００）置換無水モノコハク酸およびエチレンポリアミン混合物（約８０重量％のヘビーポリアミンおよび２０重量％のジエチレントリアミンからなる）から誘導されるスクシンイミドである。有機溶媒は、芳香族溶媒である。
【０１２０】
【表４】
【０１２１】
【表５】
実施例および本発明の上記説明から、当業者は、本発明における改良、変更および改変を認知する。このような改良、変更および改変は、特許請求の範囲によって網羅されることが意図される。
【０１２２】
本発明を、その好ましい実施形態に関して説明してきたが、明細書を読むに際してそれらの種々の改変が当業者に明らかとなることが理解されるべきである。従って、本明細書中で開示される発明が、添付の請求の範囲の範囲内に含まれる場合には、そのような改変を網羅することが意図されることが理解されるべきである。
Claims (10)
- 水性炭化水素燃料を製造するためのプロセスであって：
（ａ）約５０重量％〜約９９重量％の液体炭化水素燃料および約０．０５重量％〜約２５重量％の乳化剤を含む炭化水素燃料／添加剤混合物を調製する工程であって、該乳化剤が、（ｉ）少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤をアンモニアまたはアミンと反応させることによって製造される少なくとも１種の燃料可溶性生成物であって、該ヒドロカルビル置換アシル化剤が、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、少なくとも１種の燃料可溶性生成物；（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランスを有する、少なくとも１種のイオン性または非イオン性化合物；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；あるいは（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）と組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、硝酸エステル、ニトラミン、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびこれらの混合物、からなる群より選択される水溶性化合物、あるいは（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）と組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、硝酸エステル、ニトラミン、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびこれらの混合物、からなる群より選択される水溶性化合物から構成され、そしてここで、該炭化水素燃料／添加剤混合物が、約８５重量％〜約９９．９重量％の液体炭化水素燃料および約０．１重量％〜約１５重量％の乳化剤を含む、工程；
（ｂ）該炭化水素燃料および乳化剤を、水、水−不凍剤、水硝酸アンモニウム、水−不凍剤硝酸アンモニウム混合物またはこれらの組み合わせからなる群より選択される水混合物を用いて乳化して、第１乳化デバイス内で１ミクロンより大きい平均直径を有する水粒子サイズを有する水性炭化水素燃料／添加剤エマルジョンを形成する工程であって、炭化水素燃料／添加剤混合物：水の比が、約８５〜約９５：約１５〜約５の範囲であり、そして該炭化水素燃料／添加剤混合物が、１分当たり約０．５ガロン〜約１０００ガロンの範囲の速度で流れ、そして該水混合物が、０．５ガロン〜約１０００ガロンの範囲の速度で流れる、工程；
（ｃ）該水性炭化水素燃料／添加剤エマルジョンを第２乳化デバイスに直接移す工程；
（ｄ）該第２乳化デバイス中で、１ミクロン未満の平均直径を有する粒子サイズに該エマルジョンを剪断する速度で、該水性炭化水素燃料／添加剤エマルジョンを混合する工程；
（ｅ）工程（ｄ）由来の該水性炭化水素燃料添加剤エマルジョンを、保存タンクに移す工程、を包含し、ここで、該プロセスが、連続プロセスである、プロセス。 - 前記水溶性化合物が硝酸アンモニウムである、請求項１に記載のプロセス。
- 請求項１に記載のプロセスであって、前記乳化剤（ｉ）が、（ｉ）（ａ）アシル化剤とアルカノールアミンとの、少なくとも１種の反応生成物、および（ｉ）（ｂ）アシル化剤と、ポリアミンボトムス、少なくとも１種のヘビーポリアミンまたはこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種のエチレンポリアミンとの、少なくとも１種の反応生成物の組み合わせである、プロセス。
- 請求項１に記載のプロセスであって、前記炭化水素燃料／添加剤混合物に、セタン向上剤、有機溶媒、界面活性剤、他の燃料添加剤およびこれらの組み合わせからなる群より選択される添加剤を、添加剤乳化剤混合物の約１重量％〜約４０重量％の範囲で添加する工程を包含する、プロセス。
- 請求項１に記載のプロセスであって、前記炭化水素燃料／添加剤混合物および水を、前記第１混合デバイスの前、該第１混合デバイス中またはその組み合わせで組み合わせる工程を包含し、ここで、前記第１乳化工程と前記第２乳化工程との間に炭化水素燃料添加剤水エマルジョンのエージングがない、プロセス。
- 請求項１に記載のプロセスであって、前記炭化水素燃料／添加剤混合物が、１分当たり約１０ガロン〜約６００ガロンの範囲の速度で流れ、そして前記水混合物が、約１０ガロン〜約６００ガロンの範囲の速度で流れ、そしてここで、炭化水素燃料／添加剤混合物：水の比が、約８５〜約９５：約１５〜約５の範囲である、プロセス。
- 請求項１に記載のプロセスであって、前記第１乳化が、約１ミクロンより大きい〜約１０００ミクロンの範囲の平均液滴粒子サイズを有するエマルジョンを生じ、そして前記第２乳化が、約０．０１ミクロン〜約１ミクロンの範囲の平均液滴粒子サイズを有するエマルジョンを生じる、プロセス。
- 水性炭化水素燃料を連続的に製造するための装置であって、
（ａ）連続した少なくとも２つの乳化デバイスであって、該２つの乳化デバイスの間に保持タンクがない、乳化デバイス；
（ｂ）炭化水素燃料／添加剤混合物を含むタンク；
（ｃ）該タンクから第１乳化デバイスに、該炭化水素燃料／添加剤混合物を移すための導管；
（ｄ）水供給源から該第１乳化デバイスに、水を移すための導管；
（ｅ）該第１乳化デバイスから第２乳化デバイスに、該水性炭化水素燃料エマルジョンを移すための導管；
（ｆ）該第２乳化デバイスから燃料保存タンクまたは燃料供給される物体に、該水性炭化水素燃料エマルジョンを移すための導管；
（ｈ）該燃料保存タンクから該水性炭化水素燃料エマルジョンを分配するための導管；
（ｉ）該連続プロセスを自動的に制御するためのプログラム可能論理制御装置、
を備え、ここで、該水性炭化水素燃料エマルジョンが、１ミクロン未満の平均液滴粒子サイズを有する、装置。 - 請求項８に記載の装置であって、前記第１乳化デバイスが、剪断ミキサー、機械的ミキサー、かきまぜ機、攪拌タンク、スタティックミキサー、音響ミキサー、パイプラインスタティックミキサー、液圧剪断ミキサー、回転剪断ミキサー、アクアシヤーミキサー、高圧ホモジナイザー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択され、そして前記第２乳化デバイスが、アクアシヤーミキサー、パイプラインスタティックミキサー、液圧剪断デバイス、回転剪断ミキサー、超音波混合、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される高剪断ミキサーからなる群より選択される、装置。
- 請求項８に記載の装置であって、前記炭化水素燃料／添加剤混合物が、約５０重量％〜約９９重量％の液体炭化水素燃料および約０．０５重量％〜約２５重量％の乳化剤を含み、該乳化剤が、（ｉ）少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤をアンモニアまたはアミンと反応させることによって製造される少なくとも１種の燃料可溶性生成物であって、該ヒドロカルビル置換アシル化剤が、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、少なくとも１種の燃料可溶性生成物；（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランスを有する、少なくとも１種のイオン性または非イオン性化合物；（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；あるいは（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）と組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、硝酸エステル、ニトラミン、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびこれらの混合物、からなる群より選択される水溶性化合物を含む、装置。
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