JP2008514766A - Direct combustion type burner, additive for liquid or liquefied hydrocarbon fueled to open flame, and method for producing the same - Google Patents

Direct combustion type burner, additive for liquid or liquefied hydrocarbon fueled to open flame, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

本発明は、燃料添加剤の分野、特に、燃料効率高めるため及び/又は汚染物質などの望ましくない排気物を減少させるために、バーナ及び火炎に燃料供給される炭化水素用の添加剤に関するものである。本発明の燃料添加剤は、リン含有親溶液を含む。リン塩は、水又はその他の適切な溶媒に、少なくとも部分的に分散及び/又は溶解されて燃料添加剤の基剤となるリン含有親溶液を形成する。リン含有親溶液は、分散流体に添加されるか又は混合される。  The present invention relates to the field of fuel additives, and in particular to additives for hydrocarbons fueled to burners and flames to increase fuel efficiency and / or to reduce undesirable emissions such as pollutants. is there. The fuel additive of the present invention includes a phosphorus-containing parent solution. The phosphorus salt is at least partially dispersed and / or dissolved in water or other suitable solvent to form a phosphorus-containing parent solution that serves as a base for the fuel additive. The phosphorus-containing parent solution is added to or mixed with the dispersion fluid.

Description

本特許出願は、2004年9月28日出願の米国仮特許出願番号60/613,699に関する優先権を主張する。この仮特許出願の全文を参考として本明細書に援用する。   This patent application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60 / 613,699, filed Sep. 28, 2004. The entire text of this provisional patent application is incorporated herein by reference.

本発明は、燃料添加剤の分野、特に、燃料効率高めるため、及び/又は汚染物質などの望ましくない排気物を減少させるために、バーナ及び火炎(flame)に燃料供給される炭化水素用の添加剤に関するものである。   The present invention relates to the field of fuel additives, particularly for hydrocarbons fueled in burners and flames to increase fuel efficiency and / or to reduce undesirable emissions such as pollutants. It relates to the agent.

多くの炭化水素燃料が用いられてきたが、それぞれが独自の長所及び欠点を持っていた。このような燃料の例には、ディーゼル、灯油、重質留分、及びバンカー重油がある。この種の燃料の燃焼効率を高めるために、化学的化合物が、助燃剤として用いられた。これらの添加剤の多くは、マグネシウム、鉄、銅、セリウム、カルシウム、及びバリウムなどの金属元素を含んでいた。これらの元素は、それぞれ、特定の用途において長所及び欠点を持っている。ある種の鉄化合物の欠点は、燃料に対する制約された溶解度、毒性、添加剤として高価なことである。また、硫黄との相互作用、及び硫黄析出物が生成することがあり、これは望ましくない。   Many hydrocarbon fuels have been used, each with its own advantages and disadvantages. Examples of such fuels are diesel, kerosene, heavy cuts, and bunker heavy oil. In order to increase the combustion efficiency of this type of fuel, chemical compounds have been used as a combustion aid. Many of these additives contained metallic elements such as magnesium, iron, copper, cerium, calcium, and barium. Each of these elements has advantages and disadvantages in certain applications. Disadvantages of certain iron compounds are limited solubility in fuels, toxicity, and expensive as additives. Also, interaction with sulfur and sulfur precipitates may be formed, which is undesirable.

また、燃焼効率を改良する目的に加えて、特に直接燃焼される(direct fired)用途において、重質燃料の煤煙排出の減少が関心事である。産業界は、これらの分野における煤煙及び微粒子の排出を削減するための燃料添加剤の開発に実質的な進歩を為しえなかった。   Also, in addition to the purpose of improving combustion efficiency, the reduction of heavy fuel soot emissions is a concern, particularly in direct fired applications. The industry has been unable to make substantial progress in the development of fuel additives to reduce soot and particulate emissions in these areas.

オープン火炎バーナ及びその他の直接燃焼される用途から発生する煤煙及び微粒子排出を削減するための燃焼触媒を含む燃焼添加剤が有利になるであろう。このような用途に用いられるディーゼル燃料、及び重質燃料に対して、燃焼効率を高め、及び/又は汚染物質を減少させる燃料添加剤は、特に有利になるであろう。燃料用途から煤煙、微粒子、及び窒素排気物を減少させることも、有利になるであろう。NOの減少に加えて、HCN排気物の減少又は削減が、おおいに望まれている。 Combustion additives including combustion catalysts to reduce soot and particulate emissions from open flame burners and other directly burned applications would be advantageous. For diesel fuels and heavy fuels used in such applications, fuel additives that increase combustion efficiency and / or reduce pollutants will be particularly advantageous. It would also be advantageous to reduce soot, particulates, and nitrogen emissions from fuel applications. In addition to the reduction of NO x, reduction or reduction of HCN emissions it has been highly desirable.

燃焼過程で析出物を生成することなく、クリーンに燃焼する添加剤が望ましいであろう。   It would be desirable to have an additive that burns cleanly without producing precipitates during the combustion process.

本発明は、燃料添加剤、及び炭化水素燃料に関係する添加剤の使用方法を含む。   The present invention includes fuel additives and methods of using the additives associated with hydrocarbon fuels.

本発明の燃料添加剤は、[Y]PO、[Y]x+HPO(式中、[Y]は陽イオンである)を含む、リン含有親溶液(parent solution)を含んでいる。Yは、二つの塩化合物で、同一の陽イオンである必要はない。塩成分の陽イオン部分は、任意の陽イオンであってもよく、カリウムが好ましい陽イオンである。この場合、好ましい成分は、KHPO、KHPOであろう。これらの塩は、水又はその他の適切な溶媒に少なくとも部分分散されるか、及び/又は溶解されて、リン含有親溶液を作成する。この燃料添加剤の実施形態は、無アンモニア溶液であることが好都合である。一つの好ましい実施形態は、水の存在下で、これらの成分を添加して、水性親溶液としてリン含有親溶液を作成する。水は溶媒として作用する。その他の好ましい親溶液溶媒は、アルコールを含む。別の好ましい陽イオンの群は、アルカリ金属又は1A族元素であろう。Yとして用いたNHは、燃料性能を高める燃料添加剤を形成することもあるが、アンモニアを避けること、及びまったくアンモニアを避けることが好ましい場合がある。 The fuel additive of the present invention comprises a parent solution containing phosphorus, including [Y] x H 2 PO 4 , [Y] x + HPO 4 , where [Y] is a cation. Yes. Y is two salt compounds and does not need to be the same cation. The cation portion of the salt component may be any cation, with potassium being the preferred cation. In this case, preferred components would be KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 . These salts are at least partially dispersed and / or dissolved in water or other suitable solvent to create a phosphorus-containing parent solution. Advantageously, this fuel additive embodiment is an ammonia-free solution. One preferred embodiment adds these ingredients in the presence of water to make a phosphorus-containing parent solution as an aqueous parent solution. Water acts as a solvent. Other preferred parent solution solvents include alcohol. Another preferred cation group would be an alkali metal or a Group 1A element. NH 4 used as Y may form a fuel additive that enhances fuel performance, but it may be preferable to avoid ammonia and avoid ammonia at all.

リン含有親溶液は、分散流体に添加されるか、又は分散流体と混合される。分散流体は、少なくとも部分的分散状態で、塩を分散流体内に保持できる流体であり、かつ炭化水素燃料に混和できる、又は溶液状態で保持できる流体である。好ましい実施形態では、熱的手段により、分散流体中のリン含有親溶液から、溶媒の大部分が除去されて、燃料添加剤を作成する。この燃料添加剤は、直接燃焼型バーナ又はオープン火炎内で燃料と接触するように加えられ、燃焼される時、燃焼を高めることができる。燃焼を高めるとは、燃料添加剤を加えない燃料と比較した時に燃料効率が増大すること、又は燃焼から生じた排ガス中の汚染物質量が減少すること、又はそれらの効果が組み合わされたことを意味する。典型的な汚染物質は、炭化水素燃料の燃焼から生じるNO、HCN、SO微粒子物質、一酸化炭素、及びその他の知られた汚染物質を含むことができる。種々の地域では、大気特性に基づいて特定の汚染物質を最小にすることに的を絞っていることが注目される。NO及びHCNなどの目標とする汚染物質、又は汚染物質の組み合わせを減量することが好都合である。代わりに、燃料効率を増大することは、汚染物質のトータル量を低減し、かつ経済的に有利になる。 The phosphorus-containing parent solution is added to or mixed with the dispersion fluid. A dispersion fluid is a fluid that can hold salt in the dispersion fluid at least in a partially dispersed state and that can be miscible with the hydrocarbon fuel or held in solution. In a preferred embodiment, most of the solvent is removed from the phosphorus-containing parent solution in the dispersion fluid by thermal means to create a fuel additive. This fuel additive can be added to contact the fuel in a direct combustion burner or open flame and enhance combustion when burned. Enhanced combustion means that fuel efficiency is increased when compared to fuel without added fuel additives, or the amount of pollutants in the exhaust gas resulting from combustion is reduced, or a combination of these effects. means. Typical pollutants can include NO x , HCN, SO 2 particulate matter, carbon monoxide, and other known pollutants resulting from combustion of hydrocarbon fuels. It is noted that various regions have focused on minimizing specific pollutants based on atmospheric characteristics. Contaminants targeted, such as NO x and HCN, or it is convenient to weight loss combination of contaminants. Instead, increasing fuel efficiency reduces the total amount of contaminants and is economically advantageous.

リン含有親溶液の別の好ましい実施形態は、[Y]PO、[Y]x+HPO及び水に対して[NHHPOを添加することを含む。なお、別の実施形態は、溶液が[Y]PO、[Y]x+HPO、[NHHPO、NH及び水を含有するように、NH(式中、C イオンはアセテート基である)を添加することを含む。アンモニウム化合物を用いて燃料添加剤を製造する場合、アンモニウム化合物はNH基を含有する化合物と定義され、溶液中の窒素は、本質的にすべてが、アンモニウムイオンの形態である。溶液中には、無視できる量の遊離アンモニアが存在するに過ぎない。好ましい実施形態では、溶液は約6.0と8.0の間のpHである。 Another preferred embodiment of the phosphorous-containing parent solution comprises adding [NH 4 ] 2 HPO 4 to [Y] x H 2 PO 4 , [Y] x + HPO 4 and water. Yet another embodiment is that the solution contains [Y] x H 2 PO 4 , [Y] x + HPO 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 , NH 4 C 2 H 3 O 2 and water. Including adding NH 4 C 2 H 3 O 2 , where the C 2 H 3 O 2 ion is an acetate group. When producing a fuel additive using an ammonium compound, the ammonium compound is defined as a compound containing NH x groups, and the nitrogen in the solution is essentially all in the form of ammonium ions. There is only a negligible amount of free ammonia in the solution. In a preferred embodiment, the solution is at a pH between about 6.0 and 8.0.

リン含有親溶液の別の好ましい実施形態は、[Y]PO、及び[Y]x+HPOに対して[Y]PO、を添加することを含む。 Another preferred embodiment of the phosphorus-containing parent solution comprises adding [Y] x PO 4 to [Y] x H 2 PO 4 and [Y] x + HPO 4 .

オルトリン酸が説明されているが、リン酸とも呼ばれており、これは、オルトリン酸縮合類似体であるピロリン酸を含む。この差異は、オルトリン酸を縮合する過程を通して、PO 3−がP 2−又はその他の縮合リン酸になることである。それ故、[Y]PO、及び[Y]x+HPOは、ピロリン酸への前駆体である。したがって、ピロリン酸及びその他の縮合型の使用は、オルトリン酸型の定義に包含される。 Although orthophosphoric acid has been described, it is also referred to as phosphoric acid, which includes pyrophosphoric acid, an orthophosphoric acid condensation analog. The difference is that PO 4 3− becomes P 2 O 7 2− or other condensed phosphoric acid through the process of condensing orthophosphoric acid. Therefore, [Y] x H 2 PO 4 and [Y] x + HPO 4 are precursors to pyrophosphate. Thus, the use of pyrophosphate and other condensed forms is included in the definition of the orthophosphoric acid form.

本発明の一つの実施形態のリン含有親溶液は、任意の種類の環境、親水性又は疎水性環境のどちらの種類でも使用できる。疎水性環境の場合には、適正な分散を考慮して1種類のキャリヤー流体又は複数種のキャリヤー流体を選択する必要があるかもしれない。また、燃料添加剤を作成するために、キャリヤー流体とともに用いる分散剤は、好ましい実施形態に包含される。液体炭化水素燃料用途では、好ましくは、少なくとも1種のキャリヤー流体は、少なくともある種の親水性の特性をもつ流体であることができ、この流体は、燃料と混和され、分散剤とともに融和化剤として作用する。   The phosphorus-containing parent solution of one embodiment of the present invention can be used in any type of environment, either a hydrophilic or a hydrophobic environment. In the case of a hydrophobic environment, it may be necessary to select one or more carrier fluids in view of proper dispersion. Also included in preferred embodiments are dispersants used with carrier fluids to make fuel additives. For liquid hydrocarbon fuel applications, preferably, the at least one carrier fluid can be a fluid having at least some hydrophilic properties, which fluid is miscible with the fuel and together with the dispersant is a compatibilizer. Acts as

本発明の燃料添加剤は、より完全な燃焼が達成され、燃料添加剤を用いない燃料の燃焼に比較した時、燃焼が促進されてCO及びHOになるように、燃焼を高めるのに有用である。成果は、不完全燃焼の生成物、並びに、NO及びSOの減少であり、それ故、燃料効率の増進である。 The fuel additive of the present invention enhances combustion such that more complete combustion is achieved and combustion is promoted to CO 2 and H 2 O when compared to fuel combustion without the fuel additive. Useful for. The result is a product of incomplete combustion, as well as a reduction in NO x and SO 2 and hence an increase in fuel efficiency.

燃料効率を増進し、又は汚染物質を減少させるために十分な量の燃料添加剤を燃料に添加するように、燃料添加剤が用いられる。用語「高められた」及び「高められた燃焼」は、これらの効果のいずれかを言う。汚染物質減少の例は、直接燃焼型バーナ又はオープン火炎から生じる排ガス中のNO及びHCNの減少である。好都合なことに、これらの二つの効果は、本発明の燃料添加剤の添加を通して考察される。好ましい実施形態は、燃料添加剤の添加を通して、約50と150ppmの間のリンを燃料に添加することを含む。リンの増量は、同様に効果がある。対費用効果のきわめて高い溶液が、低重量%のリンにより製造されることが注目される。別の好ましい目標は、約1ppmから150ppmのリンである。実用的な試験結果は、僅か0.25ppmの低濃度のリンから生み出された。 Fuel additives are used so that a sufficient amount of fuel additive is added to the fuel to increase fuel efficiency or reduce pollutants. The terms “enhanced” and “enhanced combustion” refer to any of these effects. Examples of contaminants reduction is the reduction of the NO x and HCN in the exhaust gas resulting from the direct combustion burner or open flame. Conveniently, these two effects are considered through the addition of the fuel additive of the present invention. A preferred embodiment includes adding between about 50 and 150 ppm phosphorus to the fuel through the addition of fuel additives. Increasing phosphorus is equally effective. It is noted that a very cost effective solution is produced with low weight percent phosphorus. Another preferred target is about 1 ppm to 150 ppm phosphorus. Practical test results were generated from a low concentration of phosphorus at only 0.25 ppm.

本発明には、燃焼系で炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、燃料性能を高めるのに効果的な量の上記した燃料添加剤を炭化水素燃料に供給するステップ、及び炭化水素燃料を燃料添加剤とともに燃焼させるステップを含む方法が含まれる。燃焼系は、炭化水素の燃焼にかかる業界で通常の技術を有するものに知られた任意の手段であることができる。燃焼系は、一つ又は複数の直接燃焼型バーナ又はオープン火炎を含むことができる。好ましい実施形態では、この方法は、液体又は液化炭化水素燃料とともに用いられる。炭化水素燃料に添加剤を加えた成果は、燃焼に適した炭化水素燃料の実質的な量、及び燃焼を高めることができる燃料添加剤の量を含有する、高められた燃料である。好ましくは、高められた燃料は、高められた燃料を燃焼した時に、燃料添加剤を含有しない炭化水素燃料の燃焼に比較して、排気物を減少できる量のリンを含有する。より好ましくは、高められた燃料は、約1と150重量ppmの間のリンを含有する。   The present invention relates to a method for enhancing the fuel performance of a hydrocarbon fuel in a combustion system, the step of supplying to the hydrocarbon fuel an amount of the above-mentioned fuel additive effective to enhance the fuel performance, and the hydrocarbon fuel. Including the step of combusting the fuel with a fuel additive. The combustion system can be any means known to those having ordinary skill in the industry for hydrocarbon combustion. The combustion system can include one or more direct combustion burners or open flames. In a preferred embodiment, the method is used with a liquid or liquefied hydrocarbon fuel. The result of adding an additive to a hydrocarbon fuel is an enhanced fuel containing a substantial amount of hydrocarbon fuel suitable for combustion and an amount of fuel additive capable of enhancing combustion. Preferably, the enhanced fuel contains an amount of phosphorus that can reduce emissions when combusting the enhanced fuel as compared to combustion of a hydrocarbon fuel that does not contain a fuel additive. More preferably, the enhanced fuel contains between about 1 and 150 ppm by weight phosphorus.

本発明の代替の実施形態は、燃焼系で炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、燃料性能を高めるために効果的な量で化学的添加組成物を炭化水素燃料に添加するステップを含む方法を含む。化学的添加組成物は、(i)水性媒体中で反応性NH基源と下記の一つを混合して中間溶液を作成することにより作成される:
(a)中間溶液のpHを約12超に上げて、水性アンモニア/アルカリ金属水酸化物を作成するためのアルカリ金属水酸化物、又は
(b)中間溶液のpHを約0に下げて、酸性アンモニウム混合物を作成するためのリン酸源。
次のステップは、高度な発熱反応を創り出すために十分な比率で、ステップ(i.a.)の中間溶液とリン酸源を組み合わせるか、又はステップ(i.b.)の中間溶液と水酸化物を組み合わせることを含む。これは、化学的添加組成物を形成する時に、反応性NH基が溶液中に含まれることに帰着する。この化学的添加組成物は、炭化水素燃料に添加される。
An alternative embodiment of the present invention is a method for enhancing the fuel performance of a hydrocarbon fuel in a combustion system, the step of adding a chemical additive composition to the hydrocarbon fuel in an amount effective to enhance fuel performance. Including methods. The chemical additive composition is made by (i) mixing the reactive NH 2 group source with one of the following in an aqueous medium to make an intermediate solution:
(A) Raise the pH of the intermediate solution to more than about 12 to produce aqueous ammonia / alkali metal hydroxide, or (b) lower the pH of the intermediate solution to about 0 to make it acidic Phosphate source for making ammonium mixtures.
The next step is to combine the intermediate solution of step (ia) with the phosphate source in a ratio sufficient to create a highly exothermic reaction, or the intermediate solution of step (ib) and the hydroxylation. Including combining objects. This results in reactive NH 2 groups being included in the solution when forming the chemically added composition. This chemically added composition is added to the hydrocarbon fuel.

本発明の親溶液又は化学的添加組成物は、燃焼燃料に添加されるか、又は燃焼燃料を含むことができる。再度、炭化水素をベースとする燃料中に分散を促進する分散剤を含むことが好都合であろう。代表的燃料は、灯油、ディーゼル燃料及び残燃料である。   The parent solution or chemical additive composition of the present invention can be added to or include a combustion fuel. Again, it would be advantageous to include a dispersant that promotes dispersion in the hydrocarbon-based fuel. Typical fuels are kerosene, diesel fuel and residual fuel.

燃焼に適した実質的な量の燃料が、高められた燃料を燃焼させる時に排気物を減少させるか又は効率を増大させるために十分な量の、リン含有親溶液又は化学添加組成物と組み合わされる時に、高められた燃料が作成される。ある環境では、分散流体は、多量の目標流体、即ち望ましい燃料を含有する流体である。   A substantial amount of fuel suitable for combustion is combined with a phosphorus-containing parent solution or chemical additive composition in an amount sufficient to reduce emissions or increase efficiency when burning the enhanced fuel. Sometimes enhanced fuel is created. In some circumstances, the dispersion fluid is a large amount of target fluid, i.e. fluid containing the desired fuel.

リン酸、アルカリ金属水酸化物、及び反応性NH基源の組成物は、転化表面(conversion surface)を求めて米国特許第5,540,788号で調査された。この特許の開示を参考として本明細書に援用する。本発明は、燃料添加剤として転化表面組成物の使用を含む。一つの実施形態では、燃料添加剤は、炭化水素燃料を高めるための化学的添加組成物であり、この化学的添加組成物は米国特許第5,540,788号に開示された組成物を含む。この実施形態は、反応性NH基源を使用する観点で独特であり、これは、ある種の環境下で好都合であるに違いない。反応性NH基を含有する化学的組成物は、ある種の利点を有するが、それは遊離アンモニアの存在になるかもしれない。本発明の燃料添加剤の種々の他の実施形態は、遊離アンモニアの生成、及びこれに関連する問題を回避している。 The composition of phosphoric acid, alkali metal hydroxide, and reactive NH 2 based source was investigated in US Pat. No. 5,540,788 for conversion surface. The disclosure of this patent is incorporated herein by reference. The present invention involves the use of a conversion surface composition as a fuel additive. In one embodiment, the fuel additive is a chemical additive composition for enhancing a hydrocarbon fuel, the chemical additive composition comprising the composition disclosed in US Pat. No. 5,540,788. . This embodiment is unique in terms of using a reactive NH 2 source, which must be advantageous under certain circumstances. Although chemical compositions containing reactive NH 2 groups have certain advantages, it may result in the presence of free ammonia. Various other embodiments of the fuel additive of the present invention avoid the production of free ammonia and the problems associated therewith.

本発明の燃料添加剤は、炭化水素燃料の気相転化を成就して、より完全な燃焼を達成して、その過程中でCO及びHOを生成させると考察される。好ましくは、燃料添加剤は、分散流体中の分散物として供給される。好ましくは、製造方法は、乳化され、かつそれに続いて基油に添加される水性親溶液を作成することを含む。分散は、乳化剤及び分散剤の使用により促進できる。好ましい実施形態では、オイルフリーを根拠にして、30から160の全塩基価をもつ分散剤が用いられる。赤外技術及びその他の試験技術を用いて試験を実施した結果、本発明の燃料添加剤を含んだ炭化水素燃料を燃焼させ、その排ガスから発生するCOが減少することが確認された。 The fuel additive of the present invention is believed to accomplish gas phase conversion of hydrocarbon fuels to achieve more complete combustion and produce CO 2 and H 2 O in the process. Preferably, the fuel additive is supplied as a dispersion in a dispersion fluid. Preferably, the manufacturing process includes making an aqueous parent solution that is emulsified and subsequently added to the base oil. Dispersion can be facilitated by the use of emulsifiers and dispersants. In a preferred embodiment, a dispersant having a total base number of 30 to 160 is used on an oil free basis. As a result of performing the test using the infrared technology and other test technologies, it was confirmed that the hydrocarbon fuel containing the fuel additive of the present invention is combusted and CO generated from the exhaust gas is reduced.

米国特許第5,540,788号(デファルコ特許)は、潤滑流体にリン酸塩処理化合物を送り込むことにより、鉄基体上に転化表面を形成させて、鉄‐リン表面を作成する方法を教示している。また、本発明は、バーナ又はオープン火炎に導入するための燃料添加剤として、デファルコの組成物を使用することを含む。この組成物は、リン酸源、アルカリ金属水酸化物、及び反応性NH基源を含む。特に、反応性NH基源は、デファルコ特許に記載された高度な発熱反応の結果として、反応性NH基を生成する。試験は、上記反応において反応性NH基源として作用する同様な化合物が、異なる物理的条件下では、反応性NH基を生成しないことを示唆している。その理由は、それらの化合物が、異なる反応経路を辿るからである。この特殊な化学作用は、デファルコ特許に記載された高度な発熱反応に由来する。また、高pHの物理的条件は、遊離アンモニアの生成に由来する。 U.S. Pat. No. 5,540,788 (Defalco patent) teaches a method of creating an iron-phosphorus surface by forming a conversion surface on an iron substrate by feeding a phosphating compound into a lubricating fluid. ing. The present invention also includes the use of a Defalco composition as a fuel additive for introduction into a burner or open flame. The composition includes a phosphate source, an alkali metal hydroxide, and a reactive NH 2 group source. In particular, the reactive NH 2 Motogen as a result of advanced exothermic reaction described in Defaruko patent, to produce a reactive NH 2 group. Tests suggest that similar compounds that act as reactive NH 2 group sources in the above reactions do not produce reactive NH 2 groups under different physical conditions. The reason is that these compounds follow different reaction pathways. This special chemistry comes from the highly exothermic reaction described in the Defalco patent. Also, the high pH physical conditions stem from the production of free ammonia.

本明細書に開示した新規組成物、及び先行して記載されたデファルコの組成物の両者は、高められた燃料性能を生み出すために使用できる。   Both the novel compositions disclosed herein and the previously described Defalco compositions can be used to produce enhanced fuel performance.

本発明は、直接燃焼型バーナ及びオープン火炎に燃料添加剤を使用することを含む。これは、バンカーC重油を含むバンカー燃料などの重油を用いるバーナに対して特に価値がある。バーナ又は火炎での使用は、微粒子及びその他の排気物の低減を可能にする燃焼の利点をもたらすように見える。本発明の方法は、燃料添加剤が燃料とともに火炎中に含まれ又は存在するので、燃焼過程の一部として生み出される高温度において効果がある。燃料添加剤は、触媒として作用して燃焼を高める。   The present invention involves the use of fuel additives in direct combustion burners and open flames. This is particularly valuable for burners that use heavy oil, such as bunker fuel, including bunker C heavy oil. Use with a burner or flame appears to provide combustion benefits that allow for the reduction of particulates and other emissions. The method of the present invention is effective at the high temperatures produced as part of the combustion process because the fuel additive is included or present in the flame with the fuel. The fuel additive acts as a catalyst to enhance combustion.

本発明の好ましい配合の一例は、以下の比率を含む:1.597モルのKHPO、0.693モルのKHPO、0.315モルの[NHHPO及び水。溶液のpHは、これらの成分の比率を操作することにより制御できる。生じるHPO 、HPO 2−イオンの比率を操作することにより、溶液は、約6.0から約8.0の好ましいpH範囲で作成できる。 An example of a preferred formulation of the present invention includes the following ratios: 1.597 moles KH 2 PO 4 , 0.693 moles K 2 HPO 4 , 0.315 moles [NH 4 ] 2 HPO 4 and water. The pH of the solution can be controlled by manipulating the ratio of these components. By manipulating the ratio of the resulting H 2 PO 4 , HPO 4 2− ions, solutions can be made in the preferred pH range of about 6.0 to about 8.0.

好ましい実施形態では、KHPO、KHPO、[NHHPO、及び水が、リン含有親溶液に加えられ、これが、精製油分散流体などの分散流体に添加され、かつ分散剤とともに混合される。代表的分散剤は、Texaco TFA 4690C、Oronite ODA 78012、Ethyl Hitec 646などのポリアルケニルコハク酸イミドを含む。また、ある種のキャリヤー流体含むことが好都合であるに違いない。代表的なキャリヤー流体は、ポリオキシプロピレンモノオール、ジオール及びポリオール、ポリオキシブチレンモノオール、ジオール及びポリオール、特にBayer Actaclear ND17を含む。リン含有親溶液は、精製油分散流体の約10重量%で添加される。これは、かなりな量の溶媒、この場合は水を放出するために加熱される。混合物は、この点では、コロイドとして説明することができる。得られた溶液が燃料に混合される時、溶液中の効果的な量のリンが稀釈可能である。好ましい実施形態の一例は、溶液中で0.3重量%のリンである。燃料添加時に、リン含有量は、5〜100ppbの範囲であることができ、かつ依然として効果がある。好ましくは、1〜250ppmのリンが、燃料中で用いられる。また、より多い量も効果がある。より好ましくは、燃料添加剤を含む燃料中で、1〜150重量ppmのリン濃度である。 In a preferred embodiment, KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 , and water are added to a phosphorus-containing parent solution, which is added to a dispersion fluid, such as a refined oil dispersion fluid, and Mixed with dispersant. Exemplary dispersants include polyalkenyl succinimides such as Texaco TFA 4690C, Oronite ODA 78012, Ethyl Hitec 646, and the like. It must also be advantageous to include certain carrier fluids. Exemplary carrier fluids include polyoxypropylene monools, diols and polyols, polyoxybutylene monools, diols and polyols, particularly Bayer Actelar ND17. The phosphorus-containing parent solution is added at about 10% by weight of the refined oil dispersion fluid. This is heated to release a significant amount of solvent, in this case water. The mixture can be described as a colloid in this respect. When the resulting solution is mixed with fuel, an effective amount of phosphorus in the solution can be diluted. An example of a preferred embodiment is 0.3% by weight phosphorus in solution. Upon fuel addition, the phosphorus content can range from 5 to 100 ppb and is still effective. Preferably 1-250 ppm of phosphorus is used in the fuel. Larger amounts are also effective. More preferably, the phosphorus concentration is 1 to 150 ppm by weight in the fuel containing the fuel additive.

燃料に用いるためのリン含有親溶液の代替の実施形態の例は、約2.6モル(M)のオルトリン酸塩をアルカリ金属及びアンモニウム陽イオンと混合することを含み、得られた水性親溶液は周囲温度でpH7である。控えめな量のこの水性親溶液が、精製油分散流体及び分散剤の混合物に懸濁され、水性親溶液の水分のほとんどが加熱除去され、約0.3重量%のリン濃度になるように稀釈される。この混合物は、更に稀釈されて、燃料への添加物として用いられる。稀釈は、同様な精製油分散流体で行うことが好ましい。グループIIの基油が好ましい。その他の好ましい分散流体は、軽質炭化水素、ガソリン、ポリガス、灯油、ディーゼル、ナフサ軽油、APIで定義されるグループI、III、IV、V及びVI基油、芳香族油、ポリブテン、ポリグリセロール、より重質油、又はそれらの組み合わせを含む。燃料に添加された時、この方法で製造された水性親溶液は、通常の操作条件下で、汚染物質分子の排出を減少させるように機能する。代替の実施形態の一例は、リン酸、水酸化カリウム、水中の水酸化アンモニウムを用いることを含む。また、酢酸を添加してもよい。成分の量は、望ましいpHに到達するように調節することができる。   An example of an alternative embodiment of a phosphorus-containing parent solution for use in fuel comprises mixing about 2.6 moles (M) of orthophosphate with alkali metal and ammonium cations, and the resulting aqueous parent solution Is pH 7 at ambient temperature. A modest amount of this aqueous parent solution is suspended in a mixture of refined oil dispersion fluid and dispersant and diluted so that most of the water in the aqueous parent solution is removed by heating to a phosphorous concentration of about 0.3% by weight. Is done. This mixture is further diluted and used as an additive to the fuel. The dilution is preferably performed with a similar refined oil dispersion fluid. Group II base oils are preferred. Other preferred dispersion fluids are light hydrocarbons, gasoline, polygas, kerosene, diesel, naphtha gas oil, group I, III, IV, V and VI base oils as defined by API, aromatic oils, polybutene, polyglycerol, and more Includes heavy oil, or a combination thereof. When added to the fuel, the aqueous parent solution produced in this manner functions to reduce pollutant molecule emissions under normal operating conditions. An example of an alternative embodiment includes using phosphoric acid, potassium hydroxide, ammonium hydroxide in water. Acetic acid may also be added. The amount of ingredients can be adjusted to reach the desired pH.

1.リン酸/酢酸溶液[HPO/HOAc溶液]を作成する。この作業では、HPO/HOAc溶液は、約90モル%のHPO及び10モル%のHOAcである。
2.反応に備え脱イオン水を準備する。
3.2,736.39ポンドの水酸化カリウムが、水に添加される。
4.この水溶液に、1,315.14ポンドの水酸化アンモニウム(29%)を添加する。
5.得られた溶液に、HPO/HOAc溶液を添加して、反応させる。
6.反応後、酢酸を用いて、pHを約7.0に調節する。この反応で得られた生成物は、化学的添加成分として有用であり、炭化水素燃料を高める。
1. A phosphoric acid / acetic acid solution [H 3 PO 4 / HOAc solution] is prepared. In this operation, the H 3 PO 4 / HOAc solution is about 90 mol% H 3 PO 4 and 10 mol% HOAc.
2. Prepare deionized water for the reaction.
3.2,736.39 pounds of potassium hydroxide are added to the water.
4). To this aqueous solution is added 1,315.14 pounds of ammonium hydroxide (29%).
5. An H 3 PO 4 / HOAc solution is added to the resulting solution to react.
6). After the reaction, the pH is adjusted to about 7.0 using acetic acid. The product obtained in this reaction is useful as a chemical additive and enhances hydrocarbon fuel.

ディーゼル燃料の添加剤として、精製油分散流体中のKHPO、KHPO、[NHHPOからなる燃料添加剤を用いた実験室的試験は、燃料効率を大いに改良する。この配合で、ナトリウムも、陽イオンとして使用できることが評価された。第IA族金属も好ましい陽イオンである。陽イオン選択に関係する因子は、商業的費用及び耐腐食性を含む。 Laboratory tests using a fuel additive consisting of KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 in a refined oil dispersion fluid as a diesel fuel additive greatly improves fuel efficiency . With this formulation, it was evaluated that sodium can also be used as a cation. Group IA metals are also preferred cations. Factors related to cation selection include commercial cost and corrosion resistance.

実施例2に記載の燃料添加剤を低硫黄ディーゼル燃料と組み合わせて用いたものは、燃料添加剤を添加しないディーゼル燃料と比較した場合、排ガス中のCO排出量が74%減少し、SOで34%減少し、微粒子で55%減少した。 The fuel additive according to Example 2 that used in combination with a low sulfur diesel fuel, when compared to diesel fuel without the addition of the fuel additive, reduced CO emissions in the exhaust gas 74%, by SO 2 34% decrease and 55% decrease in fine particles.

上記の燃料添加剤を天然ガスと組み合わせて用いたものは、燃料添加剤を添加しない天然ガスの燃焼と比較した場合、一酸化炭素の生成が87%減少し、NOが18%減少した。 The above fuel additive that used in combination with natural gas, when compared to the combustion of natural gas without the addition of the fuel additive, the generation of carbon monoxide is reduced 87%, NO x is reduced by 18%.

成分 投入量ポンド ユニット重量比
リン酸 2,583 0.25
水酸化カリウム 2,736 0.26
水酸化アンモニウム 1,315 0.13
酢酸 672 0.06
脱イオン水 3,105 0.30
合計のリン含有親溶液 10,411 1.00
Ingredients Pound unit weight ratio phosphoric acid 2,583 0.25
Potassium hydroxide 2,736 0.26
Ammonium hydroxide 1,315 0.13
Acetic acid 672 0.06
Deionized water 3,105 0.30
Total phosphorus-containing parent solution 10,411 1.00

成分 投入量ポンド ユニット重量比
スター4基油 8,544 0.79
灯油 1,282 0.12
ODA78012 205 0.02
Hitec646 205 0.02
ActaclearND17 85 0.01
リン含有親溶液(実施例5) 273 0.03
合計 10,748 1.00
Ingredient Input Pound Unit Weight Ratio Star 4 Base Oil 8,544 0.79
Kerosene 1,282 0.12
ODA78012 205 0.02
Hitec 646 205 0.02
Actclear ND17 85 0.01
Phosphorus-containing parent solution (Example 5) 273 0.03
Total 10,748 1.00

これは、燃料添加剤中で望ましい濃リン度を調整するために、基油中で更に稀釈される。燃料添加剤を作成するために、溶液から溶媒が除去される。この場合、溶媒は水であり、脱水は加熱により行われる。   This is further diluted in the base oil to adjust the desired rich phosphorus content in the fuel additive. To make the fuel additive, the solvent is removed from the solution. In this case, the solvent is water and dehydration is performed by heating.

代替の実施形態は、[NH]HPO、[NHHPO及び水を用いることを含む。好ましい実施形態では、溶媒は、溶媒中で塩の溶解性又は分散性、並びに溶媒の揮発性で定義されるものである。例えば、塩は、好ましくは溶媒全体に分散され、しかも、この溶媒は、溶液から溶媒を沸騰除去でき、かつ好ましくは、得られた製品に影響を与えることがなく再利用のために回収することができるような揮発性を有する。 An alternative embodiment includes using [NH 4 ] H 2 PO 4 , [NH 4 ] 2 HPO 4 and water. In a preferred embodiment, the solvent is one that is defined by the solubility or dispersibility of the salt in the solvent and the volatility of the solvent. For example, the salt is preferably dispersed throughout the solvent, and the solvent can boil off the solvent from the solution and is preferably recovered for reuse without affecting the resulting product. It is volatile so that

本発明は、発明の形態のほんの一部を示し、説明した。本発明は、それに限定されるものではなく、しかも、当業者にとっては、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が容易にできることは明白である。例えば、燃料又は分散流体への塩の導入が、中間溶液の作成及びそれに続き溶媒を加熱除去することなく、高速せん断混合により実施できる。また、塩に関して言えば、[Y]PO、[Y]x+HPOは、[Y][HPO、[Y]x+[HPO(式中、x及びzは可変整数である)を包含する。
The present invention has shown and described only a few of the forms of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the introduction of salt into the fuel or dispersion fluid can be performed by high speed shear mixing without the creation of an intermediate solution and subsequent heat removal of the solvent. As for the salt, [Y] x H 2 PO 4 , [Y] x + HPO 4 are [Y] x [H 2 PO 4 ] z , [Y] x + [HPO 4 ] z (where, x And z are variable integers).

Claims (14)

塩の混合物及び分散流体を含む燃料添加剤であって、塩の混合物は、
(a)[Y]PO、と
(b)[Y]x+HPO(式中、[Y]は陽イオンである)を含み、分散流体は、塩を少なくとも部分的に分散した状態で分散流体内に保持することができ、燃料添加剤は、直接燃焼型バーナ又はオープン火炎中の燃料と接触するように添加され、かつ燃焼された時に、燃焼を高めることができ、高められた燃焼は、燃料効率の向上、又は燃料及び燃料添加剤の燃焼から生じる排ガス中の汚染物質量の減少により測ることができる燃料添加剤。
A fuel additive comprising a salt mixture and a dispersion fluid, wherein the salt mixture comprises:
(A) [Y] x H 2 PO 4 , and (b) [Y] x + HPO 4 , where [Y] is a cation, and the dispersion fluid at least partially dispersed the salt The fuel additive can be added in contact with the fuel in the direct combustion burner or open flame and burned to enhance combustion and be enhanced. Combustion is a fuel additive that can be measured by improving fuel efficiency or reducing the amount of pollutants in the exhaust gas resulting from combustion of fuel and fuel additive.
[NHHPOを更に含む請求項1に記載の燃料添加剤。 The fuel additive according to claim 1, further comprising [NH 4 ] 2 HPO 4 . NH(式中、Cはアセテート基である)を更に含む請求項2に記載の燃料添加剤。 The fuel additive according to claim 2, further comprising NH 4 C 2 H 3 O 2 , wherein C 2 H 3 O 2 is an acetate group. 溶液のpHが約6.0と8.0の間である請求項1に記載の燃料添加剤。   The fuel additive according to claim 1, wherein the pH of the solution is between about 6.0 and 8.0. 直接燃焼型バーナ又はオープン火炎を含む燃焼系において、炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、直接燃焼型バーナ又はオープン火炎に対して燃料性能を高めるために効果的な量の燃料添加剤を供給するステップ、及び燃料添加剤とともに炭化水素燃料を燃焼させるステップを含む方法であって、燃料添加剤が、
(a)[Y]PO、と
(b)[Y]x+HPO(式中、[Y]は陽イオンである)を含み、分散流体は、塩を少なくとも部分的に分散した状態で分散流体内に保持することができ、燃料添加剤は、直接燃焼型バーナ又はオープン火炎中の燃料と接触するように添加され、かつ燃焼された時に、燃焼を高めることができ、高められた燃焼は、燃料効率の向上、又は燃料及び燃料添加剤の燃焼から生じる排ガス中の汚染物質量の減少により測ることができる方法。
A method for enhancing the fuel performance of a hydrocarbon fuel in a combustion system including a direct combustion burner or an open flame, wherein an amount of the fuel additive effective to enhance the fuel performance relative to the direct combustion burner or the open flame And burning the hydrocarbon fuel with the fuel additive, the fuel additive comprising:
(A) [Y] x H 2 PO 4 , and (b) [Y] x + HPO 4 , where [Y] is a cation, and the dispersion fluid at least partially dispersed the salt The fuel additive can be added in contact with the fuel in the direct combustion burner or open flame and burned to enhance combustion and be enhanced. Combustion is a method that can be measured by improving fuel efficiency or reducing the amount of pollutants in the exhaust gas resulting from combustion of fuel and fuel additives.
燃料添加剤が[NHHPOを更に含む請求項5に記載の燃料性能を高める方法。 The method of claim 5, wherein the fuel additive further comprises [NH 4 ] 2 HPO 4 . 燃料添加剤が、NH(式中、Cはアセテート基である)を更に含む請求項5に記載の燃料性能を高める方法。 Fuel additive, a method of increasing the NH 4 C 2 H 3 O 2 ( wherein, C 2 H 3 O 2 is acetate group) fuel performance of claim 5 further comprising a. 炭化水素燃料が液体炭化水素燃料である請求項5に記載の燃料性能を高める方法。   The method for enhancing fuel performance according to claim 5, wherein the hydrocarbon fuel is a liquid hydrocarbon fuel. (a)燃焼に適した実質的な量の炭化水素燃料、と
(b)燃焼を高めることができる量の請求項1に記載の燃料添加剤を含む高められた燃料。
An enhanced fuel comprising: (a) a substantial amount of hydrocarbon fuel suitable for combustion; and (b) an amount of fuel additive according to claim 1 capable of enhancing combustion.
約1と150重量ppmの間の量のリンが、炭化水素燃料中に存在する請求項9に記載の高められた燃料。   The enhanced fuel of claim 9, wherein an amount of phosphorus between about 1 and 150 ppm by weight is present in the hydrocarbon fuel. 燃料添加剤の量が、高められた燃料を燃焼する時に、燃料添加剤を含有しない炭化水素燃料の燃焼と比較して、排気物を減少することができる量である請求項9に記載の高められた燃料。   10. The boost of claim 9, wherein the amount of fuel additive is an amount capable of reducing emissions when burning the enhanced fuel as compared to combustion of a hydrocarbon fuel containing no fuel additive. Fuel. 燃焼系に用いるための高められた炭化水素燃料を作成する方法であって、
(a)燃料性能を高めるために効果的な量の化学的添加組成物を炭化水素燃料に添加するステップを含む方法であって、この化学的添加組成物が、リン酸源、アルカリ金属水酸化物、水酸化アンモニウム、及び水を混合して得られる反応生成物を含む方法。
A method of creating an enhanced hydrocarbon fuel for use in a combustion system comprising:
(A) adding an effective amount of a chemical additive composition to a hydrocarbon fuel to enhance fuel performance, the chemical additive composition comprising a phosphate source, an alkali metal hydroxide A reaction product obtained by mixing a product, ammonium hydroxide, and water.
化学的添加組成物が酢酸を更に含む高められた炭化水素燃料を作成する請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the chemically added composition makes an enhanced hydrocarbon fuel further comprising acetic acid. 炭化水素燃料の燃焼を高めるための燃料添加剤を作成する方法であって、
(a)[Y]POと[Y]x+HPO(式中、[Y]は陽イオンである)を溶媒中で混合し、塩を溶媒に少なくとも部分的に分散させて、リン含有親溶液を作成するステップ、
(b)リン含有親溶液が大体において分散流体に分散されるように、リン含有親溶液を分散流体と混合するステップ、
(c)炭化水素燃料の存在下で直接燃焼型バーナ又はオープン火炎に添加し、かつ燃焼させた時に、燃焼を高めることができる燃料添加剤を作成するために、リン含有親溶液と分散流体の混合物から溶媒の実質的な部分を除去するステップ含む方法。
A method of creating a fuel additive for enhancing combustion of hydrocarbon fuel, comprising:
(A) [Y] x H 2 PO 4 and [Y] x + HPO 4 (where [Y] is a cation) are mixed in a solvent, and the salt is at least partially dispersed in the solvent; Creating a parent solution containing phosphorus;
(B) mixing the phosphorus-containing parent solution with the dispersion fluid such that the phosphorus-containing parent solution is generally dispersed in the dispersion fluid;
(C) In order to create a fuel additive that can be added to a direct combustion burner or open flame in the presence of a hydrocarbon fuel and enhance combustion when burned, Removing a substantial portion of the solvent from the mixture.
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