KR19990022557A - 증기상 연소법 및 조성물 ⅱ - Google Patents

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Abstract

제트, 터빈, 디젤, 연료 오일 및 가솔린 연소 시스템을 위한 온도감소형금속물질 증기상 연소법이 제공된다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 연소속도를 증가시키고 연소 온도를 저하시킬 수 있는 개선된 연소 구조를 포함하는 연료를 함유하는 금속제 조성물 및 연소방법에 관한 것이다.

Description

증기상 연소법 및 조성물 Ⅱ
종래기술의 설명
하이드로카본 연료에, 노킹 방지제 (anti-knock agents)로서 유기-망간 화합물 (예컨대, 메틸시클로펜디에닐 망간 트리카르보닐 -MMT) 등을 비롯한 금속제를 혼합하는 것은 잘 알려진 사실이다. 예컨대 미국특허 제 2,818,417호; 2,839,552호, 및 3,127,351호 (본문에 참조됨) 참조. 석탄과 같은 중연료, 디젤 및 제트 비행기 연료에 유기-망간을 사용하는 것 역시 잘 알려져 있으며 매연과 고체 입자의 배출을 감소시키는데 도움이 될 수 있는 것으로 믿어지고 있다. 미국특허 제 3,927,992호; 4,240,802호; 4,207,078호; 4,240,801호 참조.
유기-망간의 노킹-방지성 및 기타 장점에도 불구하고, 유기-망간을 하이드로카본 연료에 사용할 경우 환경 문제와 실질적인 여러 문제들이 발생한다. 즉, 금속물 기제 연료는 연소시 산화 금속을 형성하게 된다. 유기-망간 화합물의 경우, 이러한 금속 물질은 하이드로카본 연료 중에서 연소될 경우 유독한 중 망간 옥사이드 (Mn3O4및 Mn2O3)를 발생시키며, 이들은 다시 엔진부, 연소 시스템, 터빈, 배기장치 표면, 배출/배기 촉매, 등을 뒤덮어 예컨대, 금속재료 미립자 배출, 조기 피로, 고장, 과다한 마모, 장기간 하이드로카본 배출물 분해 등의 문제를 야기시킨다. 예컨대 미국특허 제 3,585,012호; 3,442,631호; 3718,444호; 및 본 출원인의 EPO 특허 제 0235280호 참조.
금속제 디포지션(deposition)의 유독성은 널리 알려져 있으며, 이제까지 금속물질을 사용할 때 실질적인 문제가 되고 있다. 예컨대, 제트 엔진, 터빈 등에 있어서의 산화망간의 디포지션은 망간을 이용하는데 있어서 최대 장해요인이 되고 있다. 심각한 망간 디포지트 문제로 인해, 제트 엔진으로부터 이러한 산화물을 제거하기 위해 여러 가지 방법이 개발되었다. 예컨대 미국특허 제 3,556,846호; 3,442,631호; 3,526,545호; 3,506,488호 참조. 그러나 불행하게도, 금속물질의 이러한 핸디캡의 정도가 너무 크기 때문에, 금속물질의 사용은 이러한 응용분야에서 실질적으로 중단된 상태이며, 대체적인 응용분야도 금속물질을 매우 저농도로 사용하는 것에 한정되어 있다.
미국특허 제 4,600,408호 (1986 등록)에는 노킹 방지제로서 알킬 페닐 카르보네이트가 개시되어 있다. 미국특허 제 4,600,408호에는 상술한 유기-망간 산화물 문제가 지적되어고 있으며, 그 조성물에는 유기 망간이 전혀 없다고 기재하고 있다.
당업자들은 금속물질 연소에 있어서 근본적인 산화물의 핸디캡을 해결하려는 기대를 포기한지 이미 오래된 데다가, 상당기간 동안 무연 가솔린에 망간을 사용하는 것이 불법으로 되었기 때문에, 당업자들은 납 첨가제로부터 MMT를 분리하는 것을 달가와하지 않았다. 예컨대, Unsymmetrical dialkyl carbonate fuel additives (비대칭 디알킬 카르보네이트 연료 첨가제)에 관한 유럽특허출원 제 91306278.2호는, 테트라에틸 납, 테트라메틸 납, 및 시클로펜타디에닐 트리카르보닐 망간을 동일한 사안으로 개시하고 있을 뿐, 이들을 서로 별도로 사용하는 것에 관한 제안은 전혀 하지 않음으로써 이러한 현실을 수긍하고 있다.
발명의 요약
본 출원인은 연소가 증기상 연소라 칭해지는 독특한 방식으로 일어나는, 새로운 유형의 고에너지 냉식연소 조성물 및 연소법을 발견하였다.
본 발명의 핵심적인 측면은 예컨대, 연소 속도와 연소 온도를 동시에 최적화할 수 없음으로 인해 연소가 이상적으로 일어나지 않는 경우와 같은, 전통적인 연소법 및 연소 조성물에서 직면하는 근본적인 문제의 원인을 발견한 것에 있다.
연료의 연소 속도를 효율적으로 증대시키는 한편, 연소 온도를 저하시킴으로써, 본 출원인은 가장 유해한 배출물 발생을 제어 또는 피할 수 있었을 뿐 아니라, 연료의 열 용량을 자유로이 할 수 있었다. 금속물질은 혼입되면 (후술 내용 참조)새로운 청정 고에너지 냉식 연소 추진제/연료 및 이제까지 금속을 단순한 첨가제나 보조제로만 한정 사용하여왔던 연소 공정의 주역이 된다.
요약하면, 본 출원인은 연소방법 및 조성물과 관련하여 독특한 연소 형태를 발견하였다. 이들 여러 가지 방법 및 조성물은 기본적으로 1) 연소 속도를 증가시키고, 그와 동시에 2) 연소 온도를 감소시킴으로써, 소위 자유에너지의 방출률을 증대시키고, 그에 부수적으로 배출물 감소, 동력 증대, 연비 절감, 연료 범위 확대 등의 효과를 누릴 수 있게 하는 특정의 화학적 구조/서브-구조 및/또는 기계적 구조/서브-구조를 포함하는 것이다.
본 발명에 따른 증기상 연소의 핵심은 전이금속 및 알칼리 금속, 알칼리토금속, 할로겐, IIIA족 원소 및 혼합물 (이하 금속 또는 금속물질이라 칭함)에 있다.
이러한 연소에 의해 연료 부재 금속의 비-최적 연소를 보정할 수 있을 뿐 아니라 산화 금속물질의 문제점도 해소할 수 있다. 두가지 모두 동일 문제에 대한 동일 해답이며 본 출원인의 많은 조성물 및 방법이 대변하고자 하는 중추적인 핵심 부분이다.
이러한 목적을 진척시킨 연소개선구조 (Enhanced Combustion Structure) (ECS) 화합물 및 금속물질만을 함유하는 순수 연료를 ECS 연료라 칭한다. ECS 연료는 기타 통상적인 연료 및 공-연료 (co-fuel)와 배합될 수 있다. 이러한 배합은 ECS/공-연료라 칭한다.
그 밖의 순수 연료 및 방법에는 증발 잠열 (LHV: latent heats of vaporization)의 감소 및/또는 연소 속도 증대를 달성할 수 있는 수단이 포함되며, 여기에는 이러한 요구사항을 수행하는 것을 보조하기 위한 ECS 화합물이 함유되거나 함유되지 않을 수 있다.이러한 연료들은 변형 연료 (Modified Fuels) 또는 공-연료라 칭한다. 변형 연료는 본 발명의 목적에 알맞게 변형된 뛰어난 연료이다. 이 연료들은 개선된 LHV' 및/또는 연소 속도 (BV: burnin velocities)를 나타낸다. 이같은 개선은 성분 변형 및 증류온도 변형을 비롯한 대체 개선/개질에 의한 것이다. 그러나, 변형 연료는 보통은 ECS 및/또는 금속물질 첨가제를 즐기지는 않는다.
공-연료는 보통 ECS 연료와 함께 첨가하기에 앞서 변형되거나 변형되지 않을 수 있다.
ECS 연료, ECS/공-연료, 변형된 공-연료를 단독으로 사용하는 방법 및 조성물, 도면의 설명 및 도 1 내지 도 8이 계류중인 국제출원 제 PCT/US95/02691호 및 PCT/US95/06758호에 개시되어 있으며 이들은 본문에 참조되었다.
발명의 분야
본 발명은 제트기, 터빈, 디젤, 가솔린 및 기타 연소 시스템을 위한 연료 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 고열 엔탈피와 금속 연료와의 배합에 의해 연소 효율을 증대시킬 수 있고, 연소열을 감소시키며, 열 효율, 연료 비용, 동력 및 배출문제를 개선시킬 수 있는 독특한 증기상 연소법에 관한 것이다.
본 발명은 증기상 연소라고 알려져 있는 보기 드문 연소 유형에 그 특징이 있다.
본 발명의 단일성은 이러한 발견과 연소의 근본적인 문제점에 대한 해결에 기초한다. 이러한 단일 발명은 동일 발견에 근거한 연소 시스템과 연료의 다양성에 큰 영향을 미치는 것이다. 본 출원인의 계류중인 국제출원인 1995년 3월 2일자 PCT/US95/02691호와 1995년 5월 31일자 PCT/US95/06758호 참조.
본 발명은 금속재 유무에 따라 두가지 연료에 적용된다. 그러나 본 출원인의 현저히 개선된 연소 조건에서는, 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 할로겐, IIIA족 원소 및 혼합물을 사용하는 것 (이하 금속물질이라 칭함)이 강력이 추천되는데, 이는 이러한 금속이 단순히 연료 첨가제 역할 뿐 아니라 연소 공정시 필수 구성적이고 강력한 대체제 역할을 하게 되기 때문이다.
본 출원인은 일반적으로 열 효율을 그의 화학적 및 기계적 관점, 예컨대 연소 공정의 효율성과 예컨대 자유 에너지와 같은 발생된 유효 또는 순수(net) 일량의 관점에서 논하고자 한다.
본 출원인은 통상적인 연료 또는 개질된 연료에 비해 열 및/또는 연소 효율 (예컨대 비행 거리 증대, 연비 절감, 일 잠재력, 추력, 양력, 연소 완전도 등)이 급증되었음을 발견하였다.
본문에 제시되는 바와 같이, ASTM 규격을 비롯한 공업 규격은 American Society for Testing and materials, 1916 Race St., Philadelphia, Pa. 19103의 발표 규격을 칭하는 것이다.
본 발명은 i) 무연 금속물질 함유 연료의 연소 속도를 a) 라미나 연소 속도의 증대 (ECS 화학, 증류 변형, 및/또는 개질 수단에 의해), b) 난류 속도 (turbulent veloity)를 증가시킴으로써 (화학적 및/또는 기계적 수단에 의해) 전통적인 연료의 연소 속도보다 증대시키고/또는 ii) 예컨대, 연료의 증발열 등을 증가시키는 화학적 수단 또는 기계적 수단 (예컨대 첨단 냉각 시스템, 챔버내의 공기 챠지 온도 저하)에 의해 연소 온도를 저하시키는 데 있다.
따라서, 본 발명의 단순성은 LHV와 BV와 관련한 다수의 상호작용하는 화학적 및 기계적 요소들을 통합한 데 있다.
화학적 수단
본 발명은 LHV와 BV를 증가시키는 화합물의 발견을 포함한다.BV의 증가는 특정의 자유 래디칼이 연소 중에 방출될 때 달성된다.
이러한 화합물들을 개선된 연소 구조 (Enhanced Combustion Structure) 화합물 또는 ECS 화합물이라 칭한다.
자유 래디칼
본 출원인은 급속한 열 확산과 연소되지 않은 가스의 반응 중심의 원인이 연소시 발생하는 어떠한 분자력에 있음을 발견하였다. 이러한 힘은 연소 속도 증가를 초래한다.
H, H2, O, O2, CO, F, F2, F3, N, B, Be, Bo, B2, Bf, Al ALO, CH3, NH3, CH, C2H2, C2H5, Li, ONH, NH, NO, NH2, OCH3(메톡시 래디칼), OCH, OCH2, 및 OH (하이드록실 래디칼)과 같은 특정 분자 자유 래디칼 (그러나 이들로 한정하지 않음)이 이러한 결과를 이끌어내는 것으로 믿어지고 있다. 또 다른 ECS 구조에는 Cl, OCOO, COOH, C2H5OOC, OCH2O, OCHCO, 및 CONH2가 포함된다.
본 발명의 한 구체예에서는 상술한 래디칼들이 연소 공정의 초반부에 자유로이 형성되며 (바람직하게는 점화 후 및 연소 전에, 예컨대 연소되지 않은 후 점화 증기); 이 때 상기 래디칼들은 일반적으로 불안정하여 해리되고, 화학적으로 결합할 수 있는 하나 이상의 소비되지 않은 원자가 원자(들) 또는 자유 원자를 갖는다. 이들은 특히, 금속물질 연소와 배합시 연소의 주연쇄 반응에 있어서 사슬 전달자 (chain carrier)로서 작용하는 것이 매우 바람직하다.
바람직하게는 연소에 의해, 대량의 해리된 자유 래디칼 (예컨대, OH, CN, CH, NH 등) 및/또는 불안정한 분자, 및/또는 곧바로 재결합하여 연소 중에 해리되는 원자들이 생산되는 것이 좋다. 이로부터 연소가 연장되고, 배기 속도가 증가되며/또는 효율적인 작업 유동체 (working fluid)가 증가될 수 있다. 배기 속도 범위의 증가는 전통적인 조성물/방법에 의해 발생된 배기 속도와 비교할 때, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300 퍼센트 범위에 달한다.
본 발명의 증가된 배기 속도는, 종래기술가 많은 차이를 보인다는 것을 의미하며, 이는 금속물질과 조합적으로 작용하는 본 발명의 고 동력 (high kinetic) 자유 래디칼에 기인하는 것이다. 본 발명 조건 하에서는 상술한 연소가 발광 증기상 연소 형태로 일어난다 (후술 내용 참조).
본 출원인은 이러한 목적을 달성하기 위해서는 상술한 자유 래디칼의 생성열이 중요한 요소임을 발견하였다. 일반적으로 이러한 생성열은 낮을수록 좋다. 상기 자유 래디칼의 허용가능한 생성열은 대체로 1몰 당 150, 125, 100, 90, 80, 75, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 5, 2 Kcal이다. 특히 50 Kcal/mole 또는 생성열이 음의 값인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어난 것도 허용가능하기는 하다. 자유 래디칼의 바람직한 생성열로는 34 (CH3), 26 (C2H5), 9.3 (OH), 2.0 (CH3O) Kcal/mole를 들 수 있다.
따라서, 예비연소 증기에 있어 중량 백분율로서 CH3, CO, OH, 및/또는 CH3O 래디칼을 큰 비율로 발생시키는 ECS 화합물이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 OH, O, CH3, 및 CH3O 래디칼 구조는 메탄올, 디메틸 카르보네이트 (DMC) 및 메틸알 ECS 화합물 (후술되는 바와 같음)에 공통적인 것이다.
반응성 고 동력 에너지 자유 래디칼은 47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 90 cm/sec 이상의 발화 속도를 발생시킨다. 본문에 제시한 바와 같이 연소 속도는 cm/sec 라미나 분젠 발화으로서 측정하였다.
미연소 가스의 모멘텀/속도를 가능한 한 연소된 가스의 속도에 근접하게 증가시키는 작용을 하는 것은 상기 반응성 동력 자유 래디칼을 함유하는 전/후 점화 예비 연소 가스의 확산이다. 이것은 다시 연소된 가스와 미연소 가스 사이의 찐득찐득한 항력(drag)을 감소시켜 준다. 이러한 항력의 제거 또는 감소는 연소 속도를 엄청나게 증가시킨다. 따라서, 반응성 자유 래디칼을 발화 전선 앞에 확산시키는 것은 연료와 연소 시스템의 한가지 기능인, 후점화 전-연소 증기를 구축함으로써 달성된다.
미연소 가스에 대해 상대적인 발화 전파율은, 실질적인 연료-공기-잔류 가스 혼합물에 있어서, 본 발명의 장점에 직접적으로 영향을 미치는 기본적인 변수이다. 따라서, 미연소 가스 증기 및/또는 발화에서 발생하는 자유 래디칼과 연관된 원소적인 반응을 최대화하고 상기 래디칼을 함유하는 여러 가지 가스들의 질량 및 열 확산성을 조정하여 연소 속도를 증대시키는 것은 본 발명의 명백한 한가지 예이다.
실시예 1
고 동력 에너지 증기/가스 상태의 자유 래디칼 조성물은: H, H2, O, O2, CO, F, F2, F3, N, B, Be, Bo, B2, Bf, Al ALO, CH3, NH3, CH, C2H2, C2H5, Li, ONH, NH, NO, NH2, OCH3, OCH, OCH2, OH, Cl, CN 및/또는 OCOO, COOH, C2H5OOC, OCH2O, OCHCO, 또는 CONH2,및 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 해리된 래디칼을 포함하며, 여기서 선택된 래디칼의 생성열은 150, 125, 100, 90, 80, 75, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 5, 2 Kcal/mole 미만 또는 음의 값, 바람직하게는, 50, 40 30, 20, 10, 5, 2 Kcal/mole 미만이고 임의로 그의 속도는 47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 90 cm/sec 이상, 더욱 바람직하게는, 60, 65, 또는 70 cm/sec. 이상인 것이 바람직하며, 임의로 하나 이상의 자유 원자 또는 소비되지 않은 원자가 원자를 가지며; 상기 래디칼은 연소의 주연쇄 반응시 사슬 전달자 (chain carrier) 역할을 한다는 특징이 있고, 연소시 임의로 해리 및 재결합할 수 있다.
실시예 2
실시예 1의 동력 자유 래디칼이 2, 5, 8, 10, 12, 15, 17, 20, 25, 30, 40, 50, 60 중량 퍼센트 이상, 바람직하게는 20 중량%를 초과하는 예비-연소 연료 증기를 나타내는 가스상 예비-연소 연료 증기 (Fuel Vapor)
실시예 3
상기 증기가 미연소 가스 및 연소된 가스 사이의 점성 항력을 감소시키고, 임의로 연소 온도를 저하시키며; 상기 증기가 최종 산화/연소에 앞서 상기 래디칼의 후속적인 재결합/해리에 의해 연소 간격을 연장시켜, 연소/미연소 가스의 속도를 증가시킨다는 특징을 갖고; 상기 증기가 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 할로겐, IIIA족 원소 또는 혼합물을 함유할 경우, 발광 증기상 연소가 일어나, 서브마이크론 범위의 산화물을 발생시킴으로써, 연소 가스의 배기 속도가 상기 자유 래디칼이나 금속물질 부재시, 전통적인 연료 증기의 연소 가스에 비해 정가된 것인, 가스상 미연소 예비-연소 연료 증기 또는 방법 1.
ECS 화합물
ECS 화합물은 고체, 액체, 기체, 및 혼합물일 수 있고, 연료 시스템을 달리하여 사용할 수도 있다. 액체 ECS 화합물을 연료에 가용성이어야 하고 일반적으로 모든 연료상 시스템에 상정되는 것들이다. 고체 ECS 화합물은 일반적으로 고체 연료 시스템에서 사용되지만, 적절한 수단에 의해 액체 또는 기체 시스템에 도입될 수도 있다.
ECS 화합물은 알코올, 아민, 아미드, 옥살레이트, 에스테르, 디-에스테르, 글리콜, 에테르, 알데하이드, 케톤, 글라이콜, 글라이콜 에테르, 퍼옥사이드, 페놀, 카르복실산, 아스테슨, 옥살산, 붕산, 퍼옥사이드, 하이드로퍼옥사이드, 에스테르, 오르토에스테르, 알데하이드산, 케톤산, 하이드록시산, 오르토산, 무수물, 아세테이트, 아세틸, 오르토보레이트, 포름산, 니트레이트, 디-니트레이트, 카르보네이트, 디-카르보네이트, 니트로-에테르 등 중에서 선택할 수 있다.
예컨대 다음을 들 수 있지만 이들 예로 한정되지 않는다: 수소, 일산화탄소, 메틸렌 디 메틸 에테르 (메틸알, 디메톡시메탄으로도 알려져 있음), 카본산 디메틸 에스테르 (디메틸 카르보네이트, DMC라고도 알려져 있음), 디에틸 카르보네이트, 메틸 삼차 부틸 에테르 (MTBE), 에틸 삼차 부틸 에테르 (ETBE), 메틸 삼차 아밀 에테르 (TAME), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 삼차 부닐 알코올, 디메틸 에테르, 기타 C3내지 C6저분자 알코올, 디에틸렌 글라이콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글라이콜 디에틸 에테르, 디메틸 에테르 디에틸 에테르, 이소프로필 에테르, 디이소프로필 에테르 (DIPE), 니트로메탄, 니트로에탄, 니트로프로판, 일산화질소, 디니트러스 옥사이드, 니트릭 옥사이드, 오존, 물, 가스 하이드레이트 (메탄 하이드레이트), 과산화수소, 하이드로퍼옥사이드, 산소 및 유사 화합물. 본 출원인은 아직 동정되지는 않았지만, ECS 기능을 수행할 수 있는 기타 많은 화합물들이 존재한다고 믿는다.
ECS 화합물에는 카르보에톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐디옥시, 카르복실, 에톡살릴, 글리옥실릴, 메톡시, 메틸렌디옥시, 글라이콜릴, 및/또는 하이드록실 성분 및/또는 래디칼이 포함된다.
이중 C=O 또는 C=N 결합을 함유하는 ECS 화합물이 특히 바람직하다. 예컨대 옥살레이트, 카르보네이트, 아세틸 아세톤, 디메틸 글리옥심, 에틸렌디아민 테트라아세트산 등이 포함되나 이에 한정되지 않는다.
ECS 유사 화합물의 그 밖의 비-제한적인 예로는 에틸렌, 프로필렌, 삼차 부틸쿠밀 퍼옥사이드, 부틸렌, 1,2-부타디엔, 1,3-부타디엔, 아세테틸렌 하이드로카본, 예컨대 아세틸렌, 알릴렌, 부틴-1, 펜틴-1, 헥신-1; 치환 하이드라진, 예컨대 메틸하이드라진, 대칭 디메틸하이드라진, 비대칭 디메틸하이드라진, 하이드라진; 에탄, 프로판, 부탄, 디보란, 테트라보란, 펜타 보란, 헥사보란, 데카보란, 알루미늄 보호하이드라이드, 베릴륨 보로하이드라이드, 리튬 보로하이드라이드, 암모늄 니트레이트, 포타슘 나이트레이트, 질산, 암모늄 아자이드, 암모늄 퍼클로레이트, 리튬 퍼클로레이트, 포타슘 퍼클로레이트, 니트로겐 트리옥사이드, 니트로겐 디옥사이드, 하이드라조인산, 디시아노겐, 하이드로시안산, 모노에틸아닐, 아세틸렌, 알루미늄 보로하이드라이드, 암모니아, 아닐린, 벤젠, 부틸 머캅탄, 디보란, 디메틸아민, 디에틸렌트리아민, 에탄올, 에틸아민, 에틸렌 디아민, 에틸렌 옥사이드, 에틸렌디아민, 에틸 니트레이트, 디메틸 설파이드, 푸르푸릴 알코올, 헵텐, 하이드라진, 수소, 이소에틸 니트레이트, 이소프로필 알코올, 리튬, 리튬 하이드라이드, 메탄, 메틸알, 메탄올, 메틸 니트레이트, 메틸아민, 메틸아세틸렌, 메틸비닐 아세틸렌, 모노에틸아닐린, 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로글리세린, n-옥산, 프로판, 프로필렌 옥사이드, n-프로필 니트레이트, o-톨루이딘, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리메틸 트리티오포스파이트, 투르펜틴, 비대칭 디메틸 하이드라진, 자일리딘, 2,3-자일리딘, 리튬 보로하이드라이드, 모노메틸하이드라진, 펜타보란 등을 들 수 있다.
기타 ECS 화합물의 후보로는 디-삼차 부틸 퍼옥사이드, 알킬 퍼옥사이드, 알킬 하이드로퍼옥사이드, 아세틸 하이드로퍼옥사이드를 들 수 있다. 퍼옥사이드의 예로는 다음을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다: 삼차 부틸쿠밀 퍼옥사이드, 디(삼차아밀)퍼옥사이드, 삼차 부틸 하이드로퍼옥사이드, 디-삼차 부틸 하이드로퍼옥사이드, 삼차 아밀 하이드로퍼옥사이드, 아세틸 삼차 부틸 하이드로퍼옥사이드 (CH3)3COOH), 시클로헥실 (아세틸) 하이드로퍼옥사이드, 에틸 (아세틸) 하이드로퍼옥사이드 (C2H5OOH), 디아세틸 퍼옥사이드, 디에틸 퍼옥사이드, 디메틸 퍼옥사이드, 메틸 하이드로퍼옥사이드 (CH3OOH), 아세틸 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 포름산, 테트라메틸올메탄, n, n-디에틸 포름산, n,n-디메틸 포름산, 포름아미드, 메틸 포르메이트, 알킬 니트레이트 (에틸-헥실 니트레이트 및 이소-프로필 니트레이트 포함), 2,5 디메틸 2,5-디 (삼차 부틸 퍼옥시) 헥산, OHC(CH2)4CHO; Ch3CHOHCHOHCH3; (CH3)3CCHOHCH3; CH2CH2C(CH3)(OH)CH3; (CH3)2COOH; (CH3)3COOH; CH3NO2; CH3CCCOH; (CH3)3CCH2COH; HOCH2CH2OCH2CH2OH; HOCH2CH2OH; OCH2CHCHO; (CH3)3CCHO; (CH3)3CCH(OH)CH3; C5H4O2; HO2CCH2CH2CO2C2H5; C3H7COCO2H; C5H8O2, CH3COCHO, 에토나노인산, 메틸 글리콜레이트, 글리옥실산, 페닐 글리옥실산, 디에틸렌 글리콜 에테르, 메틸 포르메이트, 이소아밀 포르메이트, 1,2-에탄디올, 디메틸 에테르 1,2-에탄디올, 에틸렌 니트라이트, 에틸렌 니트레이트, 에틸렌 아세테이트, 에틸 에스테르 포름산, 포름산, 글리옥살, 글리세린산, 테트라에톡시메탄, 트리에톡시메탄, 트리메톡시메탄, 옥살산, 옥살산 에테르, 옥살산 디메틸 에스테르, 옥살산 디프로필 에스테르; 페놀, 예컨대, 2-메톡시페놀, 3-에톡시톨루엔; 아세틸 아세톤, 아세트산 무수물, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 메탄디올 디아세테이트, 아밀 아세테이트, 아세토닐 아세테이트, 에타노인산, 2,4-펜타디온, 메탄디올 디아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로판산, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 암모늄 니트레이트, 디니트로겐 테트록사이드, 등.
본 출원인은 연소시 강력한 킬레이트화제가 되거나 킬레이트화제를 갖는 화합물들 역시 바람직한 ECS 후보가 될 거라 믿는다.
ECS 기능을 수행하는 다음 구조를 갖는 화합물이 바람직하다: R-OO, R-OO-R, R-COOCO-R, R-COOCOO-R, R-CO-R, R-COO-R, H3CO-R, CO2-R, 또는 R-CO-R. 여기서, 모든 R은 비거나 부재 구조일 수 있다. R은 동일하거나 상이할 수 있으며 그 자신 복수개일 수 있다. R은 2(R), 3(R), 4(R)일 수 있으며 여기서 R은 수소, 카르보에톡시, 카르보메톡시, 카르보닐디옥시, 카르복시, 카르빌, 에톡살릴, 에톡시, 에틸렌디옥시, 글리콜릴, 글리옥실릴, 하이드록시, 메톡시, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 메틸렌디옥시, 아세토닐, 아세톡시, 아세틸, 알킬옥시, 벤족시, 또는 벤조일 래디칼일 수 있다.
물론, 여러 가지 시스템내에서 ECS 화합물을 달리하면 상이한 반응이 도출될 것임은 명확하다. 예컨대, 알코올은 에테르보다 연소도와 배기온도를 더 낮게 만들텐데, 이는 증발잠열의 차이 때문이다. 저분자 알코올과 카르보네이트는 특정 에테르에 비해 연소 공정에서 보다 가속화된 속도로 분해될 것으로 기대된다.
본 출원인은 상술한 반응 동력 자유 래디칼을 함유하는 ECS 화합물의 생성에는 플러스 또는 낮은 마이너스 생성열이 요구됨을 발견하였다. ECS 화합물의 경우 허용가능한 마이너스 생성열의 범위는 약 -200, -180, -160, -150, -145, -130, -120, -100 Kcal/mol 미만이며, 더욱 바람직하게는 -90, -80, -75, -70, -65 Kcal/mol 미만, 가장 바람직하게는 약 -60, -55, -45, -40, -35, -30, -20, -10 Kcal/mol, 또는 플러스 값이다. 플러스에 가깝거나 또는 플러스 값이 클수록 바람직하다.
연소 온도를 저하시키기 위해서는, 상술한 증기 구조 및/또는 ECS 화합물 자체가 높은 증발잠열 (증발 엔탈피), 특히 화합물의 비점에서 28.0 jK/mole 이하의 값을 갖는 것이 요구된다. 다른 증발 엔탈피 (비점에서의)는 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 40, 42, 43, 45, 47 jk/mole 이상의 값이다. 일반적으로 그 값이 높을수록 좋다.
증발잠열이 높을수록 연료가 증발함에 따라 냉각 인테이크 챠지에 의해 용량 효율을 부가적으로 증가시키며 에너지 밀도도 증가시키게 된다.
또한 상기 증발 구조 및/또는 ECS 화합물, 자체가 높은 발화 속도를 갖는 것도 특히 바람직하다. 일반적으로, 공기중에서 연소될 때 (그들 자신의 구성의 기능으로서 그리고 Laminar Bunsen 발화으로 측정시), 발화 속도는 40, 43, 45, 46, 48, 49, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 cm/sec 이상이어야 한다.
압축시 , 점화 전, 점화 후, 연소-전, 또는 연소시 큰 동력 자유 래디칼을 발생시키는 온도에서 쉽게 분해 및/또는 해리하는 증기 상태의 ECS 화합물이 바람직하다. 점화 후가 바람직하다. 또한 압축 압력 미만, 정상적인 압축 압력, 또는 압축 압력 이상에서 분해가 일어나는 거싱 바람직하다.
해리가 발화 전면에서 상기 자유 래디칼을 함유하는 미연소 증기를 신속히 확산시키도록 작용하여, 금속물질과 연소시킴으로써, 증기상 연소가 일어나게 하는 것이 매우 바람직하다.
ECS 화합물의 바람직한 비점은 350℃, 325℃, 300℃, 275℃, 250℃, 225℃, 200℃, 175℃, 170℃, 160℃, 150℃, 140℃, 130℃, 120℃, 110℃, 105℃, 및 100℃ 미만이다. ECS 화합물의 60℉에서의 바람직한 증발 잠열은 75, 100, 110, 120, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 150, 160, 165, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 270, 290, 300, 325, 375, 400, 425, 450, 475, 500 btu/lb 이상이다. 일반적으로 ECS 화합물의 증발잠열은 그것이 첨과될 수 있는 공-연료 또는 미조정 기초 연료에 비해 적어도 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10%, 25%, 75%, 100%, 150%, 200%, 250%, 300%, 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로, 차이가 클수록 더 바람직하다. 본 출원인은 증발열의 상대적인 차이가 클수록, 예컨대, 더 높은 인테이크 챠지를 냉각시킬 수 있고 용량 효율에서도 더 큰 개선을 이룰 수 있음을 발견하였다.
ECS 화합물의 발화 속도는 본문에서 독립적으로 또는 바람직한 금속물질 존재 하에 측정될 수 있다. 금속물질 존재 하에 ECS 화합물의 발화 속도는 일반적으로 상기 금속물질 부재시의 값보다 더 클 것으로 예상된다.
일반적으로, 바람직한 라미나 발화 전파 속도는 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44, 45, 47, 48, 49, 50, 51, 52 53, 54, 55 cm/sec를 초과할 것이다. 높을수록 좋다. 라미나 분젠 발화 중에서 측정된 ECS 화합물의 발화 속도는상기 ECS 화합물이 첨가될 수 있는 공-연료 또는 기초 연료의 .05% 내지 1.5%, 1.0% 내지 3.0%, 2.0% 내지 4.0%, 3.0% 내지 6.0%, 5% 내지 10%, 7% 내지 20%, 8.0% 내지 30.0%, 10% 내지 40%, 15% 내지 60%, 30% 내지 200%, 50% 내지 300%, 이상인 것이 바람직하다.
ECS 화합물은 점화 온도보다 약간 내지 보통 높은, 그러나 연소 온도 미만에서는 금속히 분해된다. 더 높거나 심지어 점화 온도 미만을 비롯한 더 낮은 온도에서의 분해도 구려된다. 그러나, 가솔린의 경우, 점화-전은 피하여야 한다. 연료가 열 싱크 (heat sink) 역할을 할 수 있는 제트 터빈 연료인 경우, 165℃, 205℃, 220℃, 260℃, 280℃, 300℃, 350℃ 이상 까지의 액체상 및 증기상 두가지 모두에서의 열 안정성이 확보되는 것이 바람직하다.
연소시 완전히 소비되지 않고, 연소 후 대기중으로 배출된 경우 신속히 분해되는 것이 바람직한 ECS 화합물이다. 바람직한 분해 반감기는 20, 15, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1일 미만, 더욱 바람직하게는 24, 22, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2 시간 미만인 것이 바람직하다. 가장 바람직한 반감기는 1.0, 0.5, 0.25 시간 미만인 경우이다.
액상 또는 증기상의 어느 상태든지 약 150℉, 250℉,300℉, 350℉, 400℉, 450℉, 500℉, 550℉, 600℉, 650℉, 700℉의 정상적인 조작 및 작업 온도에서는 열적으로 안정한 반면, 상기 온도를 초과하는 온도범위 또는 300℉ 내지 1100℉, 400℉ 내지 1000℉, 500℉ 내지 900℉, 650℉ 내지 800℉, 더욱 바람직하게는 550℉ 내지 900℉의 온도에서는 신속히 증기상 분해되는 것이 바람직한 ECS 화합물이다. 그러나, 이 범위 밖의 온도에서의 분해가 예컨대 인젝션, 압축, 또는 점화 전, 점화 후 및/또는 연소 시 일어날 수 있다. 최적 분해 온도는 상황에 따라, 즉, 사용된 연료와 연소 시스템에 따라 달라질 것이다.
바람직한 ECS 화합물은 분자 구조는 비교적 간단하다. 본 발명의 유기 ECS 화합물의 바람직한 연료 사슬 특징은 사슬 중 탄소원자수가 6, 5, 4, 3 이하로 제한된 것이 바람직하다는 데 있다. 탄소가 3개, 2개 또는 1개인 것이 더 바람직하다. 일반적으로, 탄소사슬 길이가 짧을수록 ECS 화합물은 더 바람직하다.
액체 연료 응용의 경우, -150℉, -135℉, -120℉, -115℉, -20℉, -25℉, -10℉, 0℉, 40℉, 50℉, 170℉, 280℉ 전후의 인화점을 갖는 ECS 화합물이 허용가능하다. 제트 비행기 및 기타 유사한 용도의 연료의 경우, 인화점이 30℃, 38℃, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 105℃, 110℃, 120℃, 130℃ 이상인 것이 바람직하다.
주변온도 또는 작업온도에서 증기압을 불리하게 증가시키거나 공-연료의 인화점을 저하시키지 않는 ECS 화합물이 바람직하다. 허용가능한 혼합 증기압 범위는 0.5 내지 50.0 psi이다. 더욱 바람직한 혼합 증기압 범위는 0.5 내지 15.0, 0.5 내지 10.0, 0.5 내지 9.0, 0.5 내지 8.0, 0.5 내지 7.0 psi 또는 0.5 내지 6.0 psi, 또는 0.5 내지 5.0 psi, 또는 0.5 내지 3.0, 0.5 내지 1.5, 0.5 내지 1.0psi, 0.05 내지 0.5 psi 미만인 것이다. 바람직한 증기압 범위는 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.4, 5.6, 5.7, 5.9, 6.1, 6.3, 6.6, 6.8, 6.9, 7.1, 7.2, 7.5, 7.6, 7.7, 8.1, 8.3 psi를 포함한다. 40, 35, 30, 25, 22, 20, 18, 16, 15, 14, 13.5, 12.8, 12.5, 12.4, 12.2, 12.9, 11.8, 11.5, 11.2, 11.0, 10.8, 10.5, 10.2, 10.0, 9.8, 9.5, 9.4, 9.2, 9.1, 9.0, 8.8, 8.5, 8.3, 8.2, 8.1, 8.0, 7.9, 7.8, 7.7, 7.6, 7.5, 7.4, 7.3, 7.2, 7.1, 7.0, 6.9, 6.8, 6.7, 6.6, 6.5, 6.4, 6.3, 6.2, 6.1, 6.0, 5.9, 5.8, 5.7, 5.6, 5.4, 5.3, 5.2, 5.1, 5.0, 4.9, 4.8, 4.7, 4.6, 4.5, 4.4, 4.3, 4.2, 4.1, 4.0, 3.9, 3.8, 3.7, 3.5, 3.3, 3.2, 3.1, 3.0, 2.9, 2.8, 2.5, 2.2, 2.9, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 psi 미만의 혼합 증기압은 허용가능하다.
증기압 및 인화점은 후술하는 공-용매 (co-solvent) 및/또는 염 처리를 통해 완화 또는 조절할 수 있다.
실시예 4
다음과 같은 특징을 갖는 ECS 화합물: 최대 탄소 사슬 길이가 5, 4, 3, 2 또는 1개 탄소 원자(들); 플러스 형성열을 포함하여 마이너스 형성열이 -90, -60 kca/mole 이하; 융점이 20, 10, 5, 0, -10, -20, -30, -50 ℃ 미만; 비점이 25, 30, 40, 42, 43, 44, 60, 80, 90, 100, 110, 120, 140℃ 이상; Bunsen 버너 라미나 인화속도가 40, 45, 48, 50, 55, 60, 65 또는 70 cm/sec 초과; 증발잠열이 60℉에서 80, 90, 100, 120, 130, 133, 140, 143, 145, 148, 150, 152, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 230, 235, 240, 250, 300, 380, 400, 450, 500 BTU/lb이상; 액체 또는 증기상에서 200℉, 250℉, 300℉, 350℉, 400℉, 450℉, 475℉, 500℉, 550℉, 600℉, 650℉, 700℉, 750℉까지의 온도에서 열에 안정하고, 그 후 H, H2, O, O2, CO, F, F2, F3, N, B, Be, BO, B2, BfF, AL ALO, CH3, NH3, CH, C2H2, C2H5, Li, ONH, NH, NH2, OCH3, OCH, OCH2및 OH 및 그 혼합물을 비롯한, 고 동력 에너지 자유 래디칼로의 신속한 분해가 일어남.
실시예 5
실시예 4에서, ECS 화합물이 연료 용해성이고 임의로 산소를 1%, 3%, 5%, 8%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 33%, 40%, 45%, 50%, 52%, 53%, 55%, 58%, 60^, 65%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 또는 100% 전후로 함유하고, 산소 농도가 25 중량%을 넘는 ECS 화합물이 바람직하다. 더욱 바람직하는 것은 40%를 초과하는 것이다.
본 출원인은 가능한 ECSS 화합물과 어떤 순수 및/또는 공-연료 응용에 있어서 커다란 변화성이 있음을 인정하며, 어떤 ECS 화합물은 다른 것보다 덜 만족스럽거나 또는 다 같이 만족스럽지 못할 수 있음을 인정하다. 예컨대, 몇가지는 비-규제 비행, 첨단 제트 장비, 디젤 장비에서 매우 효과적이지만, 자동차용 목적으로는 허용되지 못할 수 있다.
다른 ECS 화합물은 건강에 대한 유독성이 잠재되어 있어 우려되기도 한다. 예컨대, MTBE는 옥탄 개선제로서 많은 연료에서 사용되고 있지만, 지금은 발암물질 또는 알레르기 유발물질로 인식되어 있으며, 불행히도 대기중 반감기가 길고 연소시 안정한 것이다. 따라서, 이 물질의 장기간 환경 이용은, 그의 환경 분해를 가속시키기 위한 공동-ECS 화합물의 부재시 제한될 수 있을 것이다.
MTBE, ETBE, TAME와 같은 고옥탄 산소첨가 ECS 화합물은 점화질을 개선시킨다. 그러나, 이 화합물들은 보통 정도의 증발열과 연소 속도를 갖는다.
본 발며의 여러 측면에서 그룹, 클래스 및 화합물 간의 다용도가 존재하는 것으로 여겨진다. 본 출원인은 듀플리케이션이 두가지 클래스 또는 기능을 모두 만족시키도록 의도한다. 예컨대, 금속물질 ECS 화합물의 경우, 상기 화합물은 본 발명 목적이 달성되는 한, ECS 화합물과 금속물질 역할을 할 수 있다.
특정 ECS 화합물은 공-용매 (후술내용 참조), 또는 하나 이상의 ECS 화합물의 사용을 용이하게 하는 공동-ECS 화합물로서 작용할 것이다. 공동-ECS 화합물은 또한 공-용매일 수 있다. 예컨대, 공-용매를 혼합함으로써 인화점 온도를 증가시키고, RVP를 저하시키거나 특정 고 BV/LHV ECS 화합물의 연소 온도를 저하시키는 것이 필요할 수 있다. 한편, MTBE와 같은 기존의 ECS 화합물의 BV 또는 LHV를 공동-ECS 화합물 DMC 혼합에 의해 증가시키는 것이 필요할 수도 있다.
개개의 ECS 화합물, ECS 화합물 부류, 또는 개개와 부류 사이에 어떤 상승효과가 존재하여, 이들의 각자의 능력을 개선시켜준다. 따라서, 광범위한 혼합물이 고려대상이 된다. 예컨대, 알킬 니트레이트와 배합시, 특히 증류 연료 배합물 중에서 ECS 화합물은, 예기치 않은 연소 성능 향상을 나타낸다.
본 발명의 실시는 ECS 화합물, 공동-ECS 화합물, 공-용매, 및/또는 공동- 연료의 별도 연료 분사를 포함한, 별도 수단에 의한 혼합도 염두에 둔다.
불용성 및 반-용해성 ECS 화합물을 용해시키기 위해 상호 용매를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 바람직한 ECS 화합물은 이러한 연료에 녹는다.
실시예 6
융점이 -100℃, -80℃, -55℃, -20℃, -5℃, 10℃, 50℃, -25℃, -5℃, 0℃5℃, 10℃ 미만이고 비점이 40℃, 60℃, 75℃, 85℃, 100℃, 150℃, 275℃, 485℃ 이상인 연료 가용성 ECS 화합물.
ECS 화합물의 연소 속도를 증대시키고/또는 연소 온도를 저하시키기 위해, 예컨대 개선된 원자화 또는 분사 압력/방법과 같은 어떤 기계적 구조가 필요할 것이다.
따라서, 증가된 연소 속도에 의해 입증되는, 상기 개선된 연소 구조가 높은 상대적 농도로 존재하고/또는 특히 증기상 및/또는 증기상 압축시, 점화 후, 연소-전, 및/또는 연소 증기 중, 중개 및/또는 초기/연소-전 및/또는 연소구조/생성물인 원소 또는 화합물/성분들이 본문의 ECS 화합물을 구성한다.
미연소 연료 증기의 백분율로서 동력 자유 래디칼의 상대적인 그램 중량이나 용량이 높을수록 더 좋다.
따라서, 본 발명의 한 구체예는 개선된 연소 구조를 충분량 사용하여 미연소 가스와 연소 가스 사이의 확산비율을 증가시키는 것이다. 본 발명의 확산 수단은 부가적으로 별도 라미나 및/또는 난류 여소 속도 증가 수단을 포함하는데, 이들은 기게적이거나 화학적인 거일 수 있다. 또는, 이러한 수단은 ECS 화합물 사용을 필요로 하지 않을 수도 있다 (하기 내용 참조).
본 발명을 실시함에 있어서, ECS 화합물은 그의 사용 또는 배합이 압축, 점화 및/또는 연소 공정시 ECS 구조를 발생시키거나 이러한 구조의 발생을 유발할 경우, ECS 구조를 함유할 필요가 없다.
따라서, 본 발명을 실시함에 있어서, 연소 공정시 ECS의 생성을 개선시키는 모든 화합물은 ECS 화합물이라 간주한다.
연료 증기 분획 드롭 또는 사출된 연료 입자로 하여금 연소에 앞서 폭발하게 하거나 (분사 영역 외부에서 폭발하는 것 포함) 또는 연소 영역에서 증기 분획을 신속히 확산시킬 수 있게 하는 화학적 또느 기계적 수단이 바람직하다. 이러한 연료 입자 폭발을 일으킬 수 있는 비-제한적인 ECS 화합물에는 물, 메탄올, 과산화수소, 평지씨유 등이 포함된다.
따라서, 수성 가솔린, 디젤, 나프타, 제트비행 연료, 증류연료, 알킬레이트, 석유화합물 등과 같은 물 또는 기타 ECS 화합물을 유제, 첨가제, 공-용매, 초음파 혼합 또는 기타 방법/배합 수단에 의해 함유하는 연료가 고려될 수 있다.
비-부식적 및/또는 씨일이나 엘라스토머에 악영향을 미치지 않는 ECS 화합물이 바람직하다. 그러나, 부식억제 첨가제가 고려된다. 그의 예로는 DuPont사의 DCl 11 (약 20 내지 30 ppm의 농도로 사용되며, 이 농도 범위 외의 농도도 허용가능하다)를 들 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 기타 공지의 억제제도 생각할 수 있다.
액체 연료에서 사용되는 바람직한 ECS 화합물은 융점이 -32℉, 0℉, -20℉, -40℉, -50℉, -60℉, -70℉, -80℉, -90℉미만, 가장 바람직하게는 -100℉ 미만으로 낮아야 한다. 상황이 허락하면 더 낮은 온도도 고려할 수 있다. 공동-ECS 화합물 및/또는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 같은 첨가제도 필요하다면 사용할 수 있다. 다시 강조하지만, 다른 공동-ECS 화합물, 첨가제 또는 공-용매에 의해 완화될 수 있는, 최적 융점 미만에서 인화점 또는 증기압과 같은 연소 속도 증대 및/또는 연소 온도의 저하에 있어서의 ECS 화합물의 우발적인 증가가 측정되어야 한다.
ECS 화합물은 무독하여야 하고, 적어도 독성이 높지는 않아야 하며, 또는 나쁜 독성과 관련이 없는 것이 바람직하다. 이 화합물은 저조한 열 안정성을 보정하기 위해 첨가제가 사용된 경우에도 열에 안정하고, 저온에서 펌프가능하고, 적절한 점화량을 갖는 것인 것이 좋다.
바람직한 구체예에서는 산소첨가된 ECS 화합물이 고려된다. 화합물의 산소를 최대화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 산소 함량은 0.0001 내지 5.0, 8.0, 12.0, 15.0, 18.0, 20.0, 22.0, 25.0, 28.0, 30.0, 33.0, 35.0, 40.0, 45.0, 50.0, 53.3, 60.0, 80.0 중량% 이상의 범위 일 수 있다.
ECS 연료의 제조시 산소연료 함량을 최대화하는 것도 한가지 목적이다. 바람직한 결과는 대체로 약 0.05%, 1.0%, 1.5%, 2.0% 이상의 산소가 포함되기 전에는 얻어지지 않는다. 그러나, 공-연료를 사용하는 경우에는 0.001%를 비롯 보다 낮은 농도도 허용가능하다. 바람직한 범위는 0.001 내지 80.0중량%의 산소이다. 다른 범위에는 중량%로 0.001 내지 50.0%, 0.001 내지 80.0%, 0.001 내지 15.0%, 0.5 내지 1.5%, 0.3 내지 2.7%, 0.4 내지 1.8%, 0.5 내지 1.9%, 0.6 내지 2.0%, 0.7 내지 2.1%, 0.8 내지 2.2%, 0.9 내지 2.3%, 0.1 내지 2.4$, 1.1 내지 2.5%, 1.2 내지 2.6%, 1.8 내지 2.2%, 2.0 내지 3.7%, 0.2 내지 0.9%, 1.0 내지 4%, 2.0 내지 8.0%, 1.8 내지 12%, 2.0 내지 10.0%, 3.0 내지 30%, 5.0 내지 40%, 2.0 내지 53%의 산소가 포함된다. 기타 농도에는 0.5, 0.9, 1.4, 1.9, 2.4, 2.9, 3.4, 3.5, 4.2, 4.7, 5.2, 5.9, 6.3, 6.6, 7.4, 7.5, 7.8, 9.2, 10.1, 14.3, 18.4, 23.2, 36.3 이상의 산소 중량%가 포함된다. 0.1, 0.3, 0.7, 1.1, 1.2, 1.9, 2.0, 2.3, 2.7, 3.3, 3.7, 3.9, 5.1, 6.3, 8.2, 10.3, 15.3, 22.5, 32.6, 43.5, 48.3, 62.3 미만의 산소 농도도 고려된다. 이들 농도에는 ECS 농도와 ECS/공-연료 배합물도 포함된다.
순수 연료와 로켓 응용에서는, 산소 농도가 중요할 것으로 생각된다. 초기에는 공-연료 사용 농도 결정에 신중을 기해야 할 것이다. 그러나, 본 발명의 한가지 목적은 본 발명의 목적을 최대화시키고 금속물질과 격렬히 반응할 수 있는 중요한 산소 농도를 포함하는 것이다. 바람직하긴 하지만, ECS 연료는 산소를 함유할 필요는 없다.
금속 실시
본 발명의 실시에 있어서 한가지 이상의 반응성 금속, 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 할로겐, IIIA족 원소 또는 혼합물 (여기서 금속/금속물질)은 ECS 화합물과 함께 ECS 연료를 구성한다.
본 발명에 의해 고려되는 바람직한 금속의 종류와 양은 연소를 개선시키고/또는 공해를 감소시키는 것이다. 예컨대 금속 표면 및/또는 이제까지 금속물질 연소에 있어서 전형적인, 금속을 덮고 있는 산화물 용융층 내에서 연소가 일어나지 않는, 발광 증기성 연소가 일어나는 것이 바람직하다.
증기상 연소는 그 밖에도 연소율이 높고 서브마이크론 범위의 금속 산화물 입자가 형성되는, 금속 표면으로부터 일정 거리까지 뻗어 있는 발광 반응대역의 존재로 특징지어진다. 이것은 배기 속도가 가속된 고도로 팽창적인 연소이다.
바람직한 실시예에서, 금속물질은 추진제 또는 공동-추진제로서 사용된다. 금속물질 및/또는 금속물질 함유 연료의 수소 함량은 가능한 한 최대화시켜야 한다. 따라서, 금속물질 하이드릴 또는 기타 유사 화합물들이 바람직하다.수소 함유 염도 바람직하다.
실시예 7
금속물질을 연소시키는 상기 증기상 연소법은 다음 단계를 포함한다: 개선된 연소 구조를 갖는 동력 자유 래디칼을 연소실에 도입하고; 인화성 금속물질 또는 금속 화합물을 상기 자유 래디칼 존재 하에 상기 금속 산화물의 비점 미만의 온도 바람직하게는/임의로 및 상기 금속 또는 금속 화합물의 비점 이상의 온도에서 점화 및 연소시켜; 상기 금속을 연소시킴으로써; 금소 표면으로부터 어느정도의 거리가지 밝은 발광 반응 대역에 의해 입증되는 바와 같이 연소를 가속화시킨다; 여기서 연소에 의해 야기되는 금속물질 산화물 입자는 서브마이크론 범위의 크기이고/또는 가스상으로 남아있다.
실시예 8
실시예 39의 증기상 방법. 여기서 상기 방법의 배기 가스는 고속, 즉 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 200 cm/sec 이상의 속도로 이동하며; 여기서 상기 산화물의 평균 입도는 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.05, 0.04, 0.02 마이크론 미만이다.
또한 금속을 증기로서 연소기에 도입하는 것이 바람직하지만, 고체, 원자화, 또는 미립자 형태로 도입하는 것도, 본 발명의 목적달성에 지장이 없는 한 무방하다. 고체 연료를 사용할 경우, 금속물질을 고체로서 도입할 수 있다. 하이브리드 응용에 있어서, 고체 또는 액체로 도입할 수 있다.
고려 대상의 금속물질에는 그의 연소 생성물이 마이너스의 높은 생성열을 갖는 모든 무연 금속과 관련 화합물이 포함된다. 연소열 또는가열값이 높은 금속 및/또는 금속물질 화합물이 바람직하다. 그 예로는 다음을 들 수 있으나 이에 한정하지 않는다: 알루미늄, 붕소, 브롬, 비스무쓰, 베릴륨, 칼슘, 세슘, 크롬, 코발트, 구리, 프란슘, 갈륨, 게르마늄, 요오드, 철, 인듐, 리튬, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오븀, 인, 칼륨, 팔륨, 루비듐, 나트륨, 주석, 아연, 프라세오디뮴, 레늄, 살란, 바나듐. 본 발명의 금속은 유기-금속 또는 무기 화합물일 수 있다.
1A족의 알칼리 금속, 2A족의 알칼리토 금속, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8, 1B, 2B의 전이금속 및 금속, 7A의 할로겐, 및 3A족 원소와 이들의 화합물도 고려대상이다. 카르보닐을 비롯한 시클로마틱/시클로펜타디에닐 화합물 및 전이금속도 명확히 고려 대상이 된다. 이들의 제조방법은 미국특허 제 2,818,416호, 3,127,351호, 2,818,417호, 2,839,552호 (본문에 참고됨)에 설명되어 있다. 본 출원인은 메틸 시클로펜타디에닐 트리카르보닐기가 효과적임을 발견하였다.
4B, 5B, 6B, 7B, 8족에서 발견되는 금속 또는 원소를 비로산 비제한적인 시클로마틱 또는 시클로펜다디에닐 화합물을 포함하는 화합물이 특히 고려 대상이 된다. 하나 이상의 금속을 함유하는 화합물 또는 금속 및/또는 이들의 화합물의 혼합물도 고려된다.
원소 주기율표의 3A족에서 발견되는 금속 및 이들의 비제한적인 화합물, 특히, 붕소와 알루미늄은 명백하게 고려된다. 금속을 ECS 화합물과 함께, 또는 가용성 화합물, 상호 분산제/용매, 콜로이드 매질, 현탁 매질, 별도 분사와 같은 몇가지 다른 방식으로 연소기에 도입할 수 있다.
7A족 할로겐은 예컨대 불화탄화수소등과 같이, 환경 및 건강 문제 때문에 불소, 염소, 또는 브롬으로 제한한다.
산소를 제외한 6A의 칼코겐이 고려될 수 있으나, 황을 사용하는 것은 환경 및 건강에 대한 관심 때문에 제한이 있다.
5A 원소 및 화합물은 고려될 수 있으나 인은 환경에 관한 한 제한된다.
본 출원인은 일반적으로 현재의 액체 하이드로카본 연소와 대등한 용융 및 비등 범위를 가지면서 연료 가용성인 금속 및 금속 화합물이 최선의 선택이라고 믿는다.
이러한 유기 금속의 그에 제한되지 않는 예로는 시클로펜타디에닐 메틸시클로펜타디에닐 철, 페로신, 메틸페로신, 및 부타디엔 철 트리카르보닐, 부타디엔 철 트리카르보닐, 디시클로펜타디에닐 철 및 디시클로펜타디에닐 철 화합물 (USP 2,680,; 2,804,468; 3,341,311을 보라); 니켈, 시클로펜타디에닐 니켈 니트로실; 몰리브데늄 헥사카르보닐, 시클로펜타디에닐 몰리브데늄 카르보닐 (USP 3,272,606, 3,718,444를 보라), 테크네튬, 마그네슘, 레늄 화합물 (카나다 특허 #1073207을 보라), 디보란, 테트라보란, 헥사보란, 및 혼합물을 포함한다. 상기 금속의 유기 및 무기 종들을 선택하는 것을 고려할 수도 있다. 미국 특허 # 2,818,416은 트리메틸알루미늄, 트리틸알루미늄, 디메틸베릴륨, 보론 하이드레이트, 보론 하이드라이드, 보론 안하이드라이드, 트리틸보론 (C2H5)3B; 수소 및 리튬을 갖는 보론의 화합물, 펜타보란, 데카보란, 바라졸, 알루미늄 보로하이드라이드, 베릴륨 보로하이드라이드, 리튬 보로하이드라이드 및 그들의 혼합물; (CH3)3NBH(CH3)3, (CH3)2BI, BE(C2H5)2, C4H9B(OH)2, Al(BH4)2, Be(BH4)2, LiBH4, B(OC2H5)3, (BO)3(OCH3)3; Zn(CH3)2를 개시한다. 다중 금속을 갖는 화합물이 고려될 수 있다.
시클로마틱 망간 트리카르보닐로는 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐이 바람직하다. 더욱 바람직한 시클로마틱 망간 트리카르보닐로는 메틸 시클로펜타디에닐 망간(MMT)이 있다.
허용되는 치환체의 무제한적 예로는 알케닐, 아르알킬, 아르알케닐, 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴 및 알케닐 군이 있다. 허용되는 시클로마틱 망간 트리카르보닐 내폭성 화합물의 예시가 되는 그에 제한되지 않는 예에는 벤질리옐로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 1.2-디프로필 3-시클로헥실시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 1.2-디페닐시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 3-프로페닐리에닐 망간 트리카르보닐; 2-톨리인데닐 망간 트리카르보닐; 플루오레닐 망간 트리카르보닐; 3-나프틸플루오레닐 망간 트리카르보닐; 4.5.6.7-테트라하이드로인데닐 망간 트리카르보닐; 3-3에틸-4, 7-디하이드로인데닐 망간 트리카르보닐; 2-에틸 3 (a-페닐에테닐) 4,5,6,7 테트라하이드로인데닐 망간 트리카르보닐; 3 - (a-시클로헥실에틸레닐) -4.7 - 디하이드로인데닐 망간 트리카르보닐; 1,2,3,4,5,6,7,8 - 옥타하이드로플루오레닐 망간 트리카르보닐 및 그와 유사한 것이 포함된다. 상기 화합물의 혼합물도 역시 사용될 수 있다. 상기 화합물은 공지의 방법으로 제조될 수 있다.
본 출원인은 칼륨, 마그네슘, 리튬, 보란 및 그들의 관련 고에너지 가연 화합물이 특히 유효해서 바람직스럽다는 것을 밝혀냈다. 필요한 경우, Li 및 LH와 같은 촉진제도 고려될 수 있다.
일반적인 시험에서 다른 금속, 그들의 화합물 및 본 출원인의 발명 기준에 부합하는 조합이 확인될 것이다. 따라서, 앞으로 본 발명의 목적을 향상시키는 다른 금속은 청구범위에서 고려될 것이다.
연소 온도도 또한 상기 금속(또는 금속 화합물)의 비점보다 높은 것이 바람직하다.
특히 고농도의 강화 연소성을 갖는 연료 조성 중 산소 중량 농도가 높은 것 때문에 금속 농도가 더욱 높게 허용될 수 있다. 고평균 ECS 연료, ECS＼공-연료 및/또는 공-연료 밀도도 역시 고 허용 가능한 금속 농도 및 고 배기 속도와 관련이 있다. 엔진 연소 열역학 및 화학양론 때문에 금속 상한이 정해진다.
금속 농도는 실질적으로 다양하다. 그에 제한되지 않는 예로는 0.001 부터 7.50 초과 그램 기본 금속/갤 (metal/gal), 0.001 내지 10.00 초과 그램 기본 금속/갤, 0.001 내지 15.00 초과 그램 기본 금속/갤, 0.001 내지 20 초과 그램 기본 금속/갤, 0.001 내지 30.00 초과 그램/기본 금속/갤, 0.001 내지 50.00 초과 그램/기본 금속/갤 또는 그를 초과하는 것처럼 다양한 값을 포함한다. 특정 사용에서는 1/64, 1/32, 1/16, 1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 1, 1.5, 2.0, 2.5, 2.6, 2.7, 2.9, 3.0, 5.0, 7.5, 10, 15, 20, 25, 26, 27, 30, 33, 35, 40, 50, 55, 60.0, 65, 70, 80, 및 90 그램/갤이 바람직하다. 전진 및/또는 로켓 및/또는 추진에 사용되는 경우, 기본 금속 농도는 특히 자연성 조건에서 100, 150, 200, 225, 250, 300, 400, 200 내지 600, 800 내지 1000.0 그램/갤 단위일 수 있다. 상기 범위의 농도도 역시 고려될 수 있다.
그러나, 더욱 고전적인 공-연료에 사용되는 망간 범위는 일반적으로 약 0.001 내지 약 5.00 그램 Mn/갤, 0.001 내지 약 3.00 그램 Mn/갤, 0.001 내지 2.00 그램 Mn/갤, 0.001 내지 1.00 그램 Mn/갤, 0.001 내지 약 0.50 그램 Mn/갤, 0.001 내지 0.375 그램 Mn/갤, 0.001 내지 약 0.25 그램 Mn/갤, 0.001 내지 0.125 그램 Mn/갤, 0.001 내지 0.0625 그램 Mn/갤, 0.034 내지 0.125 그램 Mn/갤의 조성 범위이다.
다른 금속 또는 망간 농도는 약 1/128, 1/64, 1/32, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 3/8, 1/4, 1/2, 3/4, 0.8, 0.825125, 1.0, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.656, 1.75, 1.875, 1.90, 2.0, 2.25, 2.3, 2.4, 2.45, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.3125, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.75, 3.8, 3.875, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.75, 4.875, 4.9, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 6.0, 6.1, 6.2, 6.3, 6.5, 6.625, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 7.0, 7.1, 7.2, 7.25, 7.3, 7.375, 7.4, 7.5, 7.55, 7.6, 7.8, 7.875, 7.9, 8.0, 8.5, 8.75, 8.875, 9.0, 9.1, 9.25, 9.3, 9.375, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.75, 9.8, 9.875, 9.9, 10.0, 10.125, 10.25, 10.375, 10.5, 10.5, 10.6, 10.75, 10.875, 11.0, 11.1 11.2, 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7, 11.75, 11.8, 11.875, 11.9, 12.0, 12.2, 12.3, 12.375, 12.4, 12.5, 12.7, 12.75, 12.875, 12.9, 13.0, 13.1, 13.2, 13.2, 13.25, 13.3, 13.375, 13.4, 13.5, 13.6, 13.7, 13.75, 13.8, 13.875, 13.9, 14.0, 14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5, 14.6, 14.7, 14.8, 14.9, 15.0, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 20.0, 21.0, 22.0, 23.0, 24.0, 25.0, 26.0, 27.0, 28.0, 29.0, 30.0, 31.0, 32.0, 33.0, 34.0, 36.0, 37.0, 38.0, 39.0, 40.0, 41.0 및 0.001 내지 50.0, 100.0, 200.0, 400.0, 500.0, 700.0, 800.0, 1,200.0, 3,500.0 또는 5,000 그램 금속/갤 정도의 범위이다. 기초 원소의 모든 연소 향상 또는 화학양론양이 고려되어진다.
디젤 연료에의 적용시, 상기 연료의 1.0 중량%를 초과하는 망간 농도 또는 약 25 내지 33 그램/갤도 역시 고려되어진다. 가솔린에서, 1/64, 1/32 또는 1/16을 초과하는 망간 농도가 바람직하다.
범위는 특정 금속, 연료, 연료 중량, 조정, 전진 적용, 열역학에 따라 변화하고, 광범위한 연소계가 수정되어 본 발명의 가속 저온 고에너지 성질을 강화할 수 있다.
본 발명에 의한 금속은 또한 전범위의 페리어스 파이크레이트, 칼륨염 등을 포함하는 연소 촉매를 포함한다. 예를들면, 칼륨염은 스파크에이드(SparkAid) 또는 스파크에이드(SparkAde)로 알려진 쉘 케이컬에서 시판되는 것을 포함하는 것으로 여겨진다.
상기 염들은 연료 100만분에 0.01, 0.4, 0.5, 0.75, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0부의 금속인 연료에 사용될 수 있고, 1.0 내지 4.0 ppm 금속도 고려됨과 동시에 16.0 ppm 금속 미만의 농도도 역시 고려될 수 있다. 다른 칼륨염 또는 페로신 범위는 100만분에 0.10 내지 8.0, 4.0 내지 9.0, 5.0 내지 12.0, 6.0 내지 13.0, 7.0 내지 14.0, 8.0 내지 15.0 ppm 금속, 연료 100만분에 9.0 내지 16.0, 10.0 내지 20.0, 11.0 내지 22.0, 12.0 내지 25.0, 13.0 내지 30.0, 14.0 내지 40.0, 15.0 내지 50.0, 16.0 내지 60.0, 17.0 내지 80.0, 18.0 내지 100.0부인 금속 또는 염의 범위로 변화한다.
본 발명의 적용시, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11.0, 12.0, 13.0, 14.0, 15.0, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 20.0, 21.0, 22.0, 23.0, 24.0, 35.0, 26.0, 27.0, 28.0, 29.0, 30.0 ppm 금속인 칼륨 농도가 특히 고려될 수 있고 바람직하고, ECS 화학 및 채용되는 기계적 수단에 따라 상기 칼륨 농도 또는 그를 초과하는 농도가 역 효과인 금속 산화물의 형성 없이 채용될 수 있다.
연소 속도 및/또는 본 발명의 다른 목적을 최대화하는 금속 농도가 특히 고려되어진다.
본 발명에 따르면, 본 출원인의 연료는 법적 및/또는 환경 고려에 관한 것 뿐만 아니라 상기 연료 조성, 화학양론, EC 화학, 연소계, 원하는 효율 및 동력과 합치할 수 있는 양적으로 향상된 연소를 구성하는 적어도 하나의 Mn 및/또는 다른 무연 금속의 양을 포함한다.
그러나, 본 출원인의 연료는 또한 금속을 포함하지 않은 수정 연료가 될 수도 있다는 것이 명백히 고려되어야 한다. 즉, 여기에 나타나거나 또는 함께 출원 중인 연료 치환제 조절, 화학적 및/또는 기계적 수단에 의한 연소 속도의 가속 및/또는 연소 온도의 감소에 의해 금속 없이도 채용될 수 있다.
열 방출, 연소 속도, 열효율, 배출 감소, 동력 발생 및 그와 유사한 것에 있어서의 상승적 진전을 이룰 수 있는 치환 또는 혼합 금속에 대한 실시예이다. 본 출원인의 발명은 금속 치환 및 혼합의 실제 적용에 광범위한 변화를 예상케한다. 예를 들면 미국 특허 3,353,938; 3,718,444; 4,139,349를 보라. 유기 금속 화합물은 본 발명의 사용에서 바람직하다.
실시예 9
조성물은, 칼륨 염 (예를 들면, 스파크에이드로 시판되고 있는 쉘 케미컬 코포레이션의 제품); 및 적어도 하나의 유기-망간 화합물; 및 적어도 하나의 ECS 화합물의 점화 또는 연소 향상량으로 이루어진다.
여기서 금속은 생성열이 음의 값인 산화물을 가지고 -1,000, -10,000, -50,000, -100,000 내지 -150,000 gr 칼로리/몰을 초과해야만 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 -200,000, -225,000, -250,000, 275,000, -300,000, -325,000, -350,000, -400,000 gr 칼로리/몰 및 그를 초과하는 것이다.
상기 금속은 낮은 상대 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명 금속의 허용 가능한 분자량은 100, 80, 72, 70, 60, 59, 55, 36, 34, 32, 30, 28, 26, 24, 22, 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6 또는 4; 더욱 허용 가능한 것은 59, 56, 32 미만의 것들이고; 바람직한 분자량은 27, 24 미만이고; 더욱 바람직한 것은 15 미만이고; 훨씬 더 바람직한 것은 14 미만이고; 가장 바람직한 것은 6 미만이다.
본 출원인은 기상 및 고상 금속 및/또는 그들의 관련 화합물을 예상한다. 상기 금속의 연소 생성물은 환경 친화적이고 즉, 독성이 없다.
본 출원인은 본 발명의 실시에 사용 가능한 수 많은 금속이 있다는 것을 인식하고, 케미컬 러버 콤파니 CRC (Chemical Rubber Company CRC)의 1995년 판 화학 및 물리의 핸드북의 유기 금속 화합물의 물리 상수에 관한 부분을 참고에 함께 실었다. 또한 본 발명의 기준에 부합하는 연료 가용성 금속을 특히 함께 실었다.
무연 금속의 그에 제한되지 않는 다른 실시예가 상세한 설명에 나와있다. 무연 단순 2 원계 금속 화합물 및 3원계 및 다원계 화합물의 추가적인 그에 한정되지 않는 염이 고려된다. 3원계 하이드록시 산의 염이 고려된다. 금속 퍼크로레이트, 설페이트, 니트레이트, 카르보네이트, 하이드록사이드 및 다른 것들도 고려된다. 금속 하이드록시 화합물은 바람직하다. 고려되는 염은 또한 치환 가능한 수소를 함유하는 산염을 포함한다.
본 발명의 상기 범위 및 실시예내에서 과산화 유기 금속 화합물을 포함하는 금속 화합물을 함유하는 과산화물을 채용할 수도 있다. 그 자신이 ECS 화합물인 금속 화합물을 사용하는 것도 명백한 실시예이다. 그에 한정되지 않는 실시예은 ECS 화합물에 근거하는 리튬, 이오듐, 보론일 수도 있다.
고려되는 과산화 유기 금속 화합물은 금속 메톡시, 디메톡시, 트리메톡시, 에톡시, 디에톡시, 트리에톡시, 옥살레이트, 카르보네이트, 디카르보네이트, 트리카르보네이트 및 그와 유사한 구조 및 그들의 혼합물을 포함한다. 이러한 과산화 유기 금속 화합물은 추가적인 ECS 화합물 (즉, DMC) 과 함께 또는 ECS 화합물 없이도 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 선택적으로 ECS 화합물, 공-연료 또는 추가적인 금속을 구비하는 청정 연료와 같은 화합물의 혼합물을 포함하는 산소 함유 유기 금속 화합물을 사용한다.
M1가 1의 원자가 또는 1 보다 큰 원자가를 가지고, 그 초과하는 원자가는 2중 결합 산소 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼, 및/또는 그들의 조합물에 의해 채워지는 M1-OCH3의 구조 또는 그와 유사한 구조를 갖는 동족체 또는 아날로그(analogue)를 포함하는 금속 화합물; M2가 2의 원자가 또는 2 보다 큰 원자가를 가지고, 그 초과하는 원자가는 2중 결합 산소 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼, 및/또는 그들의 조합물에 의해 채워지는 M2-[OCH3]2의 구조를 갖는 금속 화합물 (실시예로 트리메틸 보레이트 M3-[OCH3]3가 있다); M3가 3의 원자가 또는 3 보다 큰 원자가를 가지고, 그 초과하는 원자가는 2중 결합 산소 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼, 및/또는 그들의 조합물에 의해 채워지는 M3-[OCH3]3의 구조를 갖는 금속 화합물; M4가 4의 원자가 또는 4 보다 큰 원자가를 가지고, 그 초과하는 원자가는 2중 결합 산소 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼, 및/또는 그들의 조합물에 의해 채워지는 M4-[OCH3]4의 구조를 갖는 금속 화합물;을 채용하는 것도 역시 본 발명의 범위내에 속한다.
상기 실시예에서, 고려되는 M1-M4는 하나 또는 복수개의 금속일 수 있고, 같거나 다른 금속일 수도 있다. 복수개의 같은 금속을 함유하는 상기 구조의 그에 한정되지 않는 예는 테트라메톡시디보린 [(초30)4B2]를 포함한다.
추가적으로 고려되는 과산화-유기 금속 구조로는, M1 또는 M2가 1 이거나 선택적으로 1 보다 큰 원자가를 가지고 그 초과하는 원자가는, 추가적인 금속으로 채워지거나 및/또는 M1 또는 M2가 단일 또는 2중 결합 산소에 대체되거나 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼, 및/또는 그들의 조합물에 의해 채워지는 M1-O(CO)O-M2를 포함한다. M1은 단일 결합 산소를 대체하거나 및/또는 하나 이상의 메틸, 수소, 하이드록시, 에톡시, 카르베톡시, 카르보메톡시, 카르보닐, 카르보닐다이옥시, 카르복시, 메티옥시, 이소니트로, 이소니트로소, 메틸렌다이옥실 래디칼에 의해 대체될 수 있다. 그에 한정되는 않는 실시예로 리튬 카르보네이트 [Li2O2(CO)], 칼륨 카르보네이트 [K2O2(CO)], 나트륨 카르보네이트, 세슘 카르보네이트, 구리 카르보네이트, 루비듐 카르보네이트, 리튬 하이드로진 카르보네이트, 나트륨 하이드로진 카르보네이트, 칼륨 하이드로진 카르보네이트, 칼륨 나트륨 카르보네이트 및 그와 유사한 것을 포함한다.
C2 및 C4 플러스 에테르가 금속 구조를 가질 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, M'1 및 M'2가 같은 구조 또는 다른 구조이거나 M'1 또는 M'2가 1가의 원자가를 갖는 수소 또는 원자 또는 래디칼인 M'1-CH2-CH2-O-CH2-CH2-M'2 구조가 고려된다.
다른 고려 구조는 금속 케톤, 에스테르, 알코올, 산 및 그와 유사한 것을 포함한다. 그에 한정되지 않는 예로, M'1이 3가의 원자가로 이루어지는 하나 이상의 금속인 M'1-C-OH3를 포함한다. 다른 구조는 M'1이 2 가의 원자가를 갖는 M'1-C2O4를 포함한다. M1 및 M2가 같거나 다른 금속이거나 M2가 수소 또는 1가의 원자가를 갖는 원자인 M1-C-C-O-C-C-M2 구조도 역시 고려된다.
상기 과산화 유기 금속 화합물은 ECS 화합물의 것을 포함하는 것에 대해서 상술한 한 바와 같은 연료 성질, 즉, 기화열이 높고, 연소 속도가 빠르고, 통상의 취급 온도에서 분해 특성 (즉, 점화 후 연소 전의 온도에서 연소가 향상되거나 래디칼이 없는 구조로 분해하는 것)이 열적으로 안정적이고; 금 속의 고열 및 고에너지 방출 특성 등등을 갖는 것이 극히 바람직하다.
본 출원인의 금속은 필요한 경우 상호 용매에 의해 액체 연료계와 통합될 수 있다는 것이 명백히 고려된다. 또 다르게는, 액화 또는 기화를 포함하는 별도의 수단에 의해 연소기/연소 챔버내로 도입될 수도 있다.
본 출원인의 청정 과산화 유기 금속은 대량 생산 기준으로 생산하기에 상대적으로 비용이 덜 들어야만 한다.
실시예 10
i) 70, 60, 50, 40 마이크론 이하 또는 그 미만인 평균 입자 크기를 갖는 연료 증기를 흡공기 연소계로 도입하는 단계로, 상기 연료 증기는 1) 그 산화물의 생성열이 음의 값이고 선택적으로 약 -10,000, -20,000, -30,000, -40,000, -50,000, -100,000, -150,000, -200,000, -225,000, -300,000, -350,000, -400,000 gr 칼로리/몰 (보다 더 음의 값인)을 포함하거나 초과하고, 상기 원소 또는 화합물의 가열 값이 선택적으로 2,000, 4,000, 4,500, 5,000 Kcal/kg 또는 그를 초과하는 값인 적어도 하나의 가용성 화합물 또는 전이 금속, 알카리 금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 및 혼합물 및 2) 기화 잠열이 약 110, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 148, 150, 152, 155, 160, 170, 200, 230, 250, 275, 300, 325, 350, 375, 400, 500 btu/lb @ 60。F (바람직하게는 150, 151, 152, 153, 154, 155, 160 btu/lb를 초과)을 초과하고 또는 선택적으로 그 끓는점에서 약 27, 28, 29, 30, 31 또는 32 jK mole-1이고 라미나 연소 속도는 약 48, 49, 50 cm/sec 또는 그를 초과하는 값을 초과하고, 선택적으로 약 100℃, 150℃, 200℃, 250℃, 275℃, 300℃, 325℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃ 또는 그 보다 높은 온도까지 기상에서 열적으로 안정한 특징을 갖는 적어도 하나의 ECS 화합물, 3) 선택적으로 공-연료인 연료 증기를 도입하는 단계; ii) 선택적으로 0.3, 0.25, 0.22, 0.2, 0.19, 0.18, 0.17, 0.15, 0.13, 0.10, 0.08, 0.05 mj 또는 이 미만의 최대 스파크 에너지를 갖는 상기 연료 증기를 제조함과 동시에 점화 미연소 연료 증기가 150, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 0 또는 음의 값 미만의 25℃에서의 생성열을 갖는 활성 고 운동에너지 자유 래디칼로 분해함으로써 상기 자유 래디칼기초 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 또는 그 혼합물과 균등한 그램 중량수 및 1:20, 1:10, 1:5, 1:2, 1:1, 1.5:1, 2:1, 3:1, 5:1, 10:1, 15:1, 20:1, 30:1, 50:1, 75:1, 100:1, 150:1, 200:1, 500:1, 1,000:1, 5,000:1, 10,000:1의 비와 같거나 상기 비를 초과하는 양을 나타내고, 상기 자유 래디칼은 선택적으로 자유 래디칼(그에 한정되지 않는 예로 후속적인 재결합이 연소 과정에서 계속되는 OH, CN 및 NH 래디칼을 포함한다)을 해리시키는 단계; iii) 상기 래디칼을 발광 기상 연소를 일으키기에 충분한 형식으로 화염앞으로 확산시키는 단계;로 이루어지는 저온 증기상 연소 방법 및 조성.
실시예 10a
상술한 실시예 10에서 상기 연소는 1400。F, 1390。F, 1375。F, 1350。F, 1325。F, 1300。F, 1275。F, 1250。F, 1200。F, 1100。F 또는 1000。F 미만에서 배출 가스 속도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
실시예 11
실시예 10의 조성은 다핵성 방향족, 납, 황, 바륨, 염소 또는 불소가 없거나 실질적으로 없고, 선택적으로 하이드로플루오로카본, 플루오로카본, 클로로플루오로카본, 하이드로클로로플루오로카본에 기여하거나 상기 것들을 유발하는 염화 용매, 브롬화 용매 및/또는 인화 용매 또는 어떤 화학 물질도 없거나 실질적으로 없다.
실시예 12
실시예 10의 조성에서 화합물의 그램으로 또는 다르게는 기초 원소의 그램에 대한 활성 래디칼이 측정된 ECS 화합물의 금속 화합물에 대한 비는 1:1000 내지 1:1, 1:500 내지 1:1, 1:100 내지 1:1, 1:50 내지 1:1, 1:40 내지 1:1, 1:30 내지 1:1, 1:20 내지 1:1, 1:10 내지 1:1, 1:5 내지 1:1, 1:4 내지 1:1, 1:3 내지 1:1, 1:2 내지 1:1, 1:2 내지 1:1, 3:5 내지 1:1, 2:3 내지 1:1, 1:1 내지 3:2, 1:1 내지 5:3, 1:1 내지 2:1, 1:1 내지 7:3, 1:1 내지 3:1, 1:1 내지 4:1, 1:1, 5:1, 10:1, 1:1 내지 15:1, 1:1 내지 20:1, 1:1 내지 30:1, 1:1 내지 50:1, 1:1 내지 75:1, 1:1 내지 100:1, 1:1 내지 150:1, 1:1 내지 200:1, 1:1 내지 250:1, 1:1 내지 500:1, 1:1 내지 1000:1, 1:1 내지 5000:1, 1:1 내지 10000:1 또는 상기 반응을 적절하게 하는 다른 비의 거의 이하이다.
실시예 12a
상술한 실시예에서 ECS 화합물은 DMC 및 선택적으로는 Mn인 금속이다.
실시예 13
상술한 방법 및 조성은 ECS 화합물 및 금속 (유기-망간) 화합물을 포함함으로써, 그램 ECS 화합물의 그램 기초 원소의 비가 약 100,000:1 내지 1:1, 10,000:1 내지 1:1, 5,000:1 내지 1:1, 2,500:1 내지 1:1, 2,000:1 내지 200:1, 3,000:1 내지 1,000:1, 2,500:1 내지 500:1, 2,000:1 내지 50:1, 1,500:1 내지 100:1, 1250:1 내지 1:1, 1000:1 내지 1:1, 750:1 내지 50:1과 균등하거나 미만인 범위에 놓이고, 다른 허용 가능한 범위는 500:1 내지 20:1, 250:1 내지 15:1, 200:1 내지 3:1, 50:1 내지 5:1; 20:1 내지 10:1; 20:1 내지 1:1; 및 15:1 내지 1:1 이다. 개별 농도는 10,000:1; 6000:1, 5500:1, 5000:1, 4800:1, 4500:1, 4000:1, 3800:1, 3600:1, 3400:1, 3200:1, 3000:1, 2800:1, 2600:1, 2400:1, 2200:1, 2,000:1, 1850:1, 1750:1, 1550:1, 1500:1, 1450:1, 1425:1, 1400:1, 1380:1, 1350:1, 1340:1, 1325:1, 1320:1, 1300:1, 1280:1, 1260:1, 1250:1, 1200:1, 1180:1, 1150:1, 1150:1, 1125:1, 1100:1, 1075:1, 1050:1, 900:1, 800:1, 750:1, 650:1, 600:1, 575:1, 550:1, 500:1, 450:1, 350:1, 300:1, 250:1, 200:1, 180:1, 175:1, 170:1, 165:1, 160:1, 155:1, 150:1, 145:1, 140:1, 135:1, 130:1, 125:1, 120:1, 115:1, 110:1, 105:1, 100:1, 95:1, 90:1, 85:1, 80:1, 75:1, 70:1, 65:1, 60:1, 55:1, 50:1, 45:1, 40:1, 35:1, 30:1, 25:1, 22:1, 20:1, 18:1, 17:1, 15:1, 12:1, 10:1, 8:1, 5:1, 3:1, 2:1, 1:1 또는 방법 및 조성을 연소 특성을 최대화할 수 있는 비이다. 다른 범위는 4800:1 내지 50:1; 1200:1 내지 10:1, 600:1 내지 5:1, 300:1 내지 5:1 , 180:1 내지 50:1; 600:1 내지 30:1, 500:1 내지 50:1을 포함한다. 금속에 대한 ECS 비는 상술한 값보다 낮거나 높을 것이 고려된다.
실시예 14
ECS 연료 조성은, ECS 화합물로 바람직하게는 디메틸 카르보네이트 (DMC)와 적어도 하나의 연료 가용성 금속 (바람직하게는 시키로 망간 화합물) 으로 이루어지고, ECS 화합물의 기초 금속에 대한 비가 2,500부 대 일 이하, 600부 대 일 이하, 400:1, 300:1, 175:1, 150:1, 125:1, 100:1, 75:1, 60:1, 50:1, 40:1, 30:1, 20:1, 10:1 이하이다.
실시예 15
ECS 연료 조성은, ECS 화합물 (바람직하게는 디메틸 카르보네이트); 적어도 하나의 연료 가용성 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 또는 그 혼합물 (바람직하게는 시클로마틱 망간 화합물); 선택적으로 공-연료; 그램 디메틸 카르보네이트의 그램 기초 금속에 대한 비는 10,000:1 내지 1:500, 2,500:1 내지 1:100, 1200:1 내지 1:1의 범위내, 더욱 바람직하게는 600:1 내지 1:1 미만 (또는 연소 특성을 최대화할 수 있는 다른 비); 선택적으로 염, VPR 내지 FRI 공-용매 또는 염, 산화방지제, 어는점 첨가제, 아이싱(icing) 방지 첨가제, 금속 비활성제, 부식 방지제, 하이드로스코픽 제어 첨가제, 윤활제, 윤활 내지 마찰 수정 첨가제, 내마모 첨가제, 연소실 내지 축적 제어 첨가제, 안티-하이들로시스 제어 내지 방지 수단, 발화점 향상 수단, 증기 프레스 감소 수단 내지 전단 휘발성 증가 수단 (필요한 경우), 다른 어떠한 알려진 첨가제 또는 여기에서 기술된 다른 첨가제 및 그의 혼합물; 선택적으로 적어도 38℃의 발화점 내지 20, 15, 12, 10, 9.5, 9.0, 8.5, 8.0, 7.5, 7.0, 6.5 psi 미만의 RVP; 선택적으로 21KPa의 최대 증기압; 선택적으로 42.8 MJ/Kg을 초과하거나 같은 연소열 내지 그 균등 용량; 선택적으로 0.1 mg KOH/g의 전체 최대 산성도; 또는 선택적으로 하나 이상의 이미 알려진 ASTM, 산업 또는 정부 연료 기준;으로 이루어지고, 상기 연료는 발광 증기상 연소를 할 수 있는 특성을 가진다.
실시예 16
선택적으로 산업 및/또는 ASTM 기준에 적합하고, 상대적으로 낮은 가열 값을 갖는 ECS 화합물의 희석 효과 때문에 얻어진 ECS/공-연료가 산업 또는 ASTM 공-연료 기준 중 하나에는 못 미치거나 또는 43.0, 42.8, 42.5, 42.0, 41.0, 40.5, 40.0, 39.0, 38.0, 37.0, 36.0, 35.0 KJ/Kg 미만, 18,720, 18,000, 17,900, 17,500, 17,000, 16,500, 16,000, 15,500, 15,000 BTU/lb 또는 그 미만 보다 작거나, 또는 종래의 방법에 의해 측정된 공-연료에 비해 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 35.0, 40.0, 50.0 퍼센트 btu이고; 상기 연료는 공-연료 단독으로 상대적으로 높은 가열 값에 비해 연료 경제적인 면, 잠재적인 동력, 워크, 범위, 스러스트 또는 리프트의 면에서 강화된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 상술한 15의 조성이다.
실시예 17
선택적으로는 조성 15이고, 비행용 가솔린 기제이고, 최소 옥탄 또는 87 또는 130 (ASTM 909)의 성능 넘버, T-10 플러스 T-50 분율의 합이 307。F인 증류 분율, T-40 온도가 167。F이고, T-90 온도가 250。F이고, 이와 동시에 연료 황 함량은 최대 0.05 중량%이거나 황이 없고, ECS 화합물의 연소 향상량;으로 이루어지고, 이렇게 얻어진 연료의 기화 잠열은 120, 125, 130, 135, 140, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 162, 165 BTU/lb를 초과하고; 그럼으로써 얻어진 연료가 선택적으로 40, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 cm/sec과 같거나 이것을 초과하는 라미나 연소 속도를 가지고; 선택적으로 (바로 위의 실시예 25c가 그 후에 필요하지 않다면) 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 또는 그 혼합물을 포함하는 화합물 또는 원소;로 이루어지고, 상기 조성은 선택적으로 43.0, 42.8, 42.5, 42.0, 41.5, 41.0, 40.5 KJ/Kg 미만 또는 18,000, 17,900, 17,500, 17,000, 16,000, 15,500, 15,000 BTU/lb 이하의 연소열을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 조성이다.
실시예 18
선택적으로 상기 15의 합성물로 이루어지는 연료 합성물은: 연료내에서 중량으로 0.01% 내지 10.0%의 산소를 나타내는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC), 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA원소 또는 0.001 내지 약 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 그램 원소/갤론 농도의 혼합물을 포함하는 화합물 또는 원소 및 공-연료(co-fuel)로 이루어지며, 상기 연료는, 약 880 내지 800 kg/m3의 밀도범위(선택적으로는 880, 900, 910, 920, 930, 950, 또는 그 이상 kg/m3), 40℃에서 2.5 내지 1.0cSt의 범위를 갖는 점도, 40 내지 70의 세탄 지수, 3고리 +방향족이 0.16 체적%를 초과하지 않는다는 조건하에서 체적으로 대략 0 내지 35%, 0 내지 20.0%, 0 내지 15% 또는 0 내지 10% 범위의 방향족 성분, 약 190℃ 내지 230℃의 T10 증류온도, 약 220℃ 내지 280℃의 T50 증류온도, 약 260℃ 내지 340℃의 T90 증류온도, 최소 주위온도보다 10%높은 -10℃, -28℃, -32℃ 또는 6℃인 이슬점온도, 250ppm, 200ppm, 100ppm, 50ppm, 40ppm, 30ppm, 20ppm, 5ppm보다 작거나 없는 유황성분, 적어도 37, 38, 39, 40 ,41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 또는 그 이상의 분젠 라미나 연소속도, 적어도 105, 110, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 130, 135 BTU/lb 또는 그 이상의 기화 잠열중 하나 이상의 특성을 가진다; 상기 합성물은 종래의 재구성된 저유황 또는 어떠한 ASTM 디젤 연료보다 작거나, 또는 43.0, 42.8, 42.5, 42.0, 41.5, 41.0, 40.5 kj/kg보다 작거나, 또는 18,000, 17,900, 17,500, 17,000, 16,500, 16,000, 15,500, 15,000BTU/lb 또는 그 이하의 연소열을 가진다는 특성이 있으며; 상기 방법은 감소된 입자 방출 또는 공-연료 단독에 비하여 향상된 연료 경제성을 달성할 수 있다는 특징이 있다.
증발열 특히, 무연(無鉛)인 증발열을 제외하고는 항공기 가솔린으로의 적용이 ASTM D 910 명세사항과 직면하게 되리라는 것은 예상되는 바이다. 그러나, 본 출원인의 발명의 다른 실시예와는 달리, 덜 바람직한 항공기 가솔린은 소량의 납을 포함할 수 있다. 그러나, 본 출원인의 바람직한 실시예에서는 무연(lead free)이다.
실시예 19
실시예 15를 선택적으로 포함하는 연료 합성물은 : 중량으로 0.01% 내지 40.0%, 또는 0.01% 내지 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, 7.5%, 10.0%, 15.0%, 20.0%, 25.0%, 30.0%, 35.0% 또는 그 이상의 연료내 산소를 나타내는 ECS 성분(바람직하게는 DMC), 0.001 내지 약 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 그램 원소/갤론 농도의 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토류, 할로겐, 그룹 IIIA원소 또는 혼합물을 포함하는 화합물 또는 원소 및 디젤 공-연료(co-fuel)로 이루어지며; 상기 연료는, 약 41.1 내지 45.4의 API범위, 선택적으로는 500, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 40, 20, 10, 5 중량ppm을 초과하지 않거나 전혀 존재하지 않는 유황성분, 선택적으로 질소가 없고, 선택적으로 체적으로 0 내지 5%, 1 내지 10%, 0 내지 15%, 0 내지 20%, 0 내지 35% 범위의 방향족 성분 또는 방향족 성분이 전혀 없거나, 선택적으로 0.03, 0.02, 0.01 체적%의 PNA 또는 PNA가 전혀 없거나, 선택적으로 32, 34, 36, 38, 40, 43, 45, 47, 50 (또는 38, 36, 34, 32 이하보다 더 작은)보다 큰 세탄 지수(cetane index)와, 선택적으로 대략 365℉ +/- 150℉의 IBF; 선택적으로 460℉ 내지 540℉ 범위의 95%증류; 적어도 38cm/sec이상의 분젠 라미나 연소 속도, 적어도 105BTU/lb의 기화 잠열중 선택적으로 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하고; 상기 방법은 감소된 입자방출 또는 공-연료 단독에 비하여 향상된 연료 경제성을 달성하는 특성을 가진다.
20) 항공기 가솔린 엔진용 연료의 합성물은: 연료내의 0.01중량% 내지 10.0중량%의 산소를 나타내는 DMC, 0.001 내지 약 2.5, 5.0, 10.0, 15.0, 20.0 그램 원소/갤론 농도의 적어도 하나의 연료 용해가능 전이금속, 알칼리 금속, 알칼리 토류, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 또는 혼합물, 항공기 가솔린 공-연료로 이루어지며; 상기 연료는, 납을 포함하는 80 또는 100의 최소 노킹 옥탄수 및 37 또는 130의 최소 성능수와, 75℃의 최대 T10 증류온도와, 75℃의 최소 T40 증류온도와, 105℃의 최대 T50 온도와, 135℃의 최대 최종 온도로서, T10과 T50온도의 합은 최소 135℃이며, 0.05중량%의 최대 황성분과, 선택적으로 18,720, 18,000, 17,500, 17,000, 16,500, 16,000, 15,500, 15,000, 14,500, 14,000 이하 btu/lb(종래 방법으로 측정한 경우) 보다 작은 최소 순연소열(net heat of combustion)과, 140, 150, 155, 또는 160 BTU/lb를 초과하는 기화 잠열중 선택적으로 하나 이상을 포함하는 특징을 가진다.
21) 항공기 가솔린 엔진용 연료의 합성물은: 연료내의 0.01중량% 내지 15.0중량% 또는 그 이상의 산소를 나타내는 DMC, 연료의 약 0.001 내지 0.5, 0.625, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 10.0, 15.0, 20.0 그램 망간/갤론 또는 그 이상을 나타내는 유기 망간, 약 18,000, 18,500 또는 18,720 BUT/lb의 최소 연소열을 갖는 ASTM 또는 다른 항공기 공-연료로 구성되며; 상기 결과적인 연료는, DMC의 희석효과 때문에 18,000, 17,950, 17,750, 17,500, 17,000, 16,500, 16,000, 15,500, 15,500, 14,500, 14,000, 13,500 BTU/lb보다 작은 연소열을 가지며; 상기 합성물은 항공기 공-연료 단독의 높은 연소열과 비교할 때 상기 연료를 연소하는 항공기 엔진의 비행 범위가 증가한다는 것에 특징이 있다.
실시예 22
선택적으로 상기 15의 합성물인 제트 터빈 연료 합성물은: 연료내의 0.01중량% 내지 40.0중량%의 산소를 나타내는 ECS성분(바람직하게는 DMC)과, 0.001 내지 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, 100.0, 150.0, 200.0, 또는 250.0 그램/갤론의 농도를 갖는 전이금속, 알칼리금속, 알칼리 토금, 할로겐, 그룹 IIIA 원소 또는 혼합물을 함유하는 화합물 또는 원소와, 향공기 제트 터빈 공-연료(co-fuel)로 구성되며; 상기 연료는 총 25% 또는 22% 체적농도를 넘지 않는 방향족 성분, 0.3, 0.2, 0.1 중량%를 넘지 않거나 전혀 존재하지 않는 최대 황성분, 205의 최대 T-10온도, 선택적으로 300, 280 또는 260인 최대 최종 비점 온도를 갖는 것을 특징으로 하며; 38의 최소 발화점, 15에서 약 751 내지 840 kg/m3, 또는 선택적으로 840, 850, 860, 880, 900이상 kg/m3을 초과하는 밀도범위와, -40℃, -5℃ 또는 -57℃의 최소 어는점과, 42.8kj/kg의 최소 순 연소열 또는 42.8, 42.0, 41.5, 40.5, 40.0, 39.5, 39.0, 38.0, 37.0, 36.0, 35.0, 34.0, 32.0, 30.0, 28.0, 26.0, 24.0이하 kJ/kg 보다 작은 연소열과, 약 110, 115, 118, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155이상 BTU/lb의 최소 기화 잠열과; 선택적으로 금속 비활성제와; 선택적으로 산화방지제와; 선택적으로 세정제 또는 세정제/분산제와; 선택적으로 그렇지 않은 경우에는 제트 A, 제트 A-1 또는 제트 B를 위한 ASTM 1665 완성된 연료 요구조건을 충족시키며; 상기 합성물은 공-연료 단독에 비하여 증가된 리프트, 추진 및/또는 작동 범위를 갖는 특성이 있다.
실시예 23
선택적으로는 합성물 15인 2번 연료 오일 합성물은 : 연료내의 0.01중량% 내지 40.0중량%의 산소를 나타내는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)과, 가 전이금속, 알칼리금속, 알칼리토류, 할로겐, 그룹 IIIA원소 또는 혼합물을 포함하는 화합물 또는 원소와, 제 2 번 연료 오일 공-연료(fuel oil co-fuel)로 구성되며; 상기 합성물은 40℃에서 측정되었을 때 1.9보다 작지 않고 3.4(mm2/s)보다 크지 않은 운동속도와, 282℃의 최소 T-90온도와, 338℃의 최대 T-90온도와, 0.05질량%의 최대 황성분, 제 3 번의 최대 구리 증류율(strip rate)과, 38℃의 발화점, 선택적으로 하이드(co-solvent) 및/또는 금속염을 포함하는 적어도 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 BTU/lb인 LHV와, 약 43.0kJ/kg의 연소열 또는 42.8, 42.0, 41.5, 41.0, 40.5, 40.0, 39.5, 39.0, 38.0, 37.0, 36.0, 35.0, 34.0, 32.0, 30.0, 28.0, 26.0, 24.0 이하보다 작은 연소열을 가진다는 특성이 있으며; 상기 연료는 공-연료 단독보다 큰 일 잠재력을 가진다.
실시예 24
연료 구성물이 : 공-연료(co-fuel)보다 낮은 발열량을 가지며 선택적으로 적어도 구성물의 0.01, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.1, 2.2, 2.5, 2.7, 3.0, 3.5, 3.7, 4.0, 4.5, 5.0, 8.0, 10.0, 12.5, 15.0, 18.0, 20.0, 22.0, 25.0, 30.0, 35.0, 38.0, 40.0, 45.0, 49.0, 50.0, 51.0, 55.0, 60.0, 65.5, 70.0, 75.0, 80.0, 85.0, 90.0, 95.0, 99.0 체적%인 ECS연료와; 본 출원 및 본 출원과 같이 계류중인 국제 출원 제 PCT/US95/02691호, 제 PCT/US95/06758호에 설명되어 있고 산업 및/또는 ASTM명세 표준에 선택적으로 적합하며, 선택적으로 본 출원 및 상기 같이 계류중인 출원에 언급되어 있는 T-90, T-50, T-10 또는 LHV 변경/수정을 가지고 있는 공-연료로 구성되어 있으며, 상기 ECS/공-연료는 선택적으로 : 첨가물, 염(鹽), 본 출원 및 본 출원과 같이 계류중인 국제출원 제 PCT/US95/02691호, 제 PCT/US95/06758에 개시되어 있는 공-용매와; 선택적으로 100, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 142, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 165 BTU/lb를 초과하는 기화잠열과; 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 65cm/sec와 동일하거나 초과하는 라미나 연소 속도(laminar burning velocity)를 포함하고; 상기 ECS/공-연료는 선택적으로 공-연료 단독보다 작고, 산업 또는 ASTM연료 표준보다 작거나, 43.0, 42.8, 42.5, 42.0, 41.5, 41.0, 40.5, 40.0, 39.0, 38.0, 37.0, 36.0, 35.0, 33.0, 30.0, 28.0, 26.0 kJ/kg 보다 작거나, 또는 18,720, 18,000, 17,900, 17,500, 17,000, 16,500, 16,000, 15,500, 15,000, 14,500, 14,000, 13,500, 13,000, 12,500이하 BTU/lb보다 작은 발열량을 가지며; 상기 구성물은 선택적으로 산업, 정부, 또는 ASTM 연료 기준(연소열 제외)에 적합하고; 상기 ECS/공-연료는 공-연료 단독의 고위발열랑과 비교하여 향상된 연료절약으로 연소된 때 증가된 연소가스 속도와, 파워, 일 잠재력, 비행 범위, 추진력 또는 리프트를 가진다.
실시예 25
실시예 24에서는 ECS연료가 결합된 ECS/공-연료 화합물 체적의 0.01 내지 99.0%를 나타내고, ASTM 또는 다른 공-연료가 균형있게 나타나며; 전통적인 방법으로 측정된 결과적인 연료의 연소열 또는 BTU성분/lb는 공-연료 단독보다는 작으며; 그로 인하여 상기 화합된 연료의 일 잠재력, 연료의 경제성, 비행 범위 또는 추진력이 공-연료보다 작지 않고; 선택적으로 공-연료 단독보다 적어도 0.5%정도 크다.
실시예 26
상기 실시예의 ECS/공-연료 구성물은; ECS 화합물이 없거나, 또는 ECS 화합물과 금속(ECS 연료 성분)이 없다는 특징을 가지며; 상기 연료는 기본 연료 또는 공-연료 단독의 최소 산업 또는 ASTM명세와 비교할 때 향상된 LHV 및/또는 BV를 가진다는 추가적인 특성이 있다.
ECS연료 합성물이 없거나, 전통적인 연료보다 큰 LHV's 및/또는 BV's를 갖는 ECS 화합물이 없는 연료를 구성하는 실행이 바람직하다. 이러한 실행은 본 출원 및 본 출원과 같이 계류중인 출원에 설정된 증류온도, 연소온도 및 연료 성분 변경에 의하여 달성될 수 있다.
ECS/공-연료의 화합을 사용하는 실시예에서는, 전통적인 방법으로 측정되거나 구성물 요소의 공지 Btu값을 단순히 더하므로써 측정되는 그들의 열을 발생하는/ BTU함유량은 최소 ASTM, 정부, 산업, 또는 다른 기준치에 미달된다. 따라서, 본 출원인의 ECS/공-연료는 현행의 최소 산업, 정부 또는 ASTM 열 또는 발열 기준이하로, 그들의 약 0.01, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.15, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.5, 3.0, 5.0, 7.5, 10.0, 12.5, 15.0, 17.5, 20.0, 22.5, 25.0, 27.5, 30.0, 32.5, 35.0, 37.5, 40.0, 42.5, 45.0, 47.5, 50.0, 52.5, 55.0, 57.5, 60.0, 62.5, 65.0이상%의 발열량을 가진다.
소정의 ECS 화합물들의 발열량
BTU/lb @ 60℉ BTU/gal @ 60℉
물 0
DMCD 6,280 56,100
메탄올 8,570 56,800
에탄올 11,500 76,000
MTBE 15,100 93,500
TAME 15,690 100,600
가솔린 18,000 - 19,000 109,000 - 119,000
위에서 알수 있듯이 ECS 화합물은 가솔린에 비하여 낮은 열용량을 가지고 있다. 그러나 본 출원인의 연소 구성물과 방법은 배출 속도를 증가시키기 때문에, 동일하거나 더 낮은 BTU 연료를 가지고 더 많은 양의 일을 할 수 있다. 이는 연료 연소의 종래기술에 비하여 비약적인 발전임을 나타낸다. 본 출원인은 ECS/공-연료를 함유하는 저위 BTU가 ASTM연료를 함유하는 고위 BTU와 동일하거나 그 보다 더 큰 대략적인 일 등가량을 가진다는 것을 발견하였다. 이하의 표를 참고로 할 수 있다.
표 A
BTU/실시예 ECS/공-연료 화합물의 연소열 등가량
ECS/공-연료내의 ECS성분% 5% 20% 40% 60% 80%
동등한 일을 달성하는 ECS/공-연료의 ASTM 표준연료의 대략적인 %BTU 97.5% 5-90% 75-85% 70-76% 68-73%
위에서 알수 있는 바와 같이, ECS 연료의 상대적 농도가 높을수록 화합된 연료의 연소열의 함수로서의 일잠재력도 증가하게 된다. 결과적으로, 어떠한 ECS/공-연료 화합물의 최대 일잠재력은 화합된 연료내에서 ECS연료양을 증가시키므로써 가능해진다.
실시예 27
ECS연료가 공-연료보다 낮은 BTU 용량을 가지고 화합된 ECS/공-연료는 단일의 공-연료보다 낮은 BTU용량을 갖는 ECS/공-연료 화합물로서; 상기 연료는 단일의 공-연료에 비하여 큰 일 잠재력, 연료경제성, 비행범위, 파워, 또는 추진력을 갖는 것을 특징으로 한다.
공-연료 및 ECS/공-연료
본 출원인의 공-연료는 일반적으로 질소계열, 수소계열 또는 다른 화합물, 또는 하이드로카본계열, 및/또는 다른 화합물에 근거를 둔, 혼합물을 포함하는 연소가능한 연료이다. 본 출원인의 공-연료의 상세한 설명은 본 출원에 참고자료로 포함되어 있는 본 출원인의 같이 계류중인 국제출원 제PCT/US95/02691호와 제 PCT/US95/06758호에 설명되어 있다.
본 출원에 개시된 바와 같이, 공-연료 실험은 변경된 연료(변경 연료)까지 확장된다. 변경 연료 즉, 향상된 LHV, BV, 증류특성, 및/또는 다른 구조를 갖는 연료가 반드시 ECS 화합물 또는 금속성분과 결합되어 고려될 필요는 없는 반면에, 공-연료는 ECS연료와 결합하여 고려되어야 한다는 것에 특징이 있다. 따라서, 여기서의 설명에서는 변경 연료가 공-연료로 대체될 수 있다.
ECS/공-연료내에서 공-연료가 소수성분, 실질적인 소수성분, 주성분 또는 실질적인 주성분으로 사용될 수 있다는 것이 본 발명의 명확한 실시예이다. ECS연료 대 공-연료의 비율은 1000:1, 100:1, 90:1, 75:1, 50:1, 40:1, 30:1, 25:1, 20:1, 25:1, 12:1, 10:1, 8:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:10, 1:15, 1:20, 1:40, 1:50, 1:100까지 다양하게 변화할 수 있다.
ECS/공-연료 화합물로부터 발생하는 총 ESC 연료 증기를 최소화하는 것이 본 발명의 명확한 목적이다. 따라서, ESC 증기는 화합물의 0.001 내지 약 0.5, 1.0, 1.2, 1.7, 2.0, 2.1, 2.5, 3.0, 3.4, 3.5, 3.7, 4.0, 4.2, 4.7, 5.0, 7.0, 9.0, 10.0, 12.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0, 35.0, 40.0, 45.0, 50.0, 55.0, 60.0, 70.0, 80.0, 90.0 또는 99.999 질량%를 나타낼 수 있다.
초기 응용에서는 현존하는 연료, 분배 및 연소시스템 때문에, ECS연료성분이 소수성분으로 나타났다.
본 출원인의 ECS연료, 공-연료 또는 ECS/공-연료는 현행 시스템에서 사용되는 때에는, 임의의 최소 연소열을 가지고 공-연료에 대한 ASTM, 정부 및/또는 산업적 요구조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
ECS/공-연료가 최소한의 ASTM 및/또는 정부 기준을 만족시키기 위하여 조정되거나 제어되어야 할 필요가 있다. 예를 들면, ECS/공-연료가 최소 ASTM연소열을 충족시켜야 하고, DMC가 ECS성분이라면, 고열량의 성분이 필요하게 된다.
다른 경우에는, ECS연료의 첨가가 ASTM 또는 정부 명세사항을 피하지 못하도록 하기 위하여 기본적인 공-연료가 조정되어야 한다.
본 출원인의 바람직한 공동연료는 일반적으로는 종래의 전통적 연료이지만, 높은 연소속도 또는 종래 연료나 재구성된 연료보다 더 높은 기화 잠열을 가지도록 구성된 연료를 포함한다. 이하에서 참고자료로 언급되는 본 출원인의 같이 계류중인 국제출원 제PCT/US95/02691호 및 제PCT/US95/06758호를 참고할 수 있다.
본 출원인의 공동연료 및 ECS/공동연료는 LHV's를 감소시키기 위하여 T-90, T-50 또는 T-10 증류온도를 감소시키거나 제어할 수 있도록 조정되거나 구성될 수 있다.
본 출원인의 공동연료 및 ECS/공동연료는 전형적으로 낮거나 극단적으로 낮은 연소배기를 가지도록 구성된다.
예를 들면, NOx, CO, CO2, HC's, 입자, 유독물질, 선구물질(precursor)을 형성하는 반응성 오존, 다핵 방향족 성분, 벤젠, 부타디엔, 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 규칙적인 배기물질, 잠재적으로 해로운 것으로 알려져 있는 비규칙적인 배기물질 및/또는 현재 알려져 있거나 미래에 확인될 어떠한 발암물질 또는 환경오염물질의 가능한 배출을 최소정도로 감소시키도록, 공-연료를 구성하고/하거나 ECS/공-연료 화합물을 공식화 또는 구성하는 것이 본 발명의 명확한 목적이다. 그러나, 기본 연료의 구성은 ECS연료의 개선된 배기특성에 의하여 완화될 필요가 있다. 따라서, 기본 연료 구성은 지금까지 위험한 것으로 믿어진 고농도의 성분도 허용될 수 있다.
여기서 다르게 설명되지 않는 한, 본 출원인의 연료에 공지의 환경 유해물질, 예를 들면, 황, 납, 바륨, 염소, 플루오르 등을 고의적으로 첨가하는 것을 피하는 것이 본 발명의 시험이다.
또한 입자 방출을 가능한 최대 정도로 감소시키도록 본 출원인의 공-연료 및/또는 ECS/공-연료가 구성되리라 예상된다. 평균 입자 크기가 10.0, 7.5, 6.0, 5.0, 3.0, 2.5, 1.5, 1.0 또는 0.5마이크론 또는 그 이하가 되는 것이 바람직하다. 또 다른 목적은 입자를 가능한 최대 범위로 줄이는 것이다.
높은 BV's가 입자, NOx를 감소시킨다. 감소된 농도의 방향족 성분 또한 입자를 줄여준다.
본 출원인의 공-연료 및 ECS/공-연료는 감소된 양의 방향족 성분을 포함할 수 있다. 방향족성분의 체적 농도는 보통 55, 50, 45, 42, 40, 37, 35, 30, 27, 25, 20, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 1체적% 이하이거나 방향족성분을 전혀 가지지 않을 수도 있다. 40, 35, 30, 27, 25, 23, 20, 19, 18%보다 작은 범위 또는 그 이하가 더 바람직하다. 전술한 바와 같이, 실제적인 경우에는 방향족 성분의 농도를 감소시키는 것이 관례이다.
실제적인 한계내에서, LHV, 연소속도, 환경유해성분, 발열량(필요한 경우)을 고려한 후에, 본 출원인의 공-연료 및 ECS/공-연료가 ASTM, 군사 또는 산업적 기준내에서 가능한 큰 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 기준보다 큰 밀도는 특히 진보된 응용분야에서 확실하게 고려되어진다. 예를 들면, 775 내지 840, 800 내지 880을 초과하거나, 835, 840, 850, 860, 870, 880, 885, 890, 895, 900, 950, 1,000, 1,050, 1,100, 1,150, 1,200이상 kg/m3을 초과하는 밀도가 특별히 고려된다. 본 발명의 목적인 향상된 연소속도가 달성되기만 하면, 중간, 낮거나 아주 낮은 밀도도 고려된다.
본 출원인의 공-연료 및 ECS/공-연료의 점도는 허용가능한 기준을 만족시켜야 한다. 고점도의 연료는 증기상태로 연소되도록 하기 위하여 적당하게 분쇄된다는 것이 중요하다. 그러나, 특정 ECS성분, 특히 DMC의 점도파괴특성(viscosty breaking feature) 때문에, 본 출원인의 발명은 그렇지 않다면 허용되지 않을 고점도 연료의 사용을 가능하게 한다.
다시 말하면, 본 출원인은 소정의 ECS성분, 특히 DMC의 혼합이 점성 흐름 마찰을 감소시킨다는 것을 발견하였다. 따라서, 공-연료가 산업 기준의 최상한의 점도 또는 ASTM, 정부나 산업적 요구조건 이상의 점도를 가질수 있다고 예상된다.
예를 들면, 제트 A 공-연료는 -20℃에서 6.0, 7.0, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 12.0, 15.0, 16.0이상 mm2/s보다 큰 점도(ASTM 445)를 가지거나, 또는 -30℉에서 13.5, 14.0, 14.5, 15.0, 15.5, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 20.0, 21.0, 23.0 Cs 이상의 점도를 가지며; 가스 오일 터빈 공-연료는 40℃에서 No. 1-GT에 대하여는 1.5, 1.7, 2.0, 2.4, 2.6, 3.0, 4.0, 5.0, 7.0 이상 mm2/s(ASTM D 445)의 최대 운동점도를, No. 2-GT에 대해서는 2.5, 3.0, 3.5, 3.8, 4.1, 4.2, 4.5, 5.0, 6.0이상 mm2/s(ASTM D 445)의 최대 운동점도를 가지며; 디젤연료 오일 공-연료는 40℃에서 저황 또는 정상 No. 1-D에 대하여 1.2, 1.8, 2.0, 2.4, 2.6, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0이상 mm2/s(ASTM D 445)의 최대 운동점도를, 또는 저황이나 정상 No. 2-D에 대해서는 3.3, 3.6, 3.9, 4.1, 4.2, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0이상 mm2/s의 최대 운동점도를, 또는 No. 4-D에 대해서는 15.0, 18.0, 20.0, 22.0, 24.0, 24.5, 25.0, 26.0, 30.0, 40.0, 45.0, 50.0, 60.0이상 mm2/s(ASTM D 445)의 최대 운동점도를 가지며; 저방출 디젤 공-연료는 40℃에서 1.2, 1.5, 1.8, 2.4, 2.5, 2.8, 3.0, 3.2, 3.5, 3.8, 4.2, 4.8, 5.5이상 cSt(여기서 1mm2/s = 1cSt)를 초과하는 점도를 가지며; 연료 오일 공-연료는 제 1 번에 대해서는 40℃(ASTM D 445)에서 1.2, 1.8, 2.1, 2.3, 2.5, 3.0, 3.4, 3.5, 4.0, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 8.0, 10.0이상 mm2/s를 초과하는 운동점도를, 제 2 번에 대해서는 40℃에서 2.2, 2.6, 3.0, 3.4, 3.5, 3.6, 4.0, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 8.0, 10.0이상 mm2/s(ASTM D 445)를 초과하는 운동점도를, 제 4 번(경랑)에 대해서는 40℃에서 3.5, 4.0, 5.0, 5.5, 5.6, 6.0, 6.5, 8.0, 10.0, 12.0, 15.0, 20.0, 25.0이상 mm2/s(ASTM D 445)를 초과하는 운동점도를, 제 4 번에 대해서는 40℃에서 8.0, 12.0, 15.0, 18.0, 20.0, 24.0, 25.0, 26.0, 30.0, 35.0, 40.0이상 mm2/s(ASTM D 445)를 초과하는 운동점도를, 제 5 번(경량)에 대해서는 100℃에서 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.9, 9.0, 9.1, 9.2, 9.3, 9.5, 10.0, 11.0, 12.0, 14.0, 14.5, 14.9, 15.0, 16.0, 18.0, 19.0, 20, 21.0, 22.0, 25.0이상 mm3/s(ASTM D 445)를 초과하는 운동점도를, 제 5 번(중량)에 대해서는 100℃에서 6.0, 7.5, 9.0, 11.0, 14.9, 15.0, 15.2, 15.5, 15.7, 16.0, 16.5, 17.0, 18.0, 19.0, 20, 21.0, 22.0, 25.0, 30.0이상 mm2/s(ASTM D 445)를 초과하는 운동점도를, 제 6 변 연료 오일에 대해서는 100℃에서 20.0, 25.0, 30.0, 35.0, 40.0, 45.0, 50.0, 50.5, 51.0, 52.0, 53.0, 54.0, 55.0, 57.0, 60, 65.0, 70.0, 75.0, 80.0이상 mm2/s(ASTM D 445)을 초과하는 운동점도를 가지며; 중디젤(heavy diesel), ISO DIS 8217 및/또는 BS MA 100 기준 및/또는 다른 산업상의 명세사항을 만족하는 기관차용 또는 선박용 엔진 공-연료는 50℃에서 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 510, 520, 530, 550, 600, 650이상 센티스토크(centistokes, cS)를 초과하는 점도를 가진다.
본 출원인의 ECS/공-연료의 점도는 ASTM, 정부, 또는 다른 기준을 만족하리라 예상된다.
실시예 28
상기 모든 실시예의 연료 ECS/공-연료 합성물에서는 상기 공-연료의 점도가 최대의 허용가능한 ASTM, 산업상 또는 정부 기준을 초과하며; ECS/공-연료 합성물은 동일한 ASTM, 산업상 또는 정부 기준을 만족하는 특성을 가진다.
본 출원인의 ESC연료, ECS/공-연료 합성물, 및/또는 본 출원인의 재구성된 공-연료의 자동점화온도는 허용가능한 ASTM 또는 산업상의 기준을 만족시키리라 예상된다. 연료 합성물의 조정은 그러한 기준을 만조시키기 위하여 필요에 따라 요구될 것으로 예상된다.
ECS/공-연료 합성물내에 ECS 연료를 첨가하는 것은 스파크 점화 지연을 감소시키는 경향이 있다. 최적화된 합성물 연료 연소는 스파크 어드벤스(spark advance)의 감소를 필요로 하게되며, 이는 여기에서 명확하게 구체화되어 있다.
실시예 29
ECS/공-연료 합성물(여기에 설명된 실시예의 합성물과 동일한)을 사용하는 엔진을 작동시키는 방법으로서, 상기 방법은 스파크 점화되는 엔진, 연소실, 또는 제트, 터빈 엔진을 포함하는 다른 엔진내에서 상기 연료를 연소하는 특성을 가지며, 단일의 공-연료와 비교할 때 점화지연(ignition delay)이 적어도 약 0.001 내지 0.5, 0.01내지2.0, 0.01 내지 3.0, 0.01 내지 5.0, 0.01 내지 7.0, 0.01 내지 8.0, 0.01 내지 10.0, 0.01 내지 15.0, 0.01 내지 20.0, 0.01 내지 25.0, 0.01 내지 30.0, 0.01 내지 35.0, 0.01 내지 40.0, 0.01 내지 45.0, 0.01 내지 50.0, 0.01 내지 55.0, 0.01 내지 60.0, 0.01 내지 65.0, 0.01 내지 70.0, 0.01 내지 75.0, 0.01 내지 80.0, 0.01 내지 85.0, 0.01 내지 90.0% 또는 그 이상이 감소되며; 적용가능하다면 스파크 어드벤스가 그에 따라서 조정된다.
실시예 30
실시예 29의 방법으로서, 단일의 공-연료와 비교할 때 공기연료비가 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70% 또는 그 이상이 감소되며; 선택적으로 5.85 내지 6.45, 6.45 내지 8.03, 7.55 내지 10.45, 8.85 내지 12.5의 공기-연료비를 포함한다.
실시예 31
ECS/공-연료를 연소하는 방법으로서, 엔진은 내연 엔진이고, 엔진의 압축비는 적어도 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 15.0, 15.5, 16.0, 16.5, 17.0, 17.5, 18.0, 18.5, 19.0, 19.5, 20.0, 22.0, 24.0, 25.0, 30.0, 35.0, 40.0, 50.0 또는 그 이상의 값을 가진다.
본 출원인의 제한적이지 않은 실시예는 어떠한 탄소계열, 수소계열, 하이드로카본계열 또는 비하이드로카본계열 연료, 대체 연료를 포함하는 고체, 액체, 기체연료, 수소, 석유가스, 액화 석유가스, LPG-프로판, LPG-부탄, 천연가스, 천연가스액화물, 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 프로판-부탄 혼합물, M80, M90, M85와 같은 연료 메탄올, 연료 에탄올, 바이오매스 연료(biomass fuel), 식물성 오일/에스테르 연료, 랩종자(rap seed) 메틸 에스테르, 콩지방산 에스테르, 액화탄소연료(액화 가솔린, 넵타스(napthas), 연료오일, Gunnerman A-55/D-55와 같은 디젤을 포함하는 액화탄소연료), (ASTM기준을 만족하는)차량용 가솔린, 등급 80, 등급 100 및 등급 10011을 포함하는 (ASTM기준을 만족하는) 항공기 가솔린 연료, 일반적인 차량용 가솔린, 재구성 가솔린(U.S. 청정공기 법률 제 211조(k), 캘리포니아 공기 자원 위원회, 스웨덴/유럽 EPEFET 기준, 또는 다른 기준을 만족하는), 저 증기압 가솔린, 탈버트 E-가솔린, 알킬레이트 또는 실질적인 알킬레이트 연료(항공기 및 차량용 가솔린을 포함하는), 개선된 석유생산 연료(reformate fuel), 실질적인 개선 석유생산 연료, 라피네이트, 파라피닉연료, 실질적인 파라피닉 연료(선택적으로 n-부탄, 이소펜탄, 톨루엔, c7-c10 올레핀을 포함하는), 케로신(kerosine), 넓은 범위의 비등연료, No. 0-GT, No. 1-GT, No. 2-GT, No. 3-GT, No. 4-GT를 포함하는 가스터빈 연료(ASTM기준을 만족하는), JP-4, JP-5, JP-7, JP-8, JP-9, JP-10, TS, 제트 A, 제트 B를 포함하는 항공기 제트 터빈 연료(ASTM을 만족하는), 군사 항공기 연료(JP-8, JP-8+100, U-2/TR-1항공기용 JPTS로 알려져 있는 정제 케로신 연료를 포함하는), 미사일 연료, 고체 및 액체 로켓 연료, 로켓 일원추진제, 로켓 추진체 연료, 로켓 자동점화성 연료, 등급 0-4를 포함하는 가스 오일 터빈-엔진 연료, 층상급기(stratified charged)엔진 연료, 저유황 No. 1-D 등급, 저유황 No. 2-D 등급, No. 1-D 등급, No. 2-D 등급, (ASTM기준을 만족하는)No. 4-D 등급 및 더 오래된 C-B형, T-T형, R-R형, S-M형 등급을 포함하는 디젤 연료, (CARB 또는 스웨덴 기준을 만족하는) 재구성 디젤 연료, 저/무 황 수소화처리된 저/부 방향족 증류 연료, 톨루엔 연료, 실질적인 톨루엔 연료, 나프타 연료, 실질적인 나프타 연료, 등급 1, 등급 2, 등급 4(경량), 등급 4, 등급 5(경량), 등급 5(중량), 등급 6을 포함하는 연료 오일, ISO DIS 8217 및 BS MA 100 기준을 따르는 기차 및 선박용 중디젤, 다양한 증류오일, 증류 연료, 실질적인 증류 연료, 잉여 형태의 오일, 시클 오일, 경량 시클 오일, 경량 시클 가스 오일, 중량 시클 오일, 가열오일, 중량 시클 가스 오일, 진공 오일, 버너 오일, 노(爐) 오일, 석탄 액화물, SRC-II 중간 증류 석탄 연료, 대용 석탄 액화물, 분말 석탄, 석탄 파생물, 석탄, 고체 연료, 역청사암 연료, 셰일 오일 연료, 하이드라진, 암모니아 아세틸렌, 그 이외의 하이드로카본 또는 비하이드로카본 연료 및/또는 ASTM 명세사항, 군사적 또는 국제적 명세사항, EPA 검정기준, CARB 또는 스웨덴 유럽 기준을 만족하거나, 현재와 미래의 다른 산업적 및/또는 정부의 명세사항이나 규정을 만족하는 연료와 그들의 혼합물을 포함하며; 선택적으로 무연(non-lead) 및 저유황 또는 무황 및/또는 저인(low-phosphorus) 또는 무인 함유 연료이고; 연소시 발광 증기상 연소가 발생한다.
실시예 32
상기 실시예에서는, ECS연료 또는 합성된 ECS/공-연료로부터의 증기가, 보통 내지 비교적 높은 내지 높은 하중(적재) 조건(예를 들면, 350 세제곱인치 배기량(CID)이라 가정했을 경우에 14.0, 15.0, 16.0, 17.0, 18.0, 19.0, 20.0, 21.0, 22.0, 23.0, 24.0, 25.0, 26.0, 27.0, 28.0, 29.0, 30.0 또는 35.0 ihp를 초과하는 하중, 또는 그 대안으로서, 0.04, 0.043, 0.0456, 0.0514, 0.054, 0.057, 0.06, 0.063, 0.066, 0.069, 0.71, 0.74, 0.77, 0.8, 0.84, 0.086, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40이상 ihp/cid) 아래에서 150, 180, 200, 220, 270, 300, 320, 330, 350, 355, 360, 400, 444, 457, 480, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3500, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10000, 15000, 20000, 25000, 30000, 40000, 50000, 60000, 70000, 80000, 90000, 100000 세제곱 인치 또는 그와의 등가량과 동일하거나 그를 초과하는 배기량을 갖는 엔진을 구동하며; 연료 경제성 및/또는 열효율은 단일의 공-연료의 작동보다 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%, 3.5%, 4.0%, 4.5%, 5.0% 내지 20.0% 또는 그 이상(바람직하게는 2.0% 내지 30.0%)만큼 중가한다.
극단적인 하중조건인 중량아래에서 연소시스템은 작동하는 것이 본 출원인의 발명에 대한 확실한 실시예이다. 본 출원인의 발명은 그러한 하중조건에서는 큰 엔진에 적합하다.
실시예 33
합성물, 증기 합성물은 전술한 엔진 또는 아래와 같이 구성되는 그룹에서 선택되는 연소실에서 연소된다; 로켓 엔진, 브라이튼 시클 엔진, 가스 오일 터빈, 항공기 제트 터빈, 디젤 엔진(직접분사, 희박연소(lean burn, 공기가 많은 상태에서의 점화), 소용돌이(swirl), 가변 밸브 타이밍 및 리프트), 선박용, 기관차용, 항공기용 가스 엔진, 가솔린/차량용 엔진(저배기, 초저배기(ultra low emission), 가변 밸브 타이밍 및 리프트, 직접 연료분사, 3방향 촉진시스템, 경사분사 엔진을 포함하는 실시예를 한정하지는 않는다), 오일 버너, 가정용 버너, 오일로(oil furnace), 고성능 버너(예를 들면, 10,000,000 BTU/세제곱 피트-시간의 열방출률을 갖는 화염외피를 갖는), 가스 버너, 가스로(gas furnace), 내부 압축엔진, 스파크 점화 내연엔진, 린번(lean burn), 급속연소(fast burn), 외부 연소 스터링(Stirling) 또는 랜킨 엔진, 오토 시클 엔진, 밀러 시클, 2행정, 4행정, 또는 촉진 시스템.
본 발명의 실행에서, 본 출원인은 DMC가 ECS성분으로 선택되는 때에는, pH가 가능한한 중성에 가까운 값을 가지도록 연료를 구성하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 중성 및/또는 아주 극미한 산성 pH가 바람직하지만, 알칼리 pH도 허용가능하다. 더 강한 산성도 가능하지만, ASTM 연료 제한 및 연소 시스템, 특히 최대 산성도가 0.1 mg KOH/g 또는 그와 동등한 양으로 설정되어 있는 항공기 터빈 연료에 대한 제한에 의하여 조절되어야 한다.
본 출원인에 의하여 적용될 수 있는 ASTM 또는 산업적 제한이 고려되었다. 그러한 제한이 없다면, pH정도는 연료와 연소 시스템 강제를 근거로 하는 허용가능 한계를 초과하지 않을 것이다.
실시예 34
ECS 성분이 DMC인 상기 연료 합성물은 pH중성 또는 약간 산성, 또는 선택적으로 9.0, 8.9, 8.8, 8.7, 8.6, 8.5, 8.4, 8.3, 8.2, 8.1, 8.0, 7.9, 7.8, 7.7, 7.6, 7.5, 7.4, 7.3, 7.2, 7.1, 7.0, 6.9, 6.8, 6.7, 6.6, 6.5, 6.4, 6.3, 6.2, 6.1, 6.0, 5.9, 5.8, 5.7, 5.6, 5.5, 5.4, 5.3, 5.2, 5.1, 5.0, 4.5, 4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0이하보다 작은 pH를 가진다. 8.0, 7.0, 6.5 보다 작고, 5.0, 5.5, 또는 6.0보다 큰 pH가 더 바람직하다.
본 출원인의 변경 연료 또는 공-연료가 같이 계류중인 본 출원인의 국제출원 제PCT/US95/02691호 및 제PCT/US95/06758호 및 본 출원에 언급되어 있는 필수 첨가제를 함유한다는 것도 확실하게 예상할 수 있다.
기화 잠열의 향상
본 출원인의 하이드로카본 공-연료, ECS/공-연료, 변형 연료(아래 참고)는 환경 및 산업적 고려의 관점에서 실제적인 최대 기화 잠열(LHV)을 가지도록 구성 또는 조직된다는 것이 본 발명의 명시된 목적 및 실시예이다.
본 출원인의 공-연료 또는 변형 연료(아래 참고)가 현행 ASTM, 기존의 또는 재구성된 연료(여기서는 조절되지 않은 기본연료) 보다 더 큰 LHV's를 가지도록 구성되는 것이 본 발명의 또 다른 실시예이다. 다시 말하면, 본 출원인 발명의 특징중 하나는 본 발명 당시 연료에 존재하는 LHV's이상으로 LHV's를 증가시킨다는 것이다.
다중 성분의 연료에 대한 또 다른 실시예는, 현존하는 성분을 재구성하거나, 그러한 연료의 제조중에 유용한 성분을 첨가하므로써 이러한 개선이 이루어진다는 것이다.
그러나, 이러한 목적을 달성하기 위하여 그러한 연료에 ECS구조 및/또는 ECS연료를 혼합시키는 것도 하나의 실시예이다.
본 출원인은 LHV 개선이 연료 합성물과 연소시스템의 타입에 따라서 매우 다양하게 변화할 수 있다는 것을 발견하였다.
그러나, 조절되지 않은 기본 연료에 비해 적어도 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 12.5, 15.0, 17.5, 20.0, 22.5, 25.0, 27.5, 30.0, 35.0, 40.0, 50.0, 60.0% 의 LHV증가가 예상되고 그러한 증가가 바람직하다. LHV차이를 비교하기 위하여, 본 출원인의 기본 연료는 ASTM, 산업 또는 발명 당시의 대응 연료(equivalent fuel)를 사용하였다.
디젤, 제트 항공기, 가스 터빈 연료등과 같이 더 무거운 연료는 때때로 저분자량 가솔린보다 중량당 작은 기화 잠열을 가진다. 연료의 비점 온도가 높을수록, 일반적으로 단위 중량당 평균 LHV가 낮아진다.
기본 연료나 공-연료, 또는 변형 연료에 따라서, 약 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180 btu/lb보다 작거나, 또는 선택적으로 650, 700, 750, 760, 770, 780, 790, 800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 880, 900, 905, 910, 915, 920, 925 btu/gal 이하의 기화잠열을 갖는 더 높은 비등 성분이나, 또는 선택적으로, 조절되지 않은 기본 연료의 평균 기화잠열보다 낮은 그러한 성분이 체적 농도에서 감소되거나 합성물로부터 제거되는 것이 바람직하다; 선택적으로 기본 연료의 평균 기화잠열보다 큰 LHV를 갖는 연료 성분이 포함되거나 증가될 수 있다; 그에 따라서 새롭게 구성된 연료가 조절되지 않은 기본 연료보다 우수해진다.
본 출원 및 같이 계류중인 본 출원인의 국제출원 제 PCT/US95/02691호와 제PCT/US95/06758호에 나타난 바와 같이, 변형 연료, 공-연료의 최적의 재구성은, 감소된 종점(end point)과 T-90 증류온도 및 연료 치환물 변경(예를 들면, 저유황, 방향족성분, 올레핀등)을 포함하는 T-50 온도에 대한 변경을 포함할 뿐 아니라, 동시에 기본 연료의 평균 LHV 및 선택적으로 BV를 적어도 0.5%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 4.5%, 5.0%, 10%만큼 향상시킬 것을 요구하는 것이 바람직하다.
LHV's 및 BV's의 동시 향상이 없이는 본 발명의 충분한 효과가 달성될 수 없다.
예를 들면, 약 60℃ 내지 110℃에서 비등하는 하이드로카본 연료에서,사이클란(cyclane), 알켄, 알칸은, 그 순서대로 향상된 LHV's를 달성하기 위하여 바람직하다. 본 출원인은 약 120℃-160℃에서는 방향족성의 하이드로카본, 알켄, 시클란, 알칸등이 그 순서대로 바람직하다는 것을 발견하였다. 비등 온도가 상승할수록, 방향족성 하이드로카본 LHV's는 감소하는 것으로 나타난다. 약 70℃ 내지 약 130℃ 사이에서는, 알칼리과 시클란이 동일한 정도로 바람직하다. 160℃-180℃ 내지 약 300℃에서는, 바이시클릭 하이드로카본, 방향족성 하이드로카본 및 알켄이 그 순서대로 더 바람직하다.
기화 잠열을 증가시키기 위하여 기본 연료를 구성하는 바람직한 실시예는 일반적으로, 상기 산소/금속이 없는 기본 하이드로카본 합성물이 500, 550, 600, 630, 650, 680, 700, 730, 750, 780, 800, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880, 890, 900, 905, 910, 915, 920, 925, 930, 940, 950, 970, 990, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350 btu/gal 또는 그 이상과 동일하거나 더 큰 평균 기화잠열을 가질 때까지, 고 비등물질(예를 들면, 낮은 기화 잠열 및/또는 낮은 연소속도를 갖는)을 제거하므로써 이루어진다. 평균 기화잠열이 650, 740, 790, 800, 830, 860, 880, 900, 910btu/gal 보다 큰 것이 바람직하다.
선택적으로는, 기본 공-연료의 기화잠열이 100, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210 BTU/lb 또는 그 이상을 초과하여야 한다.
일반적으로 변형 연료 또는 공-연료의 기화잠열에 상한이 없는 반면에, 경제적인 비용 및 다른 실제적인 고려가 대조될 것이다.
기화잠열의 증가를 달성하기 위한 연료의 구성은, 특정 성분의 공지 유해배기 특성, 증류 필요성, 발열 또는 가열 필요성, 연소속도 향상 등과 같은 다른 요인에 의해서 조절되어야 한다.
예를 들면, 벤젠과 자일렌은 LHV를 향상시키기는 하지만 환경에 유해한 것으로 알려져 있다. 여기서 언급된 바와 같이, 방향족성분의 감소는 탄소 형성의 감소등과 같은 어떠한 다른 환경상 장점을 갖지만, LHV도 감소시킨다. 따라서, 방향족 성분의 감소는 높은 LHV's를 갖는 낮은 비점 방향족 성분은 감소시키지 않고, 높은 비점 방향족성분을 감소시키도록 조절되어야 한다.
따라서, 연료의 조성과 연료의 형태에 따라 향상된 증발잠열을 이루기 위해 공-연료의 제조(tailoring)/배합 (예컨대, 이러한 ECS 화합물 및/또는 금속의 비존재하에)은 최종적으로 배합된 공-연료(co-fuel)가 약 55, 60, 65, 70, 75, 78, 80, 82, 85, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 97, 100, 103, 105, 107, 110, 113, 115, 117, 120, 122, 125, 127, 130, 131, 134, 135, 136, 137, 138, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 163, 165, 166, 167, 170, 175 또는 그 이상의 BTU/Lb 또는 현존하는 ASTM 기재연료 보다 많은 양과 동일 또는 그 이상이어야 한다. 또한, 이 범위 외의 증발잠열도 가능하다.
그러나, 자동차용 연료에 있어서, 본 출원인은 증발잠열이 115, 120, 125, 130, 133, 134, 135, 147, 140, 142, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 154, 153, 155, 160, 165, 170, 175 BTU/Lb를 초과하거나 또는 동일한 것을 알았는데, 특히 이런것 중에서 140, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 160, 165, 170 BTU/Lb 보다 높은 것이 바람직하다.
항공기용 연료에 있어서, 증발잠열은 100, 102, 105, 107, 110, 112, 115, 117, 120, 122, 125, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 165, 170, 175 BTU/Lb 보다 초과하거나 동일하거나 또는 이 보다 더 높은 것이 가능하다. 더욱 바람직한 것은 135, 140, 145, 150, 152, 154, 155, 158, 160, 165 BTU/Lb 또는 그 이상을 초가하는 것이 바람직하다.
디젤 연료에 있어서, 증발잠열이 85, 90, 95, 100, 102, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 115, 117, 120, 122, 125, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 BTU/Lb 보다 초과되거나 또는 동일한 것이 가능하다. 이들 중에 110, 115, 120, 125, 130 BTU/Lb 또는 그 이상을 초과한 것이 바람직하다.
제트 항공 터빈연료에 있어서, 증발잠열이 30, 35, 38, 40, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80 cal/gram을 초과하거나 또는 동일하여야 하며 ; 바꾸어서 그들이 약 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 102, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 115, 117, 120, 122, 125, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 155, 160, 165 BTU/Lb를 초과하거나 동일하여야 한다. 초과분중에서 85, 90, 95, 100, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165 BTU/Lb 것들이 요구되며, 초과분중에서도 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165 BTU/Lb 것들이 더욱 바람직하다.
헤비 디젤유와 연료유의 증발잠열이 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 82, 85, 87, 90, 95, 96, 97, 98, 100, 105, 107, 110, 112, 115, 117, 120, 122, 125, 127, 130 또는 그 이상의 BTU/Lb로 초과되어야 한다. 초과분중에서 100, 102, 110 BTU/Lb의 것들이 요구된다.
본 출원인의 개질 또는 공-연료의 구성(construction) 또는 재배합 및 개개의 기재 연료에 따라, 연료의 비열이 0.35, 036, 037, 038, 039, 040, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.50, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54 BTU/LboF 또는 그 이상 보다 크거나 또는 동일하게 구성되어지는 것이 또한 요구된다. 0.46 BTU/LboF 이상의 것들이 바람직하다.
증가된 증발잠열들은 감소된 연소온도로 전환된다. 소망스러운 감소범위가 약 10F - 50F이다. 5oF - 50oF의 감소 또는 그 이상이 또한 요구된다.
본 발명구성은 연소실의 디포지트를 감소시키거나 또는 피하기 위해 조성물을 구성함으로써 연소온도를 감소시키는 것이 명백하다. 따라서, 조성물을 감소시키는 연소실의 디포지트 또는 디포지트 첨가제를 포함하는 여타 저해물을 명백하게 예견할 수 있다.
출원인은 만약 증발잠열이 동시에 증가하면, 작업 포텐셜이 종말점에서나 또는 T-90 온도에서 감소로 인하여 잃지않는 것을 알게되었다.
다-끓는 점의 연료들은 동시에 증발잠열이 증가하는 최종 끓음, T-90 끓음 및 T-50 감소로부터 이득을 본다. 그러한 연료들은 항공기와 자동차용 휘발유, 가스 오일 터빈 연료, 연료유, 디젤 연료, 제트 항공기용 연료 등이다.
본 발명구성에서는 금속 또는 비금속을 포함한 휘발유가 적절히 증발잠열을 상승시켜 배출 촉매의 입구 온도를 적절히 감소시킴으로써 촉매의 충전, OBM II 모니터 등의 실패를 막아준다. 촉매의 입구온도는 1350oF, 1300oF, 1250oF, 1200oF, 11150oF, 1100oF, 1050oF 또는 그 이하를 포함하는 약 1400oF 또는 그 이하이고 산화망간의 충전을 방지할때에 촉매활성을 수용하는 적절한 여타 온도이다.
따라서, 기술구성은 개질화하지 않고 연소온도를 낮추고 선택적으로 재배합된 또는 표준 오일 이상으로 BV를 얻기 위해 T-90, T-50 또는 T-10의 증류 온도 및/또는 치환된 성분들은 저 연소속도와 저 증발잠열의 탄화수소를 제거하여 가능한한 최대화하는 것을 포함하는 탄화수소의 공-연료의 개질이다.
따라서, 본 발명(예컨대, ECS 화합물, 기계적인 공기 충전 온도감소 등)의 여타 수단없이 그러한 단독적인 연소온도조절은 본 발명의 변형 연료의 배합으로 방출을 감소시키거나 또는 과잉의 배기온도로부터 나타나는 저 금속성 망간 함유 연료로부터 적층된 디포지트의 세척조정 수단을 예상할 수 있다.
실시예 35
산화망간과 함께 배기 촉매 또는 OBD II 모니터 또는 모니터 시스템의 충전 또는 코우팅을 방지하는 방법으로서 상기 방법은 다음과 같이 구성되어 있는 바, 고 증발잠열의 1/128 - 1/32 gr.의 MMT의 Mn/gal을 포함하고 있는 ECS 연료가 적당량으로 재래의 무연 또는 재배합한 무연 휘발유로 혼합되어 있는데, 상기 연료의 연소와 배기온도는 촉매의 흡입 배기가스온도가 1400oF 이하, 더욱 바람직하기로는 1350, 1300, 1250, 1200oF 이하에서 적절히 감소된다.
실시예 36
배기촉매의 코우팅 또는 산화물의 충전을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 다음과 같이 구성된다 : MMT의 1/32 gr.의 Mn/gal을 포함하고 있는 재래 또는 재배합된 개질 T-90 휘발유 온도로서 증발잠열이 1400oF 이하로 촉매에 배기 인렛 배기가스 온도를 낮추어 적당량으로 증가된다.
보다 높은 증발잠열이 본 발명의 독자적인 기술구성체로서 연료를 배합하는 것을 명확하게 예견할 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시는 상기 높은 증발잠열 개질 또는 공-연료에서 ECS 구조 및/또는 금속을 동시에 사용는 것을 예측할 수 있다.
실시예 37
현재의 공-연료 또는 기재 연료 (조정되지 않은 기재 연료)로부터 선택되는 탄화수소 연료의 조성물로서 상기 연료는 추가적으로 구성하거나, 배합하거나 재배합하는데 이의 증발잠열이 최소한 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8% 또는 그 이상으로 증가되며, 그리고 상기 증발잠열의 증가는 ECS 화합물 및/또는 금속 화합물을 함유하지 않고 증가된다.
실시예 38
실시예 37에서 얻어진 조성물은 증발잠열이 원래의 조정하지 않은 기본 조성물 보다 크며, 그리고 상기 추가적으로 재배합된 조성물(LHV Enhanced Co-fuel Composition)은 최소한 하나의 ECS 화합물 및/또는 금속과 블렌드하며, 그리고 합쳐 얻어진 조성물은 ASTM, 정부 및/또는 기업에서 실시하는 표준규격과 일치한다.
실시예 39
재래 또는 재배합된 휘발유로 구성된 연료조성물, 선택적으로 산소를 공급하고, T-90 유분은 290oF, 280oF, 270oF, 260oF 보다 크고, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170 BTU/Lb 이상의 증발잠열이며; 선택적으로 1/64, 1/32 gram/gal 이상의 MMT, 선택적으로 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 cm/sec를 초과하는 연소속도이며; 상기 연료는 최소한 증발잠열 없이 조정된 T-90 연료나 또는 조정되지 않은 연료 보다 연료절약(최소한 0.5% 또는 그 이상이 바람직 함) 향상이 특징이다.
실시예 40
실시예 39의 제조방법에서 부가적으로 연료에 연소실의 디포지트 조정 첨가제의 첨가량을 감소시킨 충전온도로 구성된다.
실시예 41
실시예 39의 제조방법에 있어서, 연료절약이라는 것은 T-90 온도와 상승된 증발잠열를 가지지 않으나 동일량의 금속을 함유한 청정 연료 보다 향상된 것이다.
실시예 42
상기 예들에 있어서, 증발잠열 및/또는 조정된 T-90 연료의 연소속도는 조정하지 않은 연료 보다 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%. 3.0%, 3.5%, 4.0%, 4.5%, 5.0% 높은 것이다.
실시예 43
상기 실시예들에 있어서, 연료 T-90의 온도가 310oF 보다 낮으며, 더욱 바람직하기로는 305oF, 300oF, 295oF, 290oF, 285oF, 280oF, 275oF, 270oF, 265oF, 260oF, 255oF, 250oF, 2450oF, 또는 그 이하; 그리고 MMT는 1/32gr을 포함하며; 그리고 선택적으로 연소실의 디포지트 조정 첨가제는 적당량 함유하며; 충전온도는 감소되며; 연료절약은 조정되지 않은 동일한 연료 보다 최소한 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 또는 그 이상의 %가 향상된다.
연소속도의 향상
본 발명의 탄화수소의 공-연료, ECS/공-연료, 변형 연료(아래에 참조)는 최대로 만족하기 위해 구성되거나 또는 배합하는 것이 본 발명의 기술구성이며 명확한 목적이다. 또한, 본 발명의 기술구성은 본 발명의 공-연료가 최대한의 연소속도를 이루기 위한 것이다. 본 출원의 C2- C6아세틸렌계 탄화수소가 각별한 연소속도를 나타낸다. C4- C6올레핀 및 디올레핀은 효과적이며 바람직한 속도를 나타낸다. 또한, C3시클로파라핀과 벤젠이 효과적이다. 보다 비효과적인 것은 파라핀, C7이상의 방향족계 탄화수소이다. 전형적으로 탄소사슬이 짧으면 짧을수록, C6, C5, C4, C3, 연소속도는 높아진다.
동일한 사슬길이의 탄소원자와 관련하여, 노르말-알킨류가 노르말-알켄류와 노르말-알칸류 보다 바람직하다. 불포화 탄화수소의 연소속도는 같은 사슬길이의 포화 탄화수소 보다 높다. 하나의 포화 결합으로 된 불포화 탄화수소에 있어서, 연소속도가 상대적으로 분자량이 증가하여 감소를 한다. 나프탈렌류와 방향족 탄화수소는 파라핀계 처럼 유사한 속도를 나타낸다.
본 발명의 공-연료는 또한 낮고 매우 극심한 증발 방출로서 저 증기압인 것을 예측할 수 있다.
일반적인 연료와 연소 시스템
본 발명의 실행에 있어서, 연소기는 기하학적 연소기(연관, 환상, 터보-환상, 구형), 공역 연소기(확산 화염, 예비혼합, 단계, 촉매형) 그리고 응용 연소기(항공기, 산업, 운반)를 포함하는 것을 예측할 수 있다.
본 발명의 실행에 있어서, 연소기는 확산 화염 연소기가 바람직한데, 여기서 본 발명의 연소 화염은 기상 제트 확산, 개선된 적하 증발, 가속화 연소 및/또는 분사식 확산에 의하여 더욱더 증식시킨다.
따라서, 본 발명에 적용되는 연소기는 ECS 연료와 함께 확산 화염 연소기이며; 그리고 그것으로 인하여 염소방출이 향상되고 연소는 가속화되거나 또는 연소온도를 감소시킨다.
본 발명은 특히 터빈에 적용할 수 있는 바, 특히 항공기용 가스 터빈, 공업용 가스 터빈, 해양 가스 터빈 등에 이용할 수 있다.
본 발명에 적용되는 연료의 물리적 상태는 넓고도 좁은 범위의 끓는 점인 액체, 반액체, 액체와 유사한(near liquid), 반고체, 고체 및 기체상태의 연료 그리고 혼합물을 포함한다.
본 발명의 적절한 연료(예컨대, ECS 화합물과 금속)는 현저하게 추진력과 환경특성을 나타내는데 제한할 필요는 없으나 내부 연소엔진, 항공기용 제트 터빈, 가스 오일 터빈, 로, 버너, 공기 흡입 추진 시스템 또는 로켓트 엔진이다.
본 발명의 적절한 연료는 어떠한 연소 시스템에서도 활성적으로 사용할 수 있는 독립하여 조작이 가능한 연료이다. 현존하는 연소기의 개조형인 알바이트는 연소를 최대화하고 그러한 적절한 적용의 열적 다이내믹 특성에 일치하는 것이 요구되어 진다.
본 발명의 기술실체는 또한 향상된 연소시스템, 고압하에서 상당량의 자유 에너지를 더욱 양호하게 전환시킬 수 있거나 또는 본 발명 연료의 사용으로부터 얻어진 향상된 열 효율을 구체화시킨다. 시스템의 변형과 새로운 디자인은 본 발명의 순수, 근접한 순수, 대부분의 순수, 또는 소수의 순수 ECS연료의 장점을 극대화할 것으로 예상된다.
한편, 본 발명의 기술실체는 본 발명의 연료와 그러한 향상된 연소시스템을 구체화시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술실체는 무연 금속의 양이 증가된 연소와 함께 또는 없이 ECS 화합물, 또는 혼합물, 그 자신 단독으로 이용한다. 그러나, ECS 화합물 또는 혼합물이 최소한 하나의 무연 금속 (ECS 연료)과 함께 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 본 발명의 ECS 연료가 최소한 하나의 부가적인 산화제 및/또는 최소한 하나의 추가된 추진제 또는 변형 연료를 포함할 수 있다.
공-연료의 실시에 있어서, 예컨대 ECS 연료가 수소 및/또는 탄화수소성 기본 연료와 결합되면, RVP 감소가 명백해진다. 그러나, 예상되는 완료된 연료는 RVP 범위가 0.01 psi - 1000,0 psi, 2.0 psi - 200.0 psi, 2.0 psi - 40.0 psi, 1.0 psi - 20.0 psi, 1.0 psi - 10.0 psi, 1.0 psi - 8.0 psi, 1.0 psi - 7.5 psi, 1.0 psi - 7.0 psi, 1.0 psi - 6.5 psi, 1.0 psi - 6.0 psi, 1.0 psi - 3.0 psi, 1.0 psi - 2.0 psi 또는 그 이하의 것을 예견할 수 있다.
재배합한 휘발유의 경우, 예컨대, 겨울의 RVP 범위는 11.5 psi - 12.0 psi 그리고 여름의 RVP는 6.5 psi - 6.9 psi이다.
또한, 본 발명에서는 연료의 인화점을 최적화하기 위하여 예컨대, 항공기, 터빈 그리고 해상 응용 등에 최소한의 인화점을 한정시켜준다. 또한, 공 용매의 실시, 탄화수소 유분의 태일러링(인화점을 증가시키기 위해), 염, 비누 그리고 다른 첨가제들이 RVP를 감소시키거나 또는 인화점을 증가시키는 곳에 이용될 것으로 예측할 수 있다. 아래의 완화 실시(Mitigation Practice)를 참고.
지적한 바와 같이, 본 발명의 공-연료에 있어서, 방향족계의 감소된 농도가 명백히 예견된다. 올레핀의 감소된 농도 또한 예견할 수 있다.
약 40, 37, 35, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 1 3, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 또는 이 보다 적은 부피 %의 올레핀 농도 또는 올레핀이 없는 것을 예견할 수 있다. 바람직한 올레핀은 C4- C5올레핀이 없는 것이다. 재배합된 휘발유의 경우에는 올레핀의 범위가 2.0 - 12.0, 3.0 - 10.0, 4.0 - 8.0 부피% 또는 그 이하가 예견된다. 올레핀이 없는 조성물 또한 예견할 수 있다.
따라서, 본 발명은 부피로 50% ECS 화합물 보다 높게 함유한 조성물을 포함하는 순수, 기본적인 순수, 대부분의 순수 ECS 연료를 나타낸다. 또한, 실제로 가치있는 대다수, 소수 또는 실제로 가치있는 소수 응용, 예컨대 부피 또는 무게로 0.5%, 1.0%, 1.5%, 1.8%, 2.0%, 2.7%, 3.0%, 3.5%. 3.7%, 4.0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40% 보다 큰 ECS 연료, 정상적으로 공-연료(기본 연료 또는 공-연료)를 포함한다.
본 발명의 실체에 있어서, 가장 바람직한 ECS 연료는 망간을 함유한 디메틸 카르보네이트, 메탄올, 수소, 메틸랄, 메탄 하이드레이트, 히드라진과 이들의 혼합물을 포함한다.
그러나, 완성된 연료의 부피 %로서 ECS 연료의 농도가 높으면, 연소와 방출성이 대단히 증가한다.
여기서 더욱 특정한 공-연료 또는 변형 연료의 응용이나 또는 국제출원에 함께 출원중에 있는 것 중에서, 출원인은 어떠한 공-연료가 적절히 다른 어떠한 공-연료 또는 변형 연료에 응용할 수 있는 관계를 공개하였다(예컨대, 하나의 공-연료 클래스의 산화방지제 또는 청정제가 다른 종류의 공-연료와 함께 사용할 수 있다). 또한, 하나의 연료에 대해 유용한 환경적 실행을 다른 것에 적용할 수 있다.
본 발명의 공-연료 또는 변형 연료는 정상적인 연료인데 캘리포니아 공기 보호국의 표준규격(California Air Resources Board Standards), EPA 표준규격, 현재와 미래의 규정된 표준규격에 일치한 환경적으로 관심을 끄는 것이다.
본 발명의 연료는 어느 정도 가능한 한 항공기용 터빈 공-연료 또는 변형 연료가 무연화하거나 또는 근본적으로 무연을 포함하는 것을 예견할 수 있다. 그러나, ASTM, 군용 또는 국제표준규격과 일치하는 알려진 첨가제들이 조성물에 함유될 수 있다.
본 발명의 항공기용 터빈 연료는 ASTM 표준규격에 일치하거나 따르고 있다. 최근의 ASTM의 연료규격인 ASTM D 1655-93(추후 편집분 포함), 신뢰성 있는 선행규격, 관련된 ASTM 표준규격, 시험방법, 군용 및 국제 표준규격들은 인용문헌에 의해 일체가 된다.
본 발명의 감소된 연소온도는 엔진 온도의 가동이 극도로 제한받으며 또 연소 시스템의 디자인을 요하는 고도 및/또는 높은 마하속도에서 제트 항공기 응용에 매우 유용하다. 여기의 실시에서 본 발명이 25oF에서 400oF까지의 오더로 엔진의 연소 온도를 현저하게 낮출 수 있다.
실시예 44
ECS 연료를 이용한 엔진의 가동방법(여기서 산화된 시료 조성물로 일치); 불꽃점화 엔진 또는 터빈을 포함한 다른 엔진에 상기 연료를 연소시켜 특정지어지는 상기방법에서, 여기서 점화지연은 재래의 연료 단독과 비교하여 최소한 5.0, 10.0, 15.0,20.0,25.0, 30.0, 35.0, 40.0, 45.0, 50.0, 55.0, 60.0, 65.0, 70.0, 75.0, 80.0, 85.0, 90.0 % 또는 그 이상 감소되며; 여기서 점화 향상은, 응용한다면, 조정되어진다.
실시예 45
실시예 44의 방법에서, 여기서 공기-연료 비는 재래의 연료단독(휘발유 15, 제트 터빈 연료 14 - 16 등)과 비교하여, 최소한 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70% 또는 그 이상이 감소되며; 약 5.85 - 6.45, 6.00 - 8.03, 7.55 - 10.45, 8.85 - 12.5의 공기-연료 비를 달리하는 것을 포함한다.
실시예 46
실시예 44의 방법에서, 엔진의 압축비는 최소한 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 15.0, 15.5, 16.0, 16.5, 17.0, 17.5, 18,0, 18.5, 19.0, 19.5, 20.0, 22.0, 24.0, 25.0, 30.0이다.
실시예 47
제트 터빈 엔진의 조작방법은 온도하에 다음과 같이 구성된다: ECS 연료( ECS 화합물과 금속을 함유한 최소한 하나의 산소가 바람직 ), 선택적으로 상기 얻어진 연료의 항공기용 공-연료가 260℃, 280℃, 300℃, 320℃, 350℃ 또는 그 이상의 높은 온도에서 액체와 기체상태에서 열적으로 안정한 항공기용 공-연료와 함께 0.1에서 약 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 30.0, 40.0, 50.0, 60.0 무게%의 산소를 포함하며, 상기 얻어진 연료는 증발잠열이 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170 또는 그 이상의 BTU/Lb를 가지는데 이는 액체 또는 기체상태에서 엔진을 냉각시키는 일차 열 낮추기 역할이며, 상기 연료는 선택적으로 산화방지제, 분산제, 금속의 비활성제 및/또는 청정제/분산제를 어느 정도의 양으로 포함하여 열 안정성을 향상시키며; 높은 1.0, 1.5, 2.0, 2.25, 2.5, 2.75, 3.0, 3.25, 3.5, 3.75, 4.0, 4.25, 4.5, 4.75, 5.0, 5.25, 5.5, 5.75, 6.0, 6.25, 6.5를 초과하는 마하에서 또는 극 온도하에 그리고/또는 선택적으로 해발 30,000, 40,000, 50,000, 60,000, 70,000, 80,000, 90,000, 100,000, 110,000, 120,000, 130,000, 150,000, 170,000, 200,000, 250,000, 300,000, 350,000의 고도 또는 극고도하에 상기 제트 터빈 엔진에서 상기 연료를 연소시키는데 여기서 엔진과 연소 온도가 25 ℃ - 300℃, 50℃ - 350℃, 75℃ - 375℃, 100℃ - 400℃, 125℃ - 450℃, 150℃ - 500℃, 175℃ - 550℃, 200℃ - 600℃, 225℃ - 900℃로 감소되며, 또는 달리하여 가스 입구 터빈 온도는 약 15000K, 14000K, 13000K, 12000K, 11500K, 11000K, 10500K, 10000K, 9500K, 9000K, 8500K, 8000K, 7500K, 7000K, 6500K, 6000K 로 초과하지 않으며 또는 그 이하( 12000K 보다 낮은 것이 바람직하다) 또는 온도감소를 위해 최근 알려진 방법 보다 최소한 0.5% - 25.0% 초과하며; 그리고 터빈 입구 압력이 0.5% - 80.0% 또는 그 이상 증가한다.
실시예 48
항공기용 터빈 연료의 조성은 다음과 같다 : ECS 연료 (바람직하기로는 최소한 하나의 산화된 ECS 화합물, 예컨대, DMC 와 금속, 예컨대 MMT); 선택적으로 0.1 - 95%, 또는 약 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 30.0, 40.0, 50.0, 60.0 무게%의 산소; 항공기용 공-연료; 220℃, 260℃, 280℃, 300℃, 320℃, 350℃ 또는 보다 높은 온도의 액체와 기체상태에서 열적으로 안정하게 특정지어지는 상기 연료; 상기의 것이 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170 또는 그 이상의 btu/lb를 초과하는 증발잠열을 가지며, 엔진을 냉각시키기 위한 일차 열 장치로서 열을 흡수(열 용량)할 수 있고; 상기 연료가 열 안정성을 향상시키기 위하여, 선택적으로 일정량으로 산화방지제, 분산제, 금속의 비활성화제 및/또는 청정제/분산제를 포함하며; 선택적으로 ASTM 또는 군용 연료 규격 (선택적으로 연소열은 예외)에 일치하는 것.
실시예 49
항공기용 제트 터빈 연료는 DMC (더욱 바람직한 것은 0.5% - 5.0%, 0.5% - 10.0%)로부터 0.01% - 40.0 무게%로 산소가 포함되어 있고 0.001 - 20.0 gr/gal (더욱 바람직한 것은 0.01 - 7.5, 10.0 gr/gal, 더욱 바람직한 것은 0.1 - 3.0 gr/gla)으로 표시되는 최소한 하나의 망간 금속을 포함하며; 상기 연료는 총 방향족계의 부피농도가 25% (22% 또는 그 이상이 아닌 것이 바람직하다)를 초과하지 않으며, 황 함량은 무게%로 최대 0.3이 초과되지 않으며, 최대 T-10 온도가 205℃이며, 최종 끓는 점 온도가 최고 300℃ (더욱 바람직스러운 것은 290℃, 285℃, 280℃, 275℃, 270℃, 265℃)이며, 최저 인화점이 38℃이며, 비중은 15℃에서 775 - 840 kg/m3또는 선택적으로 840, 850, 860, 880, 900 kg/m3이며, 최저 빙점이 -40℃이며, 순수 연소열은 약 35.0, 36.0, 37.0, 38.0, 39.0, 40.0, 41.0, 42.0, 42.8, 43.0, 44.0 KJ/kg이며, 증발잠열은 90, 95, 100, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175 BTU/Lb로 초과되며; 그리고 결합된 연료는 ASTM 1655의 완성된 연료인 제트 A, 제트 A-1 또는 제트 B의 요구사항에 일치하여야 한다.
실시예 50
가스 터빈 연료의 조성은 다음과 같다 : 연료내에 0.01% - 40.0 무게%의 산소를 나타내는 DMC, 0.001에서 약 7.5, 10.0, 15.0, 20.0, 40.0 gr/gal의 농도에서 최소한 하나의 금속과, No. 0-GT, No. 1-GT, No. 2-GT, No. 3-GT 또는 No. 4-GT 가스 터빈 연료오일로부터 선택된 가스 오일 터빈 공-연료이며; 상기 연료는 38℃ - 66℃의 인화점과, 40℃에서 1.3에서 5.5까지의 범위에서 mm2/s (ASTM D 445)의 최저 키네틱 속도를 가지는 것을 특징으로 하며, 선택적으로 황 함량이 2500, 2000, 1500, 500, 400, 300, 200, 100, 50 40, 20 ppm 무게 (또는 유리 황으로)로 초과하지 않으며, 선택적으로 조정하지 않은 공-연료와 비교하여 최소한 20℃로 감소된 T-90온도이며; 상기 연료는 최소한 33, 34, 35, 36, 38, 40, 42, 43, 44 cm/sec의 연소속도로 분젠 라미나와, 최소한 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115 BTU/lb의 증발잠열을 가지는 것이 특징이며; 추가적으로 상기 연료는 약 850℃, 800℃, 750℃, 700℃, 650℃, 625℃, 600℃ 및 550℃, 또는 650℃, 625℃, 600℃ 또는 그 이하가 바람직한 터빈 입구 가스 온도를 감소시키는 것을 특징으로 하며, 그리고/또는 입구 압력은 공-연료 단독 (바람직하기로는 최소한 2.0%, 3.0%, 4.0% 또는 그 이상)과 비교하여 증가하며; 선택적으로 터빈 날개에 유해한 침적물, 오염, 부식을 추가적으로 감소시키거나 조정하며; 그리고 선택적으로 탄소 형성은 상기 조성물이 연소되는 동안 일차 연소 지대에서 감소되며; 여기서 유리 탄소 형성은 감소되어야 하는 바, 내부 선상 온도가 감소되는 것과 함께 터빈의 수명이 표준 수명 보다 2, 3, 4 또는 그 이상으로 증가한다.
실시예 51
생물학적 디젤연료의 조성은 다음과 같다 : 모든 성분을 동등한 100%의 조건하에 부피%로 1.0 - 95의 바이오디젤 (바이오-에스테르류, C18＋ 지방산 메틸에스테르류, 평지씨 에스테르 등), 부피%로 1.0 - 95의 디젤 연료오일 또는 상당물 ( 나프타를 포함함 제래 또는 재배합한 ), 선택적으로 부피%로 0.5 - 90의 알킬레이트, 부피%로 1.0 - 90.0의 최소한 하나의 ECS 화합물, 그리고 선택적으로 금속의 양을 증가한 연소이다.
본 발명의 디젤 연료, 공-연료는 현재와 향후 스웨덴 환경 등급 1과 2 연료, CARB 재배합한 연료 및 EPA 재배합한 연료를 포함한다.
본 발명의 연료들은 향후 재배합된 디젤 연료를 포함한다. 바람직한 기술요체는 황이 낮거나 또는 없으며, 방향족계 수소화처리된 디젤 연료가 낮거나 또는 없으며, 특히 저 황 연료 또는 이와 유사한 것에 직면한 윤활 문제가 없는 것이다.
본 발명의 기술요체는 또한 황이 낮거나 또는 없는 연료에서 윤활 첨가제를 포함한다.
본 발명의 바람직한 디젤과 공-연료는 600, 500, 400, 300, 200, 150, 100, 60, 50, 45, 40, 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 2 ppm 정도 또는 그 이하 또는 전혀 황이 없은 낮은 황 농도를 예측할 수 있다. 바람직한 농도는 50 ppm 또는 그 이하이다.
디젤과 공-연료는 부피%로 60, 50, 47,45, 40, 35, 30, 28, 25, 22, 20, 18, 15, 12, 10, 7, 6, 5, 4, 3, 2 정도 또는 그 이하 또는 방향족계가 전혀 없는 저 방향족계 성분을 포함한다. 바람직한 것은 가능하면 2와 3의 고리와 방향족계를 제외한다.
바람직한 연료들은 본 발명의 실시에서 질소가 NOx 방출을 상당히 저감시키는 것을 명백히 예측할 수 있으나 무 질소이다.
본 발명 디젤연료의 세탄지수(cetan indix)는 40, 41, 42, 53, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 정도에서 이 보다 높거나 또는 그 이상이다. 이들 중에 45 및 55를 초과하는 것이 바람직하다.
연소속도를 증가시키며 또는 연소온도를 감소시키는데 작용하는 대체 디젤연료의 배합은 명백하게 예견할 수 있는 바, 특히 연소속도를 증가시키는 것은 투명한 또는 조절하지 않은 연료 보다 상회하여 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%, 3.5%, 4.0%, 4.5%, 5%, 8.0%, 10%, 15%, 20% 또는 그 이상이다.
분젠 라미나 발화속도를 증가시키는 배합은 39, 40, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 cm/sec 또는 그 이상이 요구된다.
실시예 52
연료 조성은 다음과 같다 : 연료에 0.01% - 10.0 무게%의 산소를 포함하는 DMC로서 최소한 하나의 금속이 0.001에서 약 2.5 gr/gal의 농도며, 디젤과 공-연료 기재; 여기서 결합된 연료는 선택적으로 황 함유량이 ppm으로 250, 200, 150, 100, 75, 50, 40, 30, 20, 10, 5로서 높지 않으나 또는 무 황인 것이 특징이며; 비중이 40℃에서 2.5 - 1.0 cst,이며, 40 - 70의 세탄지수이며, 방향족계 함량이 부피%로서 0 -35, 0 - 20.0, 0 - 15, 0 - 10 또는 보다 적으며, 3-고리 ＋ 방향족계의 조건에서 0.16부피%가 초과하지 않으며; 약 190 - 230 ℃의 T10 유분, 약 220 - 280℃의 T50 유분, 약 260 - 340℃의 T90 유분과 -10, -28, 또는 -32 ℃( 또는 최저 주위온도 1/10 백분율 이상의 6℃); 최소한 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, cm/sec인 분젠 라미나 연소속도, 최소한 85, 90, 95, 90, 100, 105, 110, 115, 120 BTU/lb의 증발잠열; 선택적으로 가열값이 43, 42, 41, 40, 39, 38, 37 Kj/kg 보다 적은 것이다.
실시예 53
저 배기출 디젤연료의 조성은 다음과 같다: 선택적으로 ECS 화합물의 증가된 양의 연소; 선택적으로 금속의 증가된 양의 연소; 디젤과 공-연료; 상기 연료는 최대 황 농도가 ppm으로 1100, 800, 440, 300, 250, 200, 150, 100, 50, 10, 5 보다 높지 않거나 또는 무 황인 것이 특징이며; 비중(kg/m3)이 800, 805, 810, 814, 815, 839, 840 또는 그 이상이며; 40℃에서 cst의 점도가 1.8, 2.4, 2.5 또는 그 이하; 46.2, 51.2, 52.1, 53.5, 57.5, 57.8 또는 그 이상의 세탄 지수; 방향족계가 부피 %로 27.1, 2.45, 14.5, 1.1, 21.6 또는 그 이하며; 3-고리 ＋ 방향족계가 0.16, 0.02 또는 그 이하; 분별증류 ℃ IBP가 188.5, 213, 153, 215, 195이며, 180 보다 적은 것이 바람직하며 그리고 T10 분별온도가 221, 215.5, 198, 227, 210 범위이며, T50 분별온도가 272.5, 247.5, 249, 249, 227 범위이며, T90의 분별온도가 321, 272.5,의 범위이며 285, 336, 271, 273이 바람직하며 그리고 FBP 온도가 348.5, 299, 360, 285, 300℃의 범위이며, 안개점(℃)이 -10, -28, -32이며; CFPP(℃)가 -11, -34, -34이며; 선택적으로 캘로리값 (Mj/kg)이 42.8, 43.3, 43.3 또는 그 이하; 선택적으로 분센 박층흐름 연소속도가 최소한 37, 40, 42, 45, 47 cm/sec 또는 그 이상 (또는 바꾸어서, 재래의 배이즈 또는 재배합한 디젤 보다 높은 연소속도를 가지는) 이며; 그리고 여기서 증발잠열이 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130 BTU/lb를 초과한다.
실시예 54
재배합한 디젤연료는 다음과 같이 구성한다 : 제배합한 저 배기 디젤 조성물로서 여기서 API 가 41.1 - 45.4 범위이고 황은 10 무게 ppm 이상을 초과하지 않거나 또는 무 황이며, 선택적으로 질소가 없으며, 방향족계가 20, 15, 10, 5.0 부피% 또는 그 이하, PNA (부피 %)가 0.02 또는 그 이하 또는 PNA가 없으며, 최저 세탄지수가 35, 38, 39, 40, 42, 43, 45, 47, 50, 55이며, IBP (℉)가 약 215, 265, 300, 320, 345, 365, 385 또는 그 이상, 95%의 분별 (℉)이 545, 525, 500, 475 또는 그 이상이며; 망간 또는 다른 금속 화합물의 증가된 양의 연소; 선택적인 ECS 화합물이다.
실시예 55
액체 연료는 다음과 같이 구성한다 : 용해성 연료 ECS 화합물이 무게 %로 0.01 - 5.0의 산소 (바람직한 것은 0.5% - 2.5%), 최소한 0.001 - 2.8 gr/gal을 함유하는 하나의 망간 금속 (바람직하기로는 0.065 - 1.0 gr/gal); 디젤 공-연료; 여기서 상기 연료는 황 함량(ppm)이 250, 100, 50, 5를 넘지 않거나 또는 무 황인 것이 특징이며; 비중이 880 - 800 kg/m3범위이며; 점도가 40℃에서 2.5 - 1.0 cST 의 범위이며; 세탄지수가 40 - 60이며; 방향족 함량이 부피로 약 0 - 20.0% (3-고리 ＋ 방향족계가 0.16 부피%를 포함)이며; 약 190 - 230℃의 T10 분별온도, 약 220 - 280℃의 T50의 분별온도 그리고 약 260 - 340℃의 분별온도 그리고 -10, -28 또는 -32의 구름점 온도(℃); 최소 34 cm/sec 또는 그 이상의 분센 박층흐름 연소속도 , 최소한 95 BTU/lb 또는 그 이상의 증발잠열이다.
실시예 56
무게 %로 0.01% - 5.0%의 산소 (보다 바람직한 것은 0.5 - 2.5%)가 DMC에 그리고 최소한 0.001 - 2.8 gr/gal (바람직하게는 0.065 - 1.0 gr/gal, 더욱 바람직하게는 0.1 - 0.5 gr/gal)을 함유한 하나의 망간 금속 그리고 디젤 공-연료 베이즈를 함유한 액체 연료; 여기서 결합된 연료는 약 41.1 - 45.4의 API 범위, 10 무게 ppm (선택적으로 황, 질소가 없는 것)을 초과하지 않는 황 함량, 무 질소 그리고 20 부피%의 방향족계 함량, 0.02 또는 그 이하의 PNA 부피%, 45 보다 높은 세탄지수, 365℉의 IBP, 460 - 540℉ 범위의 95% 분별; 36 cm/sec의 분센 박층흐름 연소속도, 최소한 100 BTU/lb의 증발잠열을 가지는 것이 특징이다.
실시예 57
상기 디젤 연료 조성물은 연소실 디포지트 조정/감소 첨가제 그리고 선택적으로 인젝터, 흡입 밸브 디포지트 조정, 금속 비활성제 또는 산화방지제로 구성되어 있다.
디젤/증류 연료에 금속의 원소농도는 0.015625, 0.03125, 0.0625, 0.125, 0.25, 0.275, 0.375, 0.50, 0.625 0.75, 0.875, 1.0, 1.125, 1.25, 1.375, 1.5, 1.625, 1.874, 2.0, 2.125, 2.25, 2.375, 2.5, 2.625, 2.75, 2.875 gram 원소 금속/gal 보다 높거나 또는 동등한 것을 포함한다. 보다 높은 범위의 것을 예측할 수 있다. 바람직한 범위는 약 0.001 - 약 1.50 gr 원소 금속/gal을 포함한다. 여타 바람직한 범위는 조성물의 약 0.001 - 약 0.50 gram 원소금속/gal를 포함한다. 0.001 - 약 0.25 grams/gal 범위의 낮은 농도 또한 예측할 수 있다. 또한, 0.0625 gr 원소금속/gal 보다 높은 범위를 예견할 수 있다. 가끔, 연료절약 또는 힘의 현저한 향상을 위해 먼저 망간 농도를 1/64, 1/32, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 7/32 또는 1/4 gr 원소금속/gal 초과하여야 한다. 원소의 범위는 3.0, 3.5, 4.0, 5.0, 7.0, 8.0, 10.0 gr 또는 그 이상의 범위로 예견할 수 있다.
위에 기술한 바와 같이, 연료 조성물과 우수한 ECS 화합물에 O2농도가 높으면, 허용되는 원소금속 농도도 더욱 높아진다. 또한, 연소속도를 향상시키고 또는 연소온도를 낮추는 중질 연료 조성물에서 망간농도가 증가될 수 있다.
특히, T-90 온도가 감소되었을 때에 ECS 화합물과 원소 금속을 사용으로 상승효과를 나타낸다. 다른 연료 규격, 조작조건, 환경에 대한 요구 및 연소시스템은 최종 조성물 구성에 관여할 것이다.
본 발명의 실시에 있어서, 바람직한 세탄가는 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50이다. 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54 또는 그 이상의 세탄가가 바람직한데 저황 No. 1-D 및 저황 N0. 2-D에서 특히 바람직하다. 본 발명의 실시에 있어서 최적의 세탄가는 48, 50, 52, 54, 56, 58 보다 높다. 향상된 재배합한 디젤연료의 세탄가는 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 보다 큰 것을 예견할 수 있다. 저황 디젤 연료급인 No. 1-D 및 N0. 2-D를 적용하면, 최저 세탄지수가가 40, 35, 30, 27, 25, 22, 20% (ASTM D 976에 의해 측정)를 초과하지 않고 바꾸어서 방향족계 성분이 부피로 (ASTM D 1319에 의해 측정) 35% 초과하지 않고 방향족계 성분으로 한다.
ECS를 기본으로 한 디젤연료를 적용하면, 냉 출발, 워밍업, 연소의 거칠음, 가속, 아이들과 가벼운 부하 조작하에서의 디포지트 형성 및 배기 연기밀도에 교대로 확실하게 영향을 미치는 점화성능을 향상시킨다.
실시예 58
ASTM D 976 규격 ( 또는 연료 오일, 항공기 터빈 또는 가스 오일)에 일치한 디젤 연료, 디메틸 카르보네이트와 테트라에틸렌 글리콜의 양을 증가시킨 연소, 그리고 갤른당 약 0.001 - 약 2.5 gr 망간 범위의 농도를 가지는 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 화합물로 구성된 조성물; 그리고 최종 연료 연소가 열 효율 및/또는 연료절약을 향상시키며 최소의 인화점 온도와 일치한다.
실시예 59
미량의 디메틸카르보네이트와 시클로메틱 망간 트리카르보네이트의 양을 증가시킨 연소, 그리고 대부분의 베이즈 디젤연료로 구성된 N0. 2 디젤 연료 조성물로서, 결과물의 연료는 42 - 50 (바람직하게 현저히 높은)의 세탄, 28 부피 % (바람직하기로는 20% 이하, 더욱 바람직하기로는 15%, 가장 바람직하기로는 10%) 이하의 방향족 함량, 560 - 600 ℉(더욱 바람직하기로는 540, 520, 500℉ 또는 그 이하)의 T-90 온도, 0.08 - 0.12% 질량 (더욱 바람직하기로는 0.05% 또는 무 황)의 황 함량, 32 - 37 ( 보다 바람직하기로는 이 이상)의 API 비중, 그리고 130℉ (공-연료 또는 염을 사용하여 선택적으로 얻어지는) 의 최저 인화점을 가진다.
실시예 60
미량의 디메틸카르보네이트와 시클로메틱 망간 트리카르보네이트의 양을 증가시킨 연소, 그리고 대부분의 베이즈 디젤연료로 구성된 N0. 1 디젤 연료 조성물로서, 결과물의 연료는 48 - 54 (바람직하게 현저히 높은)의 세탄, 10 부피 % 또는 그 이하의 방향족, 460 - 520 ℉(더욱 바람직하기로는 425℉ 또는 그 이하)의 T-90 온도, 0.08 - 0.12% 질량 (더욱 바람직하기로는 0.05% 질량)의 황 함량, 40 - 44 ( 보다 바람직하기로는 이 이상)의 API 비중, 그리고 120℉의 최저 인화점을 가진다.
본 발명의 실시에 있어서, 점화촉진제를 각각 또는 ECS 화합물과 함께 이용할 수 있는데, 특히 점화시에 보다 높은 온도를 요구하는 연료, 점화 기간을 연장하는 연료에 이용할 수 있다.
실시예 61
최저 52의 세탄가, 350 ppm (더욱 바람직하기로는 0.005 질량% 이하)의 최대 연료 황, 30 부피% (보다 바람직하기로는 15% 이하) 이하의 방향족계, 디메틸카르보네이트의 양을 증가시킨 연소와 시클로메틱 망간 트리카르보네이트의 양을 증가시킨 연소로 구성된 저 배기 No. 2 등급의 디젤 연료.
실시예 62
최저 52의 세탄가, 100 ppm 의 최대 연료 황, 12% 함량의 방향족계, 475℉의 T-90 온도, 0.10의 브롬가, 0.5 - 4.0 무게%의 산소 범위의 디메틸카르보네이트양을 증가시킨 연소와 시클로메틱 망간 트리카르보네이트의 양을 증가시킨 연소로 구성된 저 배기 디젤 연료.
유동점 강하제를 함유하고 있지 않는 디젤연료는 유동점이 일반적으로 유동점 이하의 3℃(℉)에서 15℃(25℉)이다.
본 발명의 실시에 있어서, 디젤 등급 No. 1-D에서의 최저 인화점은 38℃, 2-D 와 4-D에서는 52℃가 바람직하다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 이러한 온도 외에서의 인화점을 예측할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 황 함량 500 ppm이 바람직하나, 그 이하의 농도가 바람직하다. 가장 바람직한 황 농도는 50ppm 또는 그 이하이다. 또한, 황 농도가 0.05 무게% 또는 그 이하가 바람직하다. 0.05 무게% 또는 그 이하의 황 농도는 저 황 1-D 및 2-D의 등급에 요구된다.
본 발명의 실시에 있어서, 10% 증류잔사에서 탄소잔사를 발견하는데 일반적으로 질량%로서 No. 1-D 연료에서는 0.15 그리고 N0. 2-D에서는 0.35를 초과하지 않아야 한다. 그러나, 보다 낮은 질량농도가 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, ASTM D 482를 이용하여 질량으로서 회분의 최대 %는 0.10%의 등급 No. 4-D를 예외로 0.01%이다. 보다 낮은 회분 %가 바람직하다. 그러나, 본 발명의 보다 낮은 연소온도가 회분관련 문제를 완화시킨다.
증류 연료에서 연료 분사제 연소실 그리고 흡입 밸브 디포지트를 포함한 점화성능 향상제, 산화 억제제, 생명체에 유독한 물질(biocide), 부식방지제, 금속 비활성제, 유동점 강화제, 탈유화제, 연기 억제제, 청정제-분산제, 전도도 향상제, 염료, 탈결빙제 및 연소 디포지트를 포함하는 첨가제를 예측할 수 있다.
그러나, 연소실 디포지트 첨가제, 특히 존재하는 연소실 디포지트를 감소시키는 첨가제들이 이용된다. 조절 인젝터와 밸브 흡입 디포지트인 어떤 디포지트 첨가제는 연소실의 디포지트 조절 또는 감소에 유해하므로 소망스럽지 않은 것을 예견할 수 있다.
다른 것 뿐만 아니라, 바륨의 유기 화합물, 특히 탄산 바륨을 초과한 바륨 술포네이트, N-술피닐 아닐린류를 포함하는 연기 억제제를 예견할 수 있다.
표 1에서는 디젤 연료에 첨가되는 각종 첨가제의 종류와 역할에 관한 것이다. 첨가제를 변형한 어떠한 시스템도 사용할 수 있으나, 첨가제 중에서 비상용성을 피하고 연료에 원하지 않은 효과를 나타내는 예상치 못하는 상호반응을 예상하여 주의하여야 한다.
시판되는 디젤 연료 첨가제 - 기능과 형태
순서 등급 또는 역할 시판 첨가제의 형태
1 점화성능 향상제 - 출발을 빠르게 하며 흰 연기를 적게하는 세탄가를 상승 알킬나이트레이트
2 산화 억제제 - 산화, 검 및 침전 형성을 최소화하고 저정수명을 향상 알킬 아민류 및 아민 -착화물질을 함유
3 바이오사이드 - 탄화물을 공급하는 박테리아와 곰팡이의 성장을 억제하며, 이러한 유기체들에 의해 여과방지를 억제함 에틸렌글리콜, 4급 아민 화합물 등의 보론 화합물
4 방청제 - 연료시스템과 저장 시설의 녹 형성을 최소화 유기산과 아민 염류. 이량화한 리놀산을 기본으로 한 것이 다량 사용됨
5 금속 비활성화제 - 산화작용의 강력한 촉매역할을 하는 구리이온의 비활성화 N, N'-디살리실리덴-1,2-프로판아민
6 유동점 강하제 - 왁스의 결정성장 구조 및/또는 응집에 의한 개질에 의한 유동점 저하와 저온에서의 흐름성을 증가 일반적으로 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타아클릴레이트, 개질 스티렌, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 에틸렌-비닐클로라이드 공중합체와 같은 폴리머형 물질
7 탈유화제 및 탈해독제 - 증류된 연료로부터 물의 분리를 향상 및 해독방지 물/오일 분리 속도를 증가시키는 표면활성제. 일반적으로 상당한 착화물의 혼합물
8 연기 억제제 - 탄화물질의 완전 연소를 더욱 촉진시키거나 또는 분무 상태를 유지 촉매류가 일반적으로 오버베이즈한 바륨 화합물. 청정제에 의해 분무상태를 유지
9 청정제-분산제 - 연진연료의 청정성을 촉진하며 노즐의 퇘적물 형성과 인젝터의 눌러붙음, 침전물 응집을 방해하는 것을 방지하여 최적 조건의 여과특성을 유지하는데에 도움 일반적으로 계면활성제이다. 가끔 아민과 다른 관능기를 함유한 폴리머성 물질임
10 전도도 향상제 - 정전기 전하의 분산을 향상 아민염, 금속염 및 폴리머성 물질
11 염료 - 세금 형태를 포함한 각종 확인을 목적 기름에 용해되는 고체 및 액체 염료
12 탈결빙제 - 연료 라인의 막힘을 방지하기 위해 소량의 물의 어는 점을 감소 저 분자량의 알콜( 에탄올, 이소프로판올 및/또는 메탄올) 그리고 에틸렌글리콜 모노메틸에테르 또는 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르
비고 : 몇몇 물질들은 또한 시중에서 한가지 기능 이상을 발휘하는 다기능 또는 다목적용의 첨가제가 있다.
방출배기상에 영향을 미치는 연료의 특성은 방향족계 화합물의 함량, 휘발분, 비중, 점도 세탄가 그리고 특수한 원소 (예컨대, 수소 및 황)의 존재이다. 증가된 방향족계 화합물은 증가된 미립자 (특별히 용해성 유기 미립자)와 탄화수소 방출을 발생시킨다.
그러나, 연소속도를 증가시키거나 또는 연소온도를 낮춤에 따라, 응집되는 탄화수소 성분의 문제를 야기시키는 특성 즉 방향족계 등은 현저히 경감시킨다. 따라서, 명백하게 방향족계, 올레핀류, 벤젠, 부타디엔 포름알데히드, 아세트알데히드, 디 및 트리 방향족계 등이 현재 환경에 유해하다고 사료되는 양으로 함유한 것을 예견할 수 있다.
디젤의 탄화수소 방출의 경감은 본 발명의 기본 목적으로서 디젤의 탄화수소 방출의 광화학적 반응성을 완전히 이해하고 있는지 출원인은 의심스럽다.
보다 낮은 증기압 성분들 (예컨대, T-50 및 T-90 점)의 보다 높은 온도에서 증류하면, 방향족계 화합물과 휘발분의 전형적인 변화를 위해 휘발분의 영향은 적을 지라도, 보다 높은 미립자가 방출된다. 연료의 비중, 점도, 세탄가 그리고 수소함량은 일반적으로 휘발분과 방향족 화합물의 함량으로 보정된다.
일정한 공간에서 탄소/산소의 비가 0.5이하로 유지하는 것이 부가적으로 미립자 방출을 조정하는 효과적인 수단으로서 바람직한 것을 알게 되었다.
일반적으로 NOx 와 CO 방출이 디젤 연료의 개질에 의해 효과가 없는 것으로 알게되었다. 연소속도의 증가와 연소온도의 감소에 의해 NOx 와 CO 방출의 현저한 감소를 가져온다. 이것은 또한 선행기술로부터 현저히 다른 점이다.
실시예 63
본 발명의 자동차용 휘발유는 미국의 공기청정법[U.S. Clear Air Act §211 (K)]의 규정, 저 RVP 연료, 저/무 황, 저 옥탄, 일반 옥탄, 고 옥탄 휘발유, 고 증발잠열 및/또는 BV 휘발유, 향상된 세분화, 증기화 인젝터 휘발화 휘발유 등 그리고/또는 ASTM 및/또는 다른 규정된 규정의 어떠한 규격에 부합되고 현재 및 향후에 이들의 혼합물을 포함하는 재래의 무연, 재배합한 무연의 휘발유를 포함한다. 실시예 64
상기 실시예 63의 방법은 발암성 에테르 농도를 적극적으로 감소시키며; 상기 방법에는 CO-ECS 화합물고 선택적으로 금속을 향상시키는 연소를 결합한 연료를 포함한 MTBE를 연소하는 것을 구성하고 있다.
실시예 65
향상된 MTBE 연료 조성물은 다음과 같다 : 황이 없거나 낮게 함유한 탄화수소를 기재로 한 연료, MTBE, 그리고 MTBE (바람직하기로는 20%, 30%, 40%, 50%, 60% 또는 그 이상의 DMC와)보다 연소속도가 빠른 ECS 화합물; 총 연료의 산소량이 무게 %로 3.7, 3.5, 3.0, 2.7, 2.5, 2.25, 2.2. 2.0, 1.9, 1.8, 1.5, 1.2, 1.1, 1.0, 0.8, 0.7, 0.5이며; 선택적으로 금속의 양(SparkAid로 알려진 Shell Chemical Corppration에 의해 MMT 및/또는 칼륨 염으로 시판) 을 증가시킨 연소속도, 그리고/또는 선택적으로 망간 금속 화합물의 증가시킨 연소이고; 상기 연료는 추가적으로 증발잠열이 133, 135, 140, 142, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154 또는 그 이상의 BTU/lb를 초과하며, BV가 44, 46, 48, 50, 52 또는 그 이상의 cm/sec을 초과하며; 선택적으로 320, 310, 300, 295℉ 또는 그 이하의 최대 T-90 온도; 선택적으로 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200℉를 초과하거나 동일한 T-50 온도를 가지는 것을 특징으로 한다.
실시예 66
작업의 활성, 연료절약, 재래 또는 재배합한 휘발유, 선택적으로 산소화로 작동하는 자동차의 연소 배기물 감소에 대한 방법은 다음과 같다 : 동시에 연료의 증발잠열이 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170 BTU/lb ( 또는 최소한 2.0% 이상의 조정하지 않은 연료)으로 증가하고; 선택적으로 MMT를 1/64 또는 1/32 mn/gal의 조성물로 혼합하고; 선택적으로 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 cm/sec 의 속도를 초과하지 않은 연소속도; 여기서 상기 연료는 증발잠열을 가지며 또는 BV가 조정하지 않은 재래 또는 재배합된 휘발유 보다 높으며 그리고 선택적으로 무게%로 MTBE의 산소가 1.0, 2.0, 1.5, 2.1, 2.7 또는 2.0 - 5.0을 함유하는 조정하지 않은 동일한 연료 보다 높으며; 휘발유로 구동하는 자동차에서의 상기 조성물의 연소; 그리고 나서 연료절약이 조정하지 않은 연료 단독 또는 조정하지 않은 공-연료와 망간, 또는 공-연료와 증발잠열의 증가하지 않는 동일한 T-90, 또는 공-연료와 증발잠열이 증가 (바람직한 증가는 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5% 또는 그 이상이다)하지 않은 동일한 T-90을 함유한 망간에 비해, T-90 유분이 (℉) 온도로 320, 315, 310, 305, 300, 295, 290, 280, 270 및 260 또는 그 이하 보다 높지 않는 끓는 온도와 같은 휘발유의 끓는 온도의 감소이다.
실시예 67
재래 또는 재배합한 무연 연료의 조성물은 다음과 같다 : 황이 300, 250, 200, 150, 100, 60, 50, 20, 10, 5 ppm 또는 그 이하 또는 무 황이며; 근본적으로 다핵이 아닌 방향족계 화합물의 농도가 부피 %로 50, 45, 40, 35, 30, 27, 25, 22, 20, 18, 16, 15, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 또는 그 이하 또는 방향족 화합물이 없는 조성물이며; C4- C5가 없는 올레핀의 농도가 부피%로 3.0 - 5.0 또는 올레핀이 없는 것을 포함하여 20, 15, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 이하의 농도이며; 부피 %로서 벤젠을 함유하지 않은 조성물을 포함하여 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 또는 그 이하의 벤젠 농도이고; RVP가 12.0, 11.5, 11.0, 10.0, 9.0, 8.5, 8.0, 7.5, 7.0, 6.9, 6.5, 6.0, 5.5 psi이하이며 11.5 - 12.0 psi 또는 6.5 - 6.9 psi의 범위이고; 최소한 ESC 화합물 (바람직한 것은 DMC)의 전부 또는 일부에 산소가 무게 %로 0.5 - 5.0 또는 3.7, 0.6 - 3.0, 0.7 - 2.7, 1.8 - 2.2 공급되며; 최소한 한가지 금 속의 양을 증량한 연소로서 1/128 - 3/8 gr/gal (1/128 - 1/8이 바람직) 또는 1/64, 1/32. 1/16, 1/8, 1/4, 3/8 이상의 망간 농도를 가지는 시클로매틱 망간 트리카르보닐을 포함하며; 연소실 디포지트 조정, 포트(port) 연료 인젝터, 흡입 밸브 디포지트 조정 첨가제 그리고 혼합물로부터 선택한 디포지트 조정 첨가제의 향상에 의한 최소한의 하나의 연소; 여기에는 선택적으로 산화방지제 또는 다른 첨가제가 공급되며; 상기 조성물에는 운행지수가 1120, 960 ( 930 이하가 바람직)이며; 선택적으로 T-90 온도(℉)가 350, 340, 330, 320, 310, 305, 300, 295, 또는 290 이하 또는 동일하며; T-50 온도(℉)가 170, 175, 180, 190, 200 또는 210을 초과하거나 같으며; T-10 온도(℉)가 160, 140 또는 120 이하이며; 증발잠열이 130, 135, 140, 143, 145, 147, 150, 151, 152, 155, 160, 165 BTU/lb 보다 높거나 같으며 또는 바꾸어서 860, 900, 910 BTU/lb 보다 높으며; 40, 43, 45, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 90 cm/sec (바람직하기로는 45, 48, 50, 60 cm/sec 또는 그 이상) 의 최소한 분젠 라미나의 연소속도이며; 선택적으로 최대 가열값이 44, 43, 42, 41, 40, 39, 38, 37, 36 Kj/kg이다.
여기서 지시하는 바와 같이 T-90 및/또는 종말-끓는 점 증류 유분의 개질에 의해 연소속도/연소온도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명 휘발유는 재배합한 것을 포함하여 운행지수가 (1.5 × T10) + (3 × T50) + (T90)로 정의되며, 1370, 1330, 1300, 1295, 1275,1236, 1200, 1190, 1180, 1170, 1160, 1155, 1150, 1140, 1130, 1120, 1100, 1090, 1080, 1075, 1050, 1000, 975, 960, 950, 945, 940, 935, 930, 925, 920, 910, 900, 875, 850, 840, 825, 800 또는 그 이하의 운행지수를 가지는 것을 목적으로 한다. T-50의 온도는 동시에 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 ℉를 초과하거나 동일한 것이 바람직하다. 허용가능한 T-50의 범위는 190 - 210℉ 범위이다. 또한, T-10 증류 유분은 155, 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 98, 96, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 89, 88, 87, 85, 80 ℉ 또는 그 이하이며; 허용가능한 T-90 의 범위는 280 - 300 ℉룰 포함한다.
본 발명에서는 버너 연료, 연료 오일, 퍼니스 오일, 석유 및 석유오일, 그리고 ASTM D 396 규격에 일치하는 이러한 연료오일, 및/또는 여러가지 기후와 조작 조건하에 연료오일을 연소시키는 기구의 각종 형태에 사용하기 위한 연료를 포함하는 공-연료로서 광범위한 연료오일에 사용할 수 있음을 예견할 수 있다. 실시예를 제한할 필요가 없으나 ASTM 등급 1 - 5를 포함한다.
본 발명에서 끓는 점의 변형이 주요 기술사상인 바, 특히 증가된 증발잠열 및/또는 BV가 이의 결과이다(참고 : 함께 국제특허로 출원중인 No. PCT/US95/02691 No. PCT/US95/06758을 참고)
실시예 167
No. 2 연료 오일은 40℃에서 측정한 키네틱 속도가 1.9 보다 적지 않거나 3.4 mm2/s 보다 크지 않아야 하며, 최소 T-90 온도가 282℃, 최대 T-90 온도가 338℃, 최대 황 함량이 0.05 질량%, No. 3 오일의 최대 구리 스트립 비율, ECS 화합물(바람직하게는 DMC)을 첨가한 양의 증가에 의한 연소; 그리고 선택적인 금속, 인화점이 38℃, 적어도 90, 95,100,105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 BTU/lb의 증발잠열; 상기 연료가 선택적으로 용매가 함께 및/또는 금속염을 포함한 것이다.
실시예 168
No. 6 연료 오일은 ASTM D 445를 이용하여, 100℃에서 측정한 키네틱 속도가 15.0 보다 적지 않거나 50.0 mm2/s 보다 크지 않아야 하며, 그리고 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)을 첨가한 양의 증가에 의한 연소; 그리고 선택적인 금속이다.
실시예 169
실시예 167 및 168에서, 종말 끓는 점 및/또는 T-90 유분온도는 끓는 점 개질화를 이용하여 최소한 30℃로 감소되며; 그리고 증발잠열은 향상된다.
실시예 170
ASTM 등급의 연료 오일을 적용하여, 디메틸 카르보네이트의 첨가량을 증가한 연소와 금속을 증가한 연소를 포함한 퍼니스의 버너 조작에서 퍼니스의 예상되는 연소 효율은 최소한 1.0% - 20%의 범위로 증가이다.
적절한 ISO DIS 8217 및 BS MA 100 규격에 일치한 기관차와 해상 연료로 예견할 수 있는데, 다른 연료 보다 높은 농도의 황을 포함하나, 본 발명은 연소온도를 목적으로 하기 때문에 황 부식과 다른 오염제의 생성을 감소시킨다.
실시예 171
중질 디젤, 기관차 또는 해상 엔진에 대해 증기의 향상된 연소를 위한 방법은 특히 450, 500, 900, 1200, 3800, 20,000 또는 그 이상의 스퀘어 인치를 초과하며; 여기서 증기는 연료에서 무게 %로 산소가 0.01% - 40%로 표시되는 DMC로부터 유도되며, 금속은 금속의 metal/ gal의 0.01 - 20.0 gr으로 표시되며, 그리고 중질 디젤, 기관차 또는 해상 엔진의 공-연료는 ISO DIS 8217 및/또는 BS MA 100 표준 규격에 일치하며; 여기서 상기 결합에는 0.01 - 3.0질량%의 황 농도를 포함하며, 50℃에서 측정한 점도는 10 - 500 cst이며; 그리고난 결과 상기 증기의 연소는 공-연료 단독과 비교할 때에 감소된 부식과 미립자 방출 및/또는 향상된 연료소비를 나타낸다.
실시예 172
로켓트 연료 추진제는 다음과 같다 : 최소한 하나의 ECS 화합물과 금속을 첨가하여 증가된 추진력.
실시예 173
실시예 172에서 조성물에는 추가적으로 산화제와 추진제를 구성한다.
실시예 174
로켓트 연료 조성물에는 과산화 수소와 금속 그리고 선택적으로 DMC를 구성한다.
실시예 175
로켓트 연료 조성물에는 과산화 수소와 산화제 및 금속 그리고 선택적으로 DMC를 구성한다.
실시예 176
실시예 175의 로켓트 연료 조성물에 있어서, 금속은 펜타보란, 데카보란, 보라졸, 알루미늄 보로하이드라이드, 트리메틸알루미늄, 베리륨 보로하이드라이드, 디메틸베리륨, 리튬 보로하이드라이드, 이들의 동족체 및 혼합물을 포함한 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐, 테크튬, 레늄, 알루미늄, 베리륨, 또는 보론 화합물로부터 구성된 군에서 선택된다.
실시예 177
실시예 173과 175에 있어서, 산화제의 예를 제한할 필요가 없으나 산소, 질산, 질산과 황산과의 혼합물, 풀로린, 사산화 질소, 과산화수소, 칼륨 퍼클로레이트, 퍼클로릴 풀로라이드, 브로민 펜타풀로라이드, 클로린 트리풀로라이드, ON 7030, 오존, 산화 디풀로라이드, RFNA(각종 강도), WFNA, 테트라니트로메탄, 풀로린, 클로린 트리풀로라이드, 니트릴 풀로라이드, 니트로젠 트리풀로라이드, 디풀로린 모노옥사이드, 풀로래이트, 클로린 옥사이드류, 기타 알려진 산화제 등을 포함한다.
실시예 178
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트, 하이드라진 및 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 화합물을 구성한다.
실시예 179
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트 및 질산 또는 황산을 포함하며, 금속을 포함하거나 포함치 않는 군에서 선택된 산화제를 구성한다. 또한, 선택적으로 공-추진제를 포함한다.
실시예 180
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트, 하이드라진 또는 치환 하이드라진, 및/또는 과산화 수소 및/또는 금속을 구성한다.
실시예 181
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트, 하이드라진 및 등유 그리고 선택적으로 금속을 포함한다.
실시예 182
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트, 수소, 금속 및 선택적으로 산화제를 포함한다.
실시예 183
로켓트 연료 조성물에는 디메틸 카르보네이트, 금속; 선택적으로 공지의 산화제 또는 추진제를 구성한다.
로켓트 연료의 추진제는 본 발명의 공동출원중에 나타내었는 바, 이를 소개하면 THE JET AVIATION TURBINE FUELS AND RELATED TURBINE SYSTEMS, GAS TURBINE FUEL OILS AND SYSTEMS, GAS TURBINE FUEL OILS AND SYSTEMS, DIESEKL FUEL OILS AND SYSTEM, EXAMPLE TESTS, EXAMPLE TEST FUELS, TEST METHODOLOGY, 표와 그림의 분석, DESCRIPTION OF TEST TWO FIGURES 1 THROUGH 6, SUMMARY OF FIGURE 1 - 6, 7, 8, GASOLINE COMPOSITIONS, 기계적인 수단, 항공기용 휘발유, 연료 오일, 로켓트 연료의 응용, 연소온도 개질화 실시 부분과 모든 다른 부분은 본인이 공동으로 출원중에 있는 국제 출원 No. PCT/US95/02691 와 No. PCT/US95/06758에 인용문헌으로 수록하였다.
첨가제의 실시
여기에 소개되는 첨가제의 실시는 본 발명의 핵심적인 성분이다. 첨가제, 첨가제의 방법, 윤활제 등을 본인의 국제출원중에 있는 No. PCT/US95/02691 와 No. PCT/US95/06758에서 연료 조성물로서 인용문헌에 명료하게 수록한 것을 예견할 수 있다. 공개된 첨가제들은 여러 연료의 등급에 서로 교환할 수 있음을 예견할 수 있다. 그러나, 이 분야에 능숙한자는 몇가지 첨가제를 한 연료 그룹에서 다른 그룹으로 전용할 수 있다.
본 발명에서는 광범위한 첨가제와 농도를 나타내었는데 제한할 필요는 없으나 다음과 같이 (첨가제의 개략적인 농도) 산화방지제 (8 - 40 mg/kg), 비셋팅(anti-setting) 왁스 (100 - 200 mg/kg), 소포제 (2 - 5 mg/kg), 앤티-밸브 시이트 리세션(anti-valve seat recession) (100 - 200 mg/kg), 파이프 라인의 서행 감소제(pipe-line drag reducing agents) (2 - 20 mg/kg), 디젤 청정제 (10 - 300 mg/kg), 휘발유 청정제, 탈유화제 (3 - 12 mg/kg), 디젤의 흐름 향상제 (50 - 1000 mg/kg), 디포지트 조정용 첨가제 (50 - 3000 mg/kg), 윤활 향상제 ( 25 - 1000 mg/kg), 대전 방지제 (2 - 20 mg/kg), 안정제 ( 50 - 200 mg/kg), 항결빙제 (0.1 - 2.0 부피%), 부식방지제 ( 4 - 50 mg/kg), 연소실 디포지트 개질제 ( 50 - 3000 mg/kg), 금 속의 비활성제 ( 4 - 12 mg/kg), 염료 ( 2 - 20 mg/kg), 세탄과 옥탄의 향상제 ( 200 - 2000 mg/kg)를 포함한다. 다른 첨가제로서는 연소 향상제, 바이오사이드, 서행 감소제, 탈운무제, 금속 흡수제, 마찰 개질제, 내마모용 첨가제, 항슬러지용 첨가제를 포함한다.
본 발명에서 제한할 필요가 없으나, 대전방지제용 첨가제로는 용해성 크롬 물질, 폴리머형 황, 질소 화합물, 그리고 4급 암모늄 물질을 포함한다. 일반적으로 사용은 극저온의 외계온도 및/또는 항공기용 등유와 같은 중간정도의 휘발성인 연료에 사용된다. 금속의 비활성화제는 제한할 필요는 없으나, 8-하이드록시퀴놀린, 에틸렌 디아민 테트라카르복실 산, 옥틸 아세토아세테이트와 같은 B- 케토에스테르류 등, N,N'-디살리실리덴-1,2-프로판디아민과 같은 N,N'-디살리실리덴 -1,2- 프로판디아민, 또는 N,N'-디살리실리덴-1,2-시클로헥산디아민, N,N''-디살리실리덴-N'-메틸-디프로필엔을 0.1 - 5.8, 7.5, 10.0, 12.0, 15.0, 18.0, 22 또는 그 이상의 mg/l 또는 1.0 - 8.0 mg/l, 2.0 - 10.0, 5.0 - 15.0 (용매의 무게를 포함하지 않은) 로 포함한다. 또한 농도의 범위는 4 - 12, 5 - 30 ppm이다. 열 안정성을 유지하기 위한 다른 농도를 예견할 수 있다.
금 속의 비활성화제의 예를 제한할 필요는 없으나, 에틸사(Ethyl Corp)에 의한 HITEC 314과 같은 부동화형의 티아졸을 포함한다.
서행 감소제의 예를 제한할 필요가 없으나 고 분자량(1,000,000)의 폴리이소부텐류 및 폴리알파올레핀을 포함한다.
염료의 예를 제한할 필요가 없으나, 아조 화합물 및/또는 안트라퀴논을 포함한다.
탈유화제의 예를 제한할 필요가 없으나, 착화물의 비이온성 계면활성제, 알콕시화 폴리글리콜류 및 아릴 술포네이트류 그리고 혼합물 ( 만약 어떠한 것도 전형적으로 최소한 이러한 청정제의 10 - 20 % 범위의 비율로)을 포함한다. 다른 예를 제한할 필요가 없으나, 한 회사(Petrolite Corp)에서 제공되는 TALOD 286K, TALOD 286을 포함한 파라-이소부틸페놀, 파라-디이소부틸페놀, 파라-헥실페놀, 파라-헵틸페놀, 파라-옥틸페놀, 파라-트리프로필렌페놀, 파라-디프로필렌페놀, 암모니아-중성화된 설폰화 알킬페놀류, 한 제조사(BASF-Wyandotte Chemical company)의 독점제품인 옥실화 글리콜류를 포함한다.
부식방지제의 예를 제한할 필요가 없으나, 카르복실산, 아민류, 및/또는 카르복실산의 아민염을 사용한다. 모빌사(Mobile Chemical Corp.)는 윤활제 및 부식 방지제의 혼합물인 Mobiladd F-800이 시판되고 있다.
산화방지제의 예를 제한할 필요가 없으나, 힌더드 페놀, 2,6-디-3급-부틸-4-메틸페놀 (15 - 40 mg/l, 25 mg/l 또는 그 이상), 페닐렌디아민, 방향족계 디아민, 또는 방향족계 디아민과 알킬 페놀류의 혼합물, 입체적으로 힌드더 페놀과 아민 그룹을 포함한다.
다른 산화방지제의 양은 활성 성분(용매의 무개를 포함치 않고)으로서 24.0 mg/l 이상이다. 그러한 산화방지제는 N,N-디이소프로필파라페닐렌 디아민, 75%의 최소한 2,6-디-3급-부틸페놀 + 25% 최대의 3급 및 트리3급 부틸페놀류, 72%의 최소한의 2,4-디메틸-6-3급-부틸페놀 + 28%의 최대의 모노메틸 및 디메틸 3급-부틸 페놀류, 52%의 최소한의2,4-디메틸-6-3급-부틸페놀 + 45%의 최대로 혼합한 3급 및 디3급 부틸 페놀류로부터 선택된다.
본 발명에서 적용되는 추가적인 산화방지제는 2,6-디-3급-부틸-4-메틸페놀, 6-3급-부틸-2,4-디메틸페놀, 2,6-디-3급-부틸페놀, 75% 최소 2,6-디-3급-부틸페놀 25%의 최대 3급-부틸페놀류 및 트리-3급-부틸페놀류, 72%의 최저 6-3급-부틸-2,4-디메틸페놀, 28%의 최대 3급-부틸-메틸페놀류 및 3급-부틸-디메틸페놀류, 55%의 최저 6-3급-부틸-2,4-디메틸페놀, 최대 45%의 3급-부틸페놀과 디3급-부틸페놀의 혼합물, 60 - 80%의 2,6-디알킬페놀, 20 - 40%의 2,3,6-트리알킬페놀과 2,4,6-트리알킬페놀의 혼합물, 최소 35%의 2,6-디-3급-부틸-4-메틸페놀 최대 65%의 메틸, 에틸, 및 디메틸-3급-부틸페놀의 혼합물, 최소 60%의 2,4-디-3급-부틸페놀 최대 40%의 3급-부틸페놀의 혼합물, 최소 30%의 2,3,6-트리메틸페놀 및 2,4,6-트리메틸페놀의 혼합물과 최대 70%의 디메틸페놀, 최소 55%의 부틸화 에틸페놀 최대 45%의 부틸화 메틸 및 디메틸페놀, 45%의 4,6-디-3급-부틸-2-메틸페놀 혼합물, 최소 40%의 6-3급-부틸-2-메틸페놀 혼합물과 최대 15%의 다른 부틸화 페놀의 혼합물을 포함한다. 또한, 억제제는 용매의 무게를 제외하고 총 농도로는 연료 5000 gal 당 1.0 lb 보다 높지 않는데 : 2,4-디메틸-6-부틸페놀, 2,6-디-3급-부틸페놀, 75%의 2,6-디-3급-부틸페놀, 10 - 15%의 2,4,6-트리-3급-부틸페놀, 10 - 15%의 오르토-3급 부틸페놀, 최소 72%의 2,4-디메틸-6-3급 부틸페놀, 최대 28%의 모노메틸과 디메틸-3급 부틸페놀, 최소 60%의 2,4-디-3급-부틸, 최대 40%의 3급-부틸페놀페놀, 2,4,6-트리-3급-부틸페놀, 4-메틸-2,6-디-3급-부틸페놀, 2-3급-부틸페놀, 이들의 혼합물; 2,6-디-3급-부틸-파라-크레졸; 및 N,N'-디-2급-부틸-파라-페닐렌디아민류와 같은 페닐렌디아민류; N-이소프로필페닐렌 디아민; 그리고 N,N'-디살리실리덴-1, 2-프로판디아민; 그리고 3급 부틸화 페놀류의 혼합물, 및/또는 방향족계 아민 산화방지제이다. 농도 수준은 열 안정성을 유지하거나 확실한 수준이다.
여기서, 첨가제에 대한 농도는 위의 산업적 범위에서 명확히 예견할 수 있는데, 특히 그러한 용도에 ECS 또는 금속 화합물의 농도 또는 특성을 예견할 수 있다.
항결빙제 첨가제의 예를 제한할 필요가 없으나, 이소프로필 알콜, 헥실렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리콜류, 포름아미드류, 이미다졸린류 및 카르복실 산을 포함한다.
밸브 시이트 리세션(valve seat recession)의 예를 제한할 필요가 없으나, 나트륨 또는 칼륨의 긴 사슬의 알케닐 술포네이트류, 나트륨 또는 칼륨의 긴 사슬의 나프테네이트류 또는 오일에 나트륨 또는 칼륨염의 미세분산물을 포함한다.
분산제에는, 알케닐 숙시닉 애시드 에스테르, 아민의 알케닐 숙신이미드, 메틸민, 2-에틸헥실아민, n-도데실아민(미국 특허 제 3,172,892호, 제 3,202,678호, 제 3,219,666호, 제 4,234,435호 참조)를 포함하여 회분이 포함되지 않은 숙신이미드 또는 폴리머 메티아크릴레이트가 포함된다. 다른 분산제에는 Texaco's CleanSystem3, 아민 유도체 TFA-4681로 치환된 고분자량 폴리이소부틸렌, 연료 가용성 염, 장쇄 지방족 하이드로카본-치환 디카르복실릭 애시드 또는 그들의 무수물의 아미드, 이미드, 옥사졸린 및 에스테르, 폴리아민이 직접 부착된 장쇄 하이드로카본, 알데하이드, 바람직하게는 포름알데하이드와 장쇄 지방족 하이드로카본 -치환 페놀을 축합함으로써 제조되는 Mannich 축합 생성물, 또는 연료 분사장치 및 밸브 흡입구를 청결하게 하는 문제를 참작하여 유사한 첨가제의 사용이 예상될 수 있다. 본 출원인은 회분이 포함되지 않은 분산제를 포함하여 시판되고 있는 어떤 분산제도 고려하였다.
본 출원인의 발명에는 카뷰레터, 포트 연료 분사장치 및 흡입구 밸브 디포지트 조절 첨가제도 고려된다. 비-제한적인 예로써, 담체 유체와 함께 또는 담체 유체없이, 아미드, 아민, 아민 카르복실레이트, 알케닐 숙신이미드, 폴리부텐 숙신이미드, 폴리알케닐 숙신이미드(Ethyl Petroleum Additives Inc., HITEC 4450), 폴리에테르아민, 폴리에테르아미드아민, 폴리알케닐아민, 폴리에테르아민(Oronite Chemical Co. OGA-480), 폴리이소부테닐아민(Oronite Chemical Co. OGA-472),폴리부텐아민, 폴리에테르아민 및 폴리올레핀아민이 포함된다. 이와같은 물질들은 천 배럴당 50내지 500 파운드, 더욱 일반적으로는 천 배럴당 100내지 200 파운드의 범위의 처리 농도에서 혼합될 수 있다.
세정제의 비제한적인 예로써, 숙신이미드, 장쇄 지방족 폴리아민, 장쇄 Mannich 염기, 회분이 포함되지 않은 폴리머 분산제, 질소를 함유한 회분이 포함되지 않은 폴리머 분산제, 특히, 폴리에틸렌 테트라민 및 폴리에틸렌 헥사민과 같은 폴리에틸렌 폴리아민의 폴리올레핀 치환숙신이미드가 바람직하다. 이미드 그룹을 형성할 수 있는 적어도 하나의 일차 아민 그룹을 가진 아민의 알케닐 숙신이미드가 바람직하다. 불포화된 폴리카르복실릭 애시드 또는 무수물과 폴리에틸렌 폴리아민의 반응 생성물이 특히 바람직하다. 마그네슘 라우랄 염을 포함하여 금속을 함유한 이온성 또는 비이온성 계면 활성제 및 세정제가 고려된다.
다른 회분이 포함되지 않은 분산제에는 1-20탄소원자 및 1-6 하이드록실 그룹을 함유하는 알케닐 숙시닉 애시드 에스테르 및 디에스테르가 포함된다(미국 특허 제 3,331,776호, 제 3,381,022호 및 제 3,522,179호 참조).
회분이 포함되지 않은 분산제의 다른 비-제한적인 예로써는, 미국 특허 제 3,442,808호, 제 3,803,039에 기재되어 있는 바와 같이 알케닐 숙시닉 에스테르-아미드 혼합물, 하이드로카르보닐-치환 페놀, 포름알데하이드 또는 포름알데하이드 전구체의 Mannich 축합물 및 아민이 있다. 본 출원인은, Chevron OFA 425B를 포함하여, 회분이 포함되지 않은 분산제(미국 특허 제 3,957,845호, 제 3,697,574호, 제 3,413,347호, 제 3,533,945호, 제 4,857,214호, 제 3,666,730호, 제 3,909,215호 참조) 및 유표(有標) 분산제의 예가 선행기술분야에 풍부함을 인식하고 본 발명의 실행에 있어 그들의 사용을 고려한다.
유사한 첨가제가 연료 분사장치 및 밸브 흡입구를 청결하게 유지하는 문제를 참작하여 고려된다.
유기 바륨 화합물, 특히 바륨 설포네이트 과기재의 바륨 카르보네이트, N-설피닐 아닐린을 포함하는 연기 억제제뿐만 아니라 그외의 연기억제제도 포함된다. 환경에 대한 고려가 선택 및 농도의 수준을 결정할 것이다.
디젤 연료 첨가제의 예가 표1의 등급 및 기능에 의해 분류되어 나타나 있다. 다양한 첨가제가 사용되는 어떠한 시스템에서나 마찬가지로, 바람직하지 않은 연료 효과를 발생하는 예기치 않은 상호작용 및 첨가제간의 비혼화성에 대한 주의가 필요하다.
비-제한적인 예로써, 폴리에테르아민, 폴리알케닐 숙신이미드, 또는 폴리알케닐 숙신이미드, 폴리부텐 알코올, 폴리부텐 클로로포르메이트 미네랄 또는 다른 담체내에서 배합된 폴리부텐 아민과 같은 하이드로 카르보닐 카르보네이트, 폴리에테르 담체내에서 재배합된 폴리이소부틸렌 아민 및 일-성분 폴리에테르 아민 등이 포함되는 다른 디포지트 조절 첨가제가 연료에 포함된다는 것이 고려되어야 한다. 본 명세서내의 다른 부분에 기재되어 있는 첨가제가 가솔린 및 다른 공-연료에서 고려된다.
본 출원인의 발명에는, CARB's 10,000 mile BMW IVD 및 Chrysler PFI 청정 유지 테스트를 포함하여 공업 규격 표준을 만족하는 허용가능한 디포지트 조절 첨가제가 고려된다. 따라서, 상기 BMW 테스트에서, 모든 밸브상의 고려되는 평균 디포지트는 100 밀리그램을 초과할 수 없으며, 어떤 한 분사장치에서 플로우 손실을 측정하였을 때, 5%이상의 플러깅(plugging)을 초과할 수 없다.
연소 챔버 디포지트 조절 또는 감소에 있어 어떤 해로운 성능을 나타내는 IVD 첨가제 또는 RFI 첨가제의 사용을 피하는 것이 또한 본 발명의 명백한 구체예이다.
본 출원인은 연소 챔버 첨가제가 신규한 것이 아니고 연료 시스템을 청정하게 유지하기 위해 상당기간 사용되어 왔다는 사실과 본 발명에서 특히, ECS연료가 소량의 성분인 개질된 공-연료 및 ECS/공-연료 사용이 본 발명의 범위내임을 알아내었다. 개선된 연소 특성을 갖는 순수한 ECS연료에 있어서 CCD첨가제는 필수적이지는 않고 선택적이다.
바람직한 CCD 첨가제의 비-제한적인 예에는, Shell사(社)의 VEKTRON ORIC첨가제(Octane Requirement Increase Control) 또는 ORR 첨가제 (Octane Requirement Reduction) 및/또는 유사한 첨가제 패키지 또는 Oronite사(社) CCD(Combustion Chamber Deposit) 첨가제 패키지, Texaco사(社)의 CleanSystem3또는 에틸사(社)의 등가물 Hitec 첨가제 패키지가 포함된다. 연소 챔버 디포지트를 조절하는 또 다른 수단에는 선택적으로 저분자량의 계면활성제 및 고분자량의 폴리부텐 기재의 중합 분산제가 포함된다. 단속적인 고농도의 폴리에라민, 글리콜 보아레이트와 에틸렌 디클로라이드가 사용될 수 있다. 사용되는 첨가제/첨가제 패키지 및 공-연료의 효과에 따라, 첨가제 농도는 중간으로부터 매우 높은 범위까지 가능하다.
본 출원인은 연소 챔버 디포지트를 감소 또는 조절하며 가솔린이 옥탄 필요 증가(ORI)를 감소시키는 경우, 특히, 그 첨가제들이 현존하는 디포지트를 감소시킬 수 있거나 및/또는 ORI를 상기 첨가제 부재의 청정 베이스 연료이하로 감소시키는 새로운 부류의 첨가제를 분명하게 본 발명의 대상으로 하였다.
복합적인 분사장치 및 밸브 흡입구 디포지트를 조절하는 어떤 디포지트 첨가제가 연소 챔버 디포지션 조절에 해로울 수 있으며 따라서 바람직하지 않은 것으로 여겨졌다.
그러나, 본 발명의 증가된 연소 속도 특성 및 온도 감소 측면을 고려해 볼 때, 연소 챔버 디포지션에 현저한 해로운 역효과를 일으키지 않는 덜 바람직한 종래의 첨가제를 사용할 수도 있다.
따라서, 본 출원인의 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제, PFI(Port Fuel Injector) 및 IVD(Intake Valve Deposit)첨가제 및 이들의 농축물은, 기존의 연소 챔버 디포지트를 조절, 바람직하게는 감소시키는 데에 효과적인 것이 바람직하다.
본 발명의 명백한 목적은, IVD 및 PFI 첨가제를 포함 또는 포함하지 않는 디포지트 첨가제, 즉, 부수적으로 또는 IVD/PFI 대신에 첨가제 또는 연소 챔버 디포지트 첨가제(CCD)를 사용하는 것이다.
하기에 기재된 바는, 연소 속도를 증가 및/또는 LHV를 개선시키고 동시에 공-연료의 개선된 특성을 촉진시키는 다양한 첨가제 패키지이다.
실시예 184
청정 연소 첨가제 패키지는 1)ECS 화합물(0.1-99.99% wt); 2)적어도 하나의 유기망간 화합물(바람직하게는 MMT) 및/또는 연소 개선 금속성 화합물(또는 그들의 혼합물)(0.01-99.0% wt); 및 3) Shell사(社V)의 EKTRON ORIC 첨가제 또는 ORR 첨가제, Oronite Corporation의 CCD 첨가제 패키지, Texaco의 CleanSystem3, 또는 Ethyl의 상응하는 HiTec 첨가제와 같은 시판 및/또는 유표 첨가제를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 연소 챔버 디포지트 조절/감소 첨가제(0.01-95.0%wt); 및 선택적으로 4)금속 탈활성화제(0.1%-90.0% wt);로 구성되며 상기 페키지는 선택적으로 30, 50,80, 110, 130, 135, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하는 LHV, 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 185
청정 연소 첨가제 패키지는 1) 적어도 하나의 ECS 화합물(0.1-99.5% wt); 2)적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐(0.1-99.5% wt); 3)적어도 하나의 금속 탈활성화제(8-하이드록시퀴놀린, 에틸렌 디아민, 테트라카르복실릭 애시드, 옥틸 아세토아세테이트와 같은 B-케토에스테르, N,N'-디살리실리덴-1,2-프로판디아민, N,N1-디살리실리덴-1,2-프로판 디아민, N,N1-디살리실리덴-1,2-에탄 디아민 또는 N,N1-디살리실리덴-1,2-싸이클로헥산디아민, N,N-디살리실리덴-N'-메틸-디프로필렌트리아민(0.1%-99.5%wt); 및 선택적으로 적어도 하나의 항산화제(0.1%-99.5%wt), 5)적어도 하나의 세정제/분산제(0.1%-99.5%wt), 6)적어도 하나의 점화 촉진제(SparkAid or SparkAde라는 상표명으로 Shell Chemical이 시판하고 있는 상품을 포함하여 포타슘염, 퍼옥시 화합물, 유기 니트레이트(0.1%-99.5%wt), 7)적어도 하나의 해유화제(0.1%-99.5%wt), 또는 8)적어도 하나의 발화점 개선(Flash Point Improving: PFI) 또는 증기압 감소 공-용매 또는 염(0.1%-99.5%wt);로 구성되며 상기 페키지는 선택적으로 10, 20, 25, 30, 43, 48, 50, 60, 65, 72, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 130, 133, 135, 140, 142, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하거나 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시에186
실시예 185의 첨가제 패키지는, 1)조성물 중량의 1.0%-99.0%를 나타내는 DMC; 2)0.01-40.0 중량%를 나타내는 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 3)0.001%-15.0%의 N,N'-디살리실리덴-1,2-프로판디아민; 선택적으로: 4)0.01%- 40.1%의 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 5)0.01%-35%의 테트라에틸렌 펜타민의 폴리이소부테닐 숙신이미드 또는 p-(폴리이소부테닐)-페놀, 포름알데하이드 및 트리에틸렌테트라민의 Mannich 축합 생성물, 6)0.01%-60.0%의 디-t-부틸 퍼옥사이드 또는 2-에틸헥실 니트레이트, 7)0.01%-25.0%의 Akzo Armogard D5021 탈에멀젼화제, 8) 0.01%-90%의 4-메틸-2-펜타논;(모든 성분은 합하여 100%를 이룬다)로 구성된다.
실시예 187
NOx 배기 감소 방법은, 금속성 및 ECS 화합물의 연소 개선량, 금속 탈활성화제; 및 선택적으로 공-연료를 혼합하고, 상기 연료를 연소시킴으로써, 공-연료 첨가 패키지와 비교하여 NOx 배기가 적어도 2.0%, 5.0%, 7.0%, 10.0%, 15.0%, 20.0%, 25.0%, 또는 그 이상 감소되는 것으로 구성된다.
실시예 188
하이드로카본 연료에 사용되는 첨가제 패키지는, 1) 적어도 하나의 ECS 화합물(0.1-99.0% wt); 2)적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐(0.05-40.0% wt); 3)적어도 하나의 점화 촉진제(SparkAid or SparkAde라는 상표명으로 Shell Chemical이 시판하고 있는 상품을 포함하여 포타슘염, 퍼옥시 화합물, 유기 니트레이트(0.02%-80.0%wt); 선택적으로 4)적어도 하나의 해유화제(0.1%-99.5%wt), 또는 5)적어도 하나의 발화점 개선(Flash Point Improving: PFI) 또는 증기압 감소 공-용매 또는 염(0.0001%-70.0%wt), 6)적어도 하나의 금속 탈활성화제(0.1%-40.0%wt), 7) 적어도 하나의 세정제/분산제(0.01%-60.0%wt), 또는 8)적어도 하나의 항산화제(0.1%-40.0%wt);로 구성되며 상기 패키지는 선택적으로 20, 30, 35, 40, 45, 55, 63, 80, 90, 100, 110, 120, 133, 140, 142, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하거나 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 189
하이드로카본 연료에 사용되는 첨가제 패키지는, 1) 적어도 하나의 ECS 화합물(0.1-99.0% wt); 2)적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐(0.05-99.0% wt); 3)적어도 하나의 세정제/분산제(0.05%-99.0%wt); 및 선택적으로 다음성분 중의 하나이상: 4)적어도 하나의 항산화제(0.1%-99.0%wt), 5)적어도 하나의 점화 촉진제(0.02%-99.0%wt); 6)적어도 하나의 해유화제(0.01%-99.0%wt), 7)적어도 하나의 PFI 또는 증기압 감소 공-용매 또는 염(0.0001%-99.0%wt), 8)적어도 하나의 금속 탈활성화제(0.1%-99.0%wt);로 구성되며 상기 패키지는 선택적으로 15, 20, 25, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 85, 95, 100, 120, 133, 140, 142, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하거나 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 190
하이드로카본 연료에 사용되는 첨가제 패키지는, 1) 적어도 하나의 ECS 화합물(0.1-99.0% wt); 2)적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐(0.05-99.0% wt); 3)적어도 하나의 항산화제(0.1%-99.0%wt); 및 선택적으로 다음성분 중의 하나이상: 4)적어도 하나의 세정제/분산제(0.01%-99.0%wt), 5)적어도 하나의 점화 촉진제(0.02%-99.0%wt); 6)적어도 하나의 해유화제(0.01%-99.0%wt), 7)적어도 하나의 PFI 또는 증기압 감소 공-용매 또는 염(0.0001%-99.0%wt), 8)적어도 하나의 금속 탈활성화제(0.1%-99.0%wt);로 구성되며 상기 패키지는 선택적으로 20, 30, 35, 40, 45, 55, 63, 80, 90, 100, 110, 120, 133, 140, 142, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하거나 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 191
청정 연소 첨가제에는 1) 적어도 하나의 ECS 화합물(0.01-99.0% wt); 2)적어도 하나의 유기 망간 화합물(바람직하게는 MMT) 및/또는 다른 연소 개선 금속성 화합물(또는 이들의 혼합물)(0.01-99.0% wt); 3)항산화제(0.01%-80.0%wt); 4)금속 탈활성화제(0.01%-99.0%wt); 5)적어도 하나의 세정제/분산제(0.1%-99.0%wt); 선택적으로 6)안정화제(0.01%-99.0%wt);로 구성되며 상기 패키지는 선택적으로 15, 20, 30, 35, 40, 45, 55, 63, 80, 90, 100, 110, 120, 133, 140, 142, 145, 147, 148, 150, 151, 152, 155, 157, 160, 165, 170, BTU/lb을 초과하거나 또는 그 이상을 갖는 것으로 특징 지워진다.
이 청정 연소 첨가제 패키지는 선택적으로 하나이상의 분사장치 및/또는 흡입구 밸브 디포지트 첨가제를 함유할 수 있는 것으로 여겨진다.
각 화합물의 농도 또는 각각의 첨가제 및/또는 전체로서 첨가제 패키지의 성능 특성은 공업적으로 설정된 최저 표준 또는 법률 또는 규정 표준에 의해 설정된 요구조건을 충족시켜야 한다. 첨가제 제조사에 의해 추천되는 농도를 초과하거나 미달되는 농도도 사용가능한 것으로 여겨진다.
본 발명의 실행에 있어, 본 출원인은 어떤 금속, 특히 포타슘과 결합된 어떤 할로겐 포착제(scavenger)가 밸브 점착성을 악화시킨다. 따라서, 사용전에 ECS 금속성 함유 연료 및 첨가제의 혼화성을 결정하는 것은 중요하다.
그러나, 첨가제 및 윤활 오일, 특히 연소 챔버 디포지트를 감소 또는 조절하는 공-연료의 사용은 본 발명의 명백한 구체예이다.
실시예 192
예를들어, 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 화합물을 포함하는 적어도 하나의 금속성 화합물의 소량과 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제 또는 Texeco의 CleanSystem3첨가제와 같은 첨가제 패키지의 다량으로 조성물을 구성한다.
실시예 193
실시예 192의 조성물에서, 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제가 적어도 하나의 ECS 화합물, 바람직하게는 DMC를 포함하거나 부수적으로 포함하게 한다.
실시예 194
실시예 192의 조성물에, 분사 장치 및/또는 동일하거나 상이한 유도 밸브 디포지트 조절 첨가제를 부수적으로 포함하게 한다.
실시예 195
적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 및/또는 다른 연소 개선 금속성 화합물, 연소 챔버 디포지트 감소 첨가제 및 선택적으로 분사 장치 및/또는 유도 밸브 디포지트 조절 첨가제로 조성물을 구성하며 상기 첨가제는 동일하거나 상이하다.
실시예 196
첨가제 조성물을 혼화시키는 방법에서는, 상기 연료 첨가제 패키지가 내부 연소 엔진의 연소용 연료내 디포지트 감소량이 사용되고, 압축비는 종래 평균 압축비 이상 또는 8.6:1, 8.7:1, 8.8:1, 8.9:1, 9.0:1, 9.1:1, 9.2:1, 9.3:1, 9.4:1, 9.5:1, 9.6:1, 9.7:1, 9.8:1, 9.9:1, 10.0:1, 10.2:1 또는 그 이상으로 증가된다.
실시예 197
실시예 192-196의 연료조성물을 혼화시키는 방법에서는, 상기 연료 첨가제 패키지가 내부 연소 엔진의 연소용 연료내 디포지트 감소량이 사용되고, 안티-녹크(anti-knock) 센서가 섬광의 진행을 저지시켜 녹킹을 피함으로써 청정 연료에 대해 연료 경제성 및/또는 전력이 적어도 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 3.0%, 5.0% 또는 그이상 개선된다.
실시예 198
실시예 197의 조성물에서, 망간 농도는 첨가제 패키지의 처리 수준이 적어도 명세서내에 기재된 연료의 최소 금속 농도와 동일하도록 하는 양으로 구성한다.
실시예 199
실시예 197의 조성물에서, 디포지트 조절 첨가제는, 연료의 처리후에, 연소 챔버, 분사 장치 및/또는 흡입구 밸브 디포지트는 조절되고, 변형되며, 또는 감소되도록 하는 양 및/또는 처리된 연료가 규정 또는 최저 법률상 표준을 충족하는 양으로 구성된다.
본 출원인은 명세서 실시예내의 IVD, PFI 및 ORI(또는 CCD) 조절 첨가제의 확장 사용도 고려한다.
실시예 200
연료 조성물은, ECS연료(ECS 화합물, 바람직하게는 DMC 및 적어도 하나의 연소 개선 금속성 화합물, 바람직하게는 MMT로 구성됨); 공-연료;분사장치 디포지트 조절 첨가제; 흡입구 밸브 디포지트 조절 첨가제; 및 연료 챔버 디포지트 조절 첨가제로 구성되며, 상기 디포지트 조절 첨가제는 단일 또는 다수 화합물 및/또는 상기 화합물 또는 화합물들은 바람직하게는 연소 효율을 증가시키면서(그러나 필수요건은 아님) 현존 연소 챔버 디포지트를 변경/감소시킨다.
디포지트 조절 첨가제를 포함하여 첨가제는, ECS 및 금속성 연소 화학을 증가시키도록 사용되는데, 이는 우수한 열역학 특성 및 단순한 연료의 개선이 아닌 본 출원인의 공-연료의 연소 특성인 본 출원인 발명의 연소 목적을 나타낸다.
따라서, 대단히 흥미있는 ECS 금속성 함유 연료의 연소 특성을 고려할 때, 공-연료와 조합하여 사용될 때 부가적인 첨가제 없이 연소 챔버 디포지트는 사실상 조절된다.
연료 총량의 백분율로서 ECS 금속성 연료의 더 큰 농도는, 공연료와 조합하여 사용될 때, 연소 챔버 디포지션을 감소시킨다.
그러나, 순수한 ECS 연료가 디포지트 조절 첨가제를 함유하는 것으로 여겨진다는 것에서 알 수 있는 바와 같이, 순수한 ECS 연료는 분사 장치, 밸브 흡입구 및/또는 연소 챔버 디포지트 첨가제를 포함할 수도 있다. 윤활, 항산화, 부식 및 다른 공지된 첨가제도 고려의 대상이 된다.
왁스 크리스탈 개질제(왁스 항-경화제) 및 중간 증류 플로우 개선제의 비 제한적인 예로서, 회분을 포함하지 않는 저분자량 코-폴리머 및 에틸렌 비닐 아세테이트 코-폴리머가 포함된다. 냉 플로우 개선제는, 디젤 연료, 특히 감소된 황 및/또는 감소된 방향족 농도(특히, 연료 온도를 떨어뜨리는)를 지닌 디젤 연료와 함께 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. Betz Process Chemical사(社)에서 우수한 냉 플로우 개선 첨가제를 판매하고 있다. 본 발명의 실행에 있어 냉 플로우 개선제도 명백하게 고려된다.
항 발포제의 비 제한적인 예로서, 폴리실리콘 기재 화합물이 포함된다.
세탄 개선제의 비제한적인 예로서, 0.01, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 500, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1250, 1300, 1400, 1500, 1600, 1750, 1900, 2000ppm의 농도 또는 그 이상의 농도가 허용가능한, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 아세테이트, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 알킬 퍼옥사이드, 알킬 하이드로 퍼옥사이드, 2.5 디메틸 2.5 디(t-부틸 퍼옥시)헥산, t-부틸큐밀 퍼옥사이드, 디(t-아밀)퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, t-아밀 하이드로퍼옥사이드, 알킬 니트레이트, 시클로헥실 니트레이트, 메톡시프로필 니트레이트, 퓨젤 오일의 질화에 의해 만들어진 혼합 니트레이트 에스테르, n-옥틸 니트레이트, n-데실 니트레이트, 에틸-헥실 니트레이트, 이소-프로필 니트레이트, 바람직하게는 2 에틸 헥실 니트레이트, 및 이들의 혼합물을 포함하는 퍼옥시화합물 및 유기 니트레이트가 포함된다. 다른 농도로는 연료의 대략 다음 농도이하, 0.35, 0.40, 0.45, 0.55, 0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5% vol 또는 그 이상이 포함된다.
다른 세탄 개선제에는, 대략 다음 농도이하, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5% vol 또는 그 이상의 부피가 연료 조성물내에 포함되는, Arco사(社)의 퍼옥사이드-기재 디알킬 퍼옥사이드 개선제가 포함된다.
이와같은 촉진제는 본 출원인 발명과 조합하여 사용할 때 특히 바람직하고 비 디젤 연료의 사용할 때에도 명백하게 대상이된다.
몇몇 유표(有標) 회분을 포함하지 않는 장쇄 극성 화합물이 현재 시판되고 있으며 아들은 본 발명의 실행시에 사용될 수 있다. 다기능성 첨가제 패키지가 또한 사용이 가능하다. 그와 같은 패키지는 세정제, 세탄/옥탄 개선제, 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제, 연료 안정화제, 플로우 개선제, 항발포제, 부향제, 해유화제, 부식억제제, 윤활 첨가제 및/또는 패키지 안정용 용매를 함유한다.
윤활첨가제는 장비, 엘라스토머, 및 다른 실패를 피하기 위해 특히 저(低)/무(無) 황 디젤/증류 연료내에서 사용된다.
본 출원인의 발명의 실행시에 저연소 온도에서 실행하면 포트 연료 분사장치 디포지트의 형성을 감소시키는 예기치 않은 결과가 야기된다.
실시예 201
ECS 화합물, 금속성, PFI 디포지트 조절 첨가제 부재의 연료로 적어도 50。F이하 연소 온도에서 엔진을 작동하는 방법에서, 상기 작동후에 저하된 온도 작동으로 인해 포트 연료 분사장치의 축(pintle) 팁 근처 또는 내부에서 잔존하는 연료로 저하된 온도가 전이되고 그렇지 않으면 고침지 온도 전이가 일나고; 자가 산화시 조합할 수 있는 자유 라디칼의 형성, 잔존하는 연료의 화학적 재배열 및/또는 분해가 감소되고; 및/또는 디포지트 전구체로서 작용하는 점착성 디포지트 및/또는 분해된 연료가 감소되며; 포트 연료 분사장치 디포지트는 조절되고 및/또는 플로우 제한이 10.0%, 9.0%, 8.0%, 7.0%, 6.0%, 5.0%, 4.0%, 3.0%, 2.0% 이하이고; 대안적으로 디젤연료에 대해 분사장치 코킹(coking을 측정하는 Peugeot XUD-9A/L테스트를 사용하면, 니들 리프트가 0.3mm일 때 공기 플로우 비가 180, 190, 200, 210, 220, 230, 250, 260ml/minute를 초과한다.
본 출원인의 발명은 예기치 않게 NOx방출에 있어서의 증가를 감소시키고 특히 전형적으로 디젤 연료 시스템에서 그러한 첨가제의 사용으로부터 전형적으로 발생하는 미립자를 감소시킨다.
실시예 202
실시에 194의 방법에 있어서, 상기 첨가제는 선택적으로 흡입구 디포지트 조절 첨가제 및/또는 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제를 함유하며 상기 첨가제 또는 첨가제들은, ECS 화합물, 금속성 화합물의 연소 및 온도 감소량과 균형을 이루어 디젤 공-연료를 함유하는 조성물내에서 사용되고, 청정 디젤 공-연료 자체(ECS 화합물과 금속성 화합물 부재의)에서 상기 디포지트 조절 첨가제가 사용되는 경우와 비교할 때, 상기 엔진의 작동은 NOx 및/또는 미립자 방출의 감소를 야기시킨다. 본 발명의 증가된 연소 및 온도 감소 특성은 예기치 않게 PFI, IVD, CCD첨가제 및 첨가제 패키지의 작동 성능 특성을 증가시킨다는 것을 알아내었다.
실시예 203
내부 연소 챔버에서 CCD, IVD 또는 PFI 첨가제를 사용하는 방법: 상기 방법은, 적어도 하나의 고연소 속도(및/또는 저연소 온도를 야기시키는) ECS 화합물의 소량, 적어도 하나의 고에너지 방출 금속성 화합물의 소량 및 CCD, IVD 또는 PFI 화합물 및 이들의 혼합물의 소량 및 저유황 재배합된 또는 종래의 공-연매의 소량으로 구성된 원자화된 증기의 연속적인 주입으로 구성되며; 상기 ECS 화합물과 금속성 화합물이 부재하는 상기 디포지트 조절 첨가제를 사용하는 것과 비교해 볼 때, 상기 연소 챔버내 상기 증기를 연소시키며, 고 운동 에너지 금속성 증기상 연소가 일어나고; 이로써 기존의 연소챔버 디포지트는 개질 또는 감소되며 및/또는 흡입구 밸브 디포지션이 유사하게 피하여진다.
본 발명의 첨가제 패키지를 배합하여 흡입구 밸브 점착과 크랭크실 오일 오염을 피하는 것이 고려된다.
실시예 204
실시에 203의 방법에 있어서, 상기 엔진을 실험실 테스트 또는 다른 테스트를 통과시킬 때, 측정된 연소 챔버 디포지트 또는 이에 상당하는 물질은 디포지션의 300, 250, 220, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 40, 20, 10, 5.0, 3.0, 2.5, 2.0, 1.75, 1.5, 1.25, 1.0, 1.25, 1.0, 0.75, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.25, 0.2, 0.15, 0.125, 0.11, 0.10, 0.09, 0.08, 0.075, 0.06, 0.05, 0.002, 0.001 그램 또는 그 이하이다. 바람직한 디포지션 중량은, 연소 챔버 또는 이에 상당하는 물질에 대해 1.5, 0.9, 0.6, 0.3, 0.15, 0.10 그람 또는 그이하가 바람직하다.
실시에 205
상기 실시예의 방법들에 있어, 흡입구 밸브 디포지트, 포트 연료 분사장치 디포지트 및 고무 조절 첨가제가 충분한 농도로 사용되고, 흡입구 밸브 디포지트는 BMW 3181 테스트(BMW IVD테스트) 하에서 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40mg이하이며, 포트 연료 분사장치 디포지트가 2.2리터 Chryler 엔진(CRC PFI 테스트)를 사용했을 때 10%, 9%, 8%, 7%, 6% 또는 5%를 초과하지 않거나 또는 10,000miles에서 제한이하이며, 최대 고무 제한량은 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5.0 mg/100 ml 또는 표면에 잔존하는 양 이하 및/또는 5.0, 4.5, 4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0, 0.5mg/100ml 또는 표면에 잔존하지 않는 양이하이다.
실시예 206
엔진이 가솔린 또는 내부 연소 엔진이고 그 내부에서 압축비가 9.6:1, 9.7:1, 9.8:1, 9.9:1, 10.0:1, 10.1:1, 10.2:1, 10.3:1, 10.4:1, 10.5:1, 10.7:1, 10.8:1, 10.9:1, 11.0:1, 11.1:1, 11.2:1, 11.3:1, 11.4:1, 11.5:1, 11.6:1, 11.7:1, 11.8:1, 11.9:1, 12.0:1, 12.1:1, 12.2:1, 12.3:1, 12.4:1, 12.5:1, 12.6:1, 12.7:1, 12.8:1, 12.9:1, 13.0:1, 13.1:1, 13.2:1, 13.3:1, 13.4:1, 13.5:1, 13.6:1, 14.0:1, 14.1:1, 14.2:1, 14.3:1, 14.4:1, 14.5:1, 14.6:1, 14.7:1, 14.8:1, 14.9:1, 15.0:1, 15.5:1, 16.0:1, 16.5:1, 17.0:1, 17.5:1, 18.0:1, 18.5:1, 19.0:1, 19.5:1, 20.0:1, 20.5:1, 21.0:1, 21.5:1, 22.0:1, 22.5:1, 23.0:1, 23.5:1, 24.5:1, 25.0:1, 30.0:1, 35.0:1, 40.0:1, 50.0:1, 70.0:1 의 압축비 및/또는 그 이상으로 실시예 205의 방법을 실행한다.
실시예 207
조성물의 (R+M)/2 옥탄가를 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107으로 하여 실시예 206의 가솔린 조성물 및 방법을 실행한다.
실시예 208
옥탄가가 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 (R+M)/2 또는 그 이상과 동일 또는 초과하도록 가솔린에서 작동되도록 엔진을 설계하여 가솔린 방법을 실행한다.
실시예 209
상기 가솔린 방법은, 엔진 작동이 점화를 지연시키는 전자적 녹크 센서로 구성되어, 5,000, 10,000, 15,000, 20,000, 30,000, 50,000마일 또는 그 이상 주행후 점화 지연 및 이로 인한 연소 효율은 청정 연료에 대해 적어도 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 옥탄가 또는 그이상으로 증가된다.
실시예 210
실시예 209의 방법은, 본 출원인의 연료 조성물과 연소 챔버 디포지트 조절 첨가제를 사용한 엔진의 가속화는 청정 연료에 대해 1.0%, 2.0%, 3.0% 내지 10%, 4.0% 내지 15.0% 또는 그 이상으로 증가된다.
순수한 형태의 ECS 화합물은, 퍼옥사이드 형성 등에 의해 야기되는 부식을 피하고 안정성을 유지하기 위해 요구되는 바에 따라, 첨가제를 함유한다. 비-제한적인 예에는 UOP 7 및 UOP 5와 같은 페놀성-기재 및 아민 기재의 안정화제가 포함된다. 안정화제의 다른 비-제한적인 예에는 N-시클로헥실-N,N-디메틸 아민과 같은 지방족 또는 싸이클로지방족 아민이 포함된다(부가적인 실시예에 대해서는, 미국 특허 제3,909,215호 및 유럽 특허 제 188,042호 참조). 안정성 문제에 따라 농도는 다양하게 변화한다. 예를 들면, ETBE 및 디이소프로필에테르는, MTBE보다 퍼옥사이드를 형성하는 경향이 더 강하므로 더 큰 농도가 필요하다.
카르보네이트, 특히 DCM의 경우에는, 장기간 물에 노출되었을 때, 가수분해로 인해 메탄올로 분해될 수 있고, 이로인해 부식의 문제가 발생한다. 따라서, 물감소제, 염, 공-용매, 해유화제, 항산화제, 안정화제, 부식 억제제 등도 명백히 고려 대상이 된다.
완화 공정(MITIGATION PRACTICE)
본 출원인의 순수한 ECS연료, 순수한 공-연료(ECS 및/또는 금속성 화합물이 없음), 및/또는 공-연료 조합, 표준 연료, 개질된 연료는 예를들면, 증기압을 감소시키거나 또는 증기압 감소(VPR), 발화점 온도를 증가시키거나 또는 발화점 증가(FPI), 극미세입자/상 분리를 피하기 위한 공정 등 어떤 완화 공정이 사용된다.
저분자량 ECS 알코올 화합물은 극미세입자인 물을 함유하고 있거나 물에 노출된 연료 시스템에서 상분리가 일어나는 경향이 있다.
예를 들어, 디-메틸 및 디-에틸 카르보네이트와 같은 어떤 카르보네이트는 어떤 경우에는 유사한 환경에 노출되었을 때 가수분해하는 경향이 있다. 저분자량 ECS 알코올은, 에테르, 카르보네이트, 케톤등은 역으로 증기압을 증가시키고 발화점 온도를 감소시킨다. 이들의 사용은 또한 운전 용이도 문제 또는 기술적인 희박연소화(enleanment)를 야기시키는 T-50 온도를 감소시킬 수 있다. 공비성 공-용매를 사용한 T-50 및 종비점(end boiling point)조절의 보정은 당분야에 공지되어 있다(유럽 특허 8690642.6호 참조).
본발명의 실행에 있어 공-용매 및 장치의 상이하고 특이한 부류로는 증기압 및 발화점 문제, 특히 가솔린보다 무거운 연료, 예를 들면, 제트 터빈, 가스 오일 터빈, 디젤 연료 등에 있어서 증기압 및 발화점 문제를 완화시키는 것이 고려되었다.
공-용매는 ECS화합물이거나 ECS연소/온도 또는 BV증가 특성을 가지는 것이 바람직하다. 바림직한 공-용매는 LHV및/또는 BV를 증가시킨다.
반드시는 아니지만, 바람직한 공용매는 가연성이다. 무기 또는 유기 화합물이 모두 가능하다.
FPI공용매는 발화점을 1.0, 0.5, 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 5.0, 6.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0, 35.0, 40.0℃또는 그 이상 증가시키는 것이 바람직하다. FPI공용매는 발화점을 최저 ASTM 또는 정부 사양까지 증가시킬 것이다. VPR공용매는 RVP를 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.5psi또는 그 이상 감소시킬 것이다. VPR공용매는 RVP를 ASTM 또는 정부 사얀내로 감소시킬 것이다.
본발명의 바람직한 공용매는 융점이 20, 10, -5, -10, -20, -25, -30, -40, -50, -60, -70, -80, -90, -100, -130, -140℃이하이다. 더 바람직한 공용매는 융점이 -40, -50, -60, -70, -80, -90℃이하이다.
고융점의 FPI공용매는, 저융점 공용매를 포함하여(특히 공비 온도의), 공용매 또는 첨가제와 조합하여 사용할 수 있다. 하이드로카본 기재의 용매뿐만 아니라 알콜도 사용될 수 있다. 바람직한 동결 억제제는 ASTM사앵을 만족하는 에틸렌 글리콜 모노메틸에테르이다. 바람직한 농도범위는 0.1 내지 0.15 부피%이다. 그러나, 이범의 밖의 농도도 사용될 수 있다. 부가적인 항-동결 첨가제에는 Phillips PFA 55 MB @ 0.15% Vol. 및 MIL-I-27686@ 0.15% Vol.이 포함된다.
따라서, 동일하거나 상이한 비율로, 상이한 어는점, 발화점 및/또는 증기압, LHV 및 연소 속도를 가진 다수의 공용매를 사용하는 것은 본 발명의 구체예이다. 그러한 조합 중의 하나는 하나이상의 중간 내지 높은 어는점 및 발화점을 가진 공용매와 저 내지 극저의 어는점을 가진 공용매를 조합하는 것이다. 이렇게 함으로써 결과의 혼합물은 야간 높은 발화점 내지 높은 발화점을 가지고 낮은 어는점을 가진다.
FPI공용매의 경우는 고융점을 갖는다.
본발명의 실행에 있어 동결억제제가 사용될 수 있는데, 알콜, 공용매 등이 포함되며 특히, ECS 화합물 또는 공용매는 충분히 낮은 융점을 가지지 않고 및/또는 완성된 연료의 유입 온도 또는 어는점 온도는 높은 알콜, 공용매 등이 포함된다.
본발명의 공요매는 70, 80, 90, 100, 110, 120, 300℃ 또는 그이상의 비점을 갖는다. 비점은 130, 160, 200, 240, 260, 270℃ 또는 그 이상이 바람직하다.
공용매의 바람직한 발화점온도는 -80, -31, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 38, 40, 50, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 200, 220, 250, 300, 360℃ 또는 그 이상이다. 공용매의 더 바람직한 발화점온도는 -100, -80, -60, -30, 0, 40, 60, 80, 100, 120, 130, 140, 150℃ 또는 그 이상이다. 더 바람직한 발화점온도는 80, 100, 120, 150, 170℃ 또는 그 이상이다. 공용매는 ECS 화합물과 동일한 발화점 온도를 가질 수도 있다.
바람직한 공용매는 18, 20, 21, 23, 24, 25, 27, 29, 30, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 62, 65vapH(Tb)kJ mol-1를 초과하는(또는 등가) 증기압 잠열을 갖거나 대안적으로120, 123, 125, 126, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 140, 142, 145, 147, 150, 152, 155, 157, 160, 162, 165, 170 BTU/lb 또는 그 이상을 갖는다. 공용매 LHV는 첨가되는 공연료보다 큰 것이 바람직하다. 그러나, LHV는 다른 용도 측면에 따라, 즉, 결과 연료의 LHV, ECS 화합물의 LHV효과(사용되었다면), 발화점 및/또는 증기압 등에 우선으로, 균형이 맞추어져야 한다. 바람직한 BV는 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 55, 60cm/sec(박막 분젠 연소) 또는 그 이상이다.
1mm증기압에서 바람직한 공용매 온도는 20, 40, 60℃이상이어야 한다. 더 바람직한 온도는 80, 29, 100, 120, 130, 140, 150, 180℃또는 그 이사이다.
FPI 또는 VPR 사용에 있어서, 특이 ECS화합물의 경우에는 1mm증기압 또는 그 이하에서 바람직한 공용매 온도는 약 -20, -10, 0, 20, 30, 40, 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180℃ 또는 그 이상이다( Chemical Rubber Company CRC, 1969-1970, 1995 발행Handbook of Chemistry and Physics 참조).
본 출원인의 공-용매는 매우 광범위한 인화성 화학물질로부터 선택할 수 있다. 본 출원인의 바람직한 공-용매는 탄소원자수 22, 20, 18, 16, 14, 13, 12, 11, 10 또는 9개의 탄소 원자 미만, 바람직하게는 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2개 미만의 탄소원자를 갖는 것이다. 이들 범위의 것들이 고려대상이 되고 허용되지만, 사슬 중 탄소원자의 수가 6, 5, 4 또는 그 미만인 것이 바람직하다. 산소를 함유하는 공-용매가 바람직하다. OH 래디칼을 함유하는 공-용매 역시 바람직하다. 본 출원인은 부분적으로 CH3CO2, 및/또는 OH를 분자 구조 중에 갖는 공-용매가 바람직함을 발견하였다.
질소-기제 화합물 역시 응용 분야에 따라 허용가능하다. 비-탄소 기제 공-용매가 고려될 수 있다.
상호 용매에 의해 용해될 수 있는 고체 공-용매를 고려할 수 있다. 공-용매 화학 구조는 제한되지 않으며, 시클릭, 바이-시클릭, 방향족, 비-방향족, 분지쇄 또는 직쇄 또는 이들의 조합일 수 있다.
공-용매는 열에 안정하고, 정상적인 조작 및 작동 온도 (상기 ECS 스탠다드란 참조)에서에서 분해되지 않고, 공-용매 열화, 예컨대 검화 및 부식 등을 일으키지 않는 것이 바람직하다. 이 증발 또는 연소 생성물의 반감기는 매우 짧은 것이 부가적으로 바람직하며, 일반적으로 예컨대 8, 5, 4일 미만, 더욱 바람직하게는 24, 18, 12, 8, 4, 3, 2, 1시간 미만, 가장 바람직하게는 60, 45, 30, 15분 미만인 것이 좋다.
본 발명에서 공-용매 실시는 ECS 화합물 및/또는 금속물질을 포함할 필요는 없다.
ECS 화합물(들)과 공-용매(들) 사이에는 상승효과 관계가 존재하는 것이 바람직하다. 따라서, 공-용매의 광범위한 혼합물을 분명 고려대상이 된다. 임의로 ECS 화합물 존재 또는 부재 하에, 공-용매, 그의 혼합물을 달리하여 다른 요구사항을 만족할 수 있다.
달리 말하면, 하나 이상의 공-용매를 상분리 제어에 이용할 수 있으며 FPI 또는 VPR에 한가지 이상, 빙점 온도 저하에 한가지 이상의 공-용매를 사용할 수 있다. 혼합물 중 공-용매의 종류, 수, 또는 범위에는 제한은 없지만, 본 출원인은 연료를 달리하면 공-용매 혼합물을 달리하는데 다른 다른 요구사항이 도출될 것으로 믿는다. 실제에 있어서, 단일성분 공-용매 혼합물이 바람직하다.
공-용매 실시는 또한 방향족 나프타를 비롯한 헤비 나프타를 사용함으로써 보강 또는 대체될 수 있다. 따라서, 나프타를 비롯한 헤비 또는 약간의 헤비 하이드로카본을 FPI 및 VPR 수단으로서 공-용매 대신 또는 그에 부가하여 사용하는 것도 한가지 구체예이다.
공-용매의 사용이 융점/빙점을 증가시키거나, 또는 연료 안정성, 부식, 엘라스토머 열화, 증발 배기, 유독물질 발생, 유독 연소 배기현상을 악화시키지 않고, 또는 연소 속도와 LHV'를 감소시키지 않는 것이 바람직하다. 또한 공-용매의 사용이 검화 또는 산화를 일으키지 않는 것이 바람직하다.
그러나, 이러한 경우, (예컨대, 빙점이 충분히 낮지 않은 경우), 부가적인 공-용매, 대체 공-용매 또는 기타 첨가제 또는 수단을 강구하는 것을 고려할 수 있다.
엘라스토머 팽창 또는 열화, 부식 또는 연료 분해는 예컨대 부식 저해제, 항산화제와 같은 부가적인 첨가제를 사용함으로써 바로잡을 수 있다.
공-용매는 표적화된 ECS 화합물 (사용될 경우), 및 임의로 공-연료 및/또는 물에 용해되는 것이 바람직하다. 수용성이 제한되거나 또는 물에 녹지않는 공-용매가 바람직하다.
본 출원인은 또한, 증기압 저하 및/또는 발화점 상승을 목표로 할 때 비휘발성, 비이온생산성 공-용매가 바람직함을 발견하였다.
본 출원인은 하이드로카본 가용성, 발화성 글리콜, 케톤 및 그들의 아세테이트와 에스테르류가 바람직함을 발견하였다. 이들의 아세테이트, 에스테르 및 에테르를 비롯한 에타노익, 프로파노익, 부타노익, 펜타노익 및 헥사노익산도 바람직하다. 에텐, 부텐, 프로펜, 헥센, 펜텐이 허용가능하다.
본 출원인의 공-용매의 비-제한적인 예로서, 알코올, 글리콜, 케톤, 에스테르, 페놀, 아세탈, 애시드 아자이드, 애시드 할라이드 애시드 및 애시드 유도체(알데히딕, 지방족 디카르복실릭, 지방족 모노카르복실릭, 지방족 폴리카르복실릭, 아미노 애시드, 하이드로아믹, 하이드록시애시드, 이미딕, 케토닉, 니트롤릭, 오르소애시드, 퍼애시드 등), 아세틱 애시드, 아세틱 무수물, 아세틱 애시드 에스테르, 알데하이드, 지방족 하이드로카본(고비점 나프타를 포함함), 아미드, 아미딘, 아미드옥심, 무수물, 방향족 하이드로카본, 아자이드, 아진, 아젤레이트, 아조 화합물, 베타인, 브로모아세트알데하이드, 브로모에탄, 브로모에틸렌, 브로모 아세틱 애시드, 브로모부탄, 브로모부텐, 브로모부틸렌, 브로모 에테르, 디 브로모 화합물, 부티릭 애시드, 부타노익 애시드, 부타노익 에스테르, 에스테르, 오르소에스테르, 에테르, 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디-에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 에테르, 디에틸렌 글리콜 아세테이트, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 에스테르/에테르, 디-프로필렌 글리콜, 글리콜 에테르, 트리에틸렌 글리콜(아세테이트, 디아세테이트, 에스테르, 에테르 및 이들의 아민), 테트라에틸렌 글리콜(아세테이트, 디아세테이트, 에스테르, 에테르 및 이들의 아민을 포함함), 트리프로필렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜, 디부틸렌 글리콜, 트리브틸렌 글리콜, 테트라부틸렌 글리콜, 펜타에틸렌 글리콜(아세테이트, 디아세테이트, 에스테르, 에테르 및 이들의 아민을 포함함), 글리세릭 애시드, 글리세롤, 포르메이트, 카르비놀, 니트릴, 아세테이트, 에틸렌 아세테이트, 에스테르, 하이드레이트, 하이드라이드, 하이드로퍼옥사이드, 하이드록사믹 애시드, 하이드록시애시드, 이미드, 이미딕 애시드, 이민, 케톤, 락탐, 락톤, 글리콜릭 애시드, 부티릭 애시드, 헵틱애시드, 발레릭애시드, 이소카프로익 애시드, 니트롤릭 애시드, 니트로졸릭 애시드, 옥타노익 애시드, 옥타노익 애시드의 에스테르, 오늄 화합물, 오르소애시드, 오르소 보레이트, 옥틴, 옥텐, 옥타논, 옥심, 옥살릭 애시드의 에스테르, 옥살릭 애시드, 에타노익 애시드, 에타노인 애시드의 에스테르, 노나노익 애시드의 에스테르, 프로파노익 애시드, 프로파노익 애시드의 에스테르, 펜타노익 애시드, 펜타노익 애시드의 에스테르, 프로판디온, 프로파논, 에텐, 프로펜, 부텐, 펜탄, 펜텐, 헥센, 펜타노익 애시드의 에스테르, 부타노익 애시드, 옥살릭 에스테르, 부타노익 애시드의 에스테르, 펜타네오익 애시드, 펜타네오익 애시드의 에스테르, 펜탄디오익 애시드, 펜탄디오익 애시드의 에스테르, 2-또는 3-펜타논, 헥사노익애시드, 헥사노익애시드의 에스테르, 헵타노익 애시드, 헵타노익 애시드의 에스테르, 포르믹 애시드, 포르믹 애시드의 에스테르, 글리콜 에스테르, 옥텐, 옥타논, 옥살릭 애시드, 옥살릭 애시드의 에스테르, 헥사노익 애시드의 에스테르, 헥사논, 톨루엔 브로마이드, 톨루엔 크레졸, 톨루엔 디메틸 아미노 화합물, 톨루엔 에테르, 톨루엔 옥실, 펜탄디알, 퍼옥사이드, 퓨란, 2-퓨란카르복실릭 애시드의 에스테르, 퍼퓨랄, 프로펜, 프로페노익 애시드, 프로페노익 애시드의 에스테르, 에테르, 부텐디오익 애시드, 브로모 알코, 에탄트리올, 프로판트리올, 부탄트리올, 펜탄트리올, 나프탈렌, 헥산트리올, 셉탄트리올, 옥탄트리올, 니트로벤젠, 아이오도벤젠, 2-니트로페놀 등이 포함된다.
추가적인 공-용매의 비-제한적인 예로서, 트리에텔렌 글리콜, 3-아미노프로필 에테르, 트리에텔렌 글리콜, 디아세테이트 트리에텔렌 글리콜, 모노부틸에테르 트리에텔렌 글리콜, 모노메틸 에테르 트리에틸렌 글리콜, 모노프로필 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 아미노프로필 에테르 테트라에텔렌 글르콜, 모노부틸에테르 테트라에틸렌 글리콜, 모노메틸에테르 테트라에틸렌 글리콜, 디메틸에테르 테트라에틸렌 글리콜, 디에틸에테르 테트라에틸렌 글리콜, 모노에틸에테르 테트라에틸렌 글리콜, 모노프로필에테르 테트라에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌펜타민. 트리프로필렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 디프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 데에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜(200, 300, 400, 600, 1000, 1500, 1540, 4000, 6000 Ashland Chemical), 폴리에텔렌 글리콜 3350(스펙트럼), 폴리프로필렌 글리콜(P400, P1200, P2000, P4000 Ashland Chemical), 시클로헥실아민, 디부틸아민, 디에틸아민, 디에틸렌트리아민, 디에틸에탄올아민, 디이소프로판올아민, 모르폴린, 트리에틸아민, 트리에틸렌테트라민, 트리이소프로판올아민, 톨루엔, 아미노 메틸 프로판올, 프로필렌 옥사이드, 프로필렌 글리콜, 1,2 프로판디올 카르보네이트, 살리실릭 애시드, 숙시닉 애시드, 타르타릭 애시드, 탄닉 애시드, 2,2,4-트리메틸펜탄, 디메틸벤젠, 디메틸 포름아미드, n-메틸-2-피롤리돈, 아밀 알코올(일차), 시클로헥산올,2-에틸헥산올, 메틸 아밀 알코올, 테트라하이드로퍼퓨릴 알코올, TEXANOL 에스테르 알코올(Eastman Chemical), UCAR Filmer IBT(Union Carbide Corp.), 아밀 아세테이트, 디베이스 에스테르, 에스테르 용매 EEP(Ashland Chemical), 2-에틸엑실 아세테이트, 글리콜 에테르 아세테이트(DB, DE, DPM, EB, EE, PM, Ashland Chemical), 이소부틸 아세테이트, 이소부틸 이소부티레이트, n-펜틸 프로피오네이트, 시클로헥사논, 2-헥사논, 3-헥사논, 2-메틸-3-펜타논, 3-메틸-2-펜타논, 4-메틸-2-펜타논, 3,3-디메틸-2-부타논, 디아세톤 알코올, 디이소부틸 케톤, 에틸 메틸 케톤, 피나콜론, 메톤, 3,3-디페닐 2-부타논, 1-하이드록시 2-부타논, 3-하이드록시-(dl)-2-부타논, 3-메틸 2-부타논, 옥심 2-부타논, 2-부타논, 2-메틸 프로파노익 애시드, 시클로펜타논, 시클로프로필 메틸 케톤, 2-테트라하이드로퓨릴메탄올, 시클로헥사논, 이소포론, 메틸 아밀 케톤, 메틸 이소아밀 케톤, 아세토닐아세톤, 아세틱 무수물, 벤질 알코올(a-하이드록시톨루엔) 및 변형체, 트리이소부틸렌, 테트라이소부틸렌, 알릴리덴 디아세테이트, 아세톨, 1-(4-메톡시페닐)-2-프로파논, 이소부티로페논, 아세토닐벤젠, 부틸 아세테이트, C-4, C-4+ 지방족 알코올, n-부틸부티레이트, 아세틸 알코올, 시클로헥산, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 디에틸프탈레이트, 2,5 디메톡시테트라하이드로퓨란, p-디옥산, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 5-하이드록시-2-메틸-1,3-디옥산, 글리콜 메틸렌 에테르, 프로필렌 카르보네이트, 이소프로필렌 카르보네이트, 글리세린, 1,2,3-프로판트리올, 헵탄, n-헥산, 2-메틸펜탄, 3-메틸펜탄, 메틸시클로펜탄. 1,4-벤젠디올, 이소펜틸 알코올, 메틸 에틸 케톤, 4-메틸-2-펜타논, 메틸 프로필 케톤, 디이소프로필케톤, 1- 또는 3-또는 4- 또는 5-하이드록시 2-펜타논, 디이소프로필 케톤, 메틸 프로필 케톤, 디아세톤 알코올, 이소펜틸 페놀 케톤, n-부틸 페놀 케톤, I-부틸 페놀 케톤, 이소프로필아세톤, 2-또는 3- 또는 4-메톡시 페놀, 디하이드레이트 옥살릭 애시드, 펜탄, 페놀, 3-메톡시페놀, 1,2 또는 1,3 또는 1,4 또는 2,4 또는 2,5 또는 2,6 또는 3,4 또는 3,5 디메틸페놀, 1-옥텐, 이소부틸 2-메틸프로파네이트, 2-페녹시에탄올, 디에틸 카르비톨, 메틸 카르비톨, 부틸 카르비톨, 메틸 에틸 카르비놀, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 아세테이트, 에틸 아세테이트, 아세토페논, 벤질 아세테이트, 1,3 또는 1,4 또는 2,3 부탄디올, 포름알데하이드, 포름아미드, 트리에틸 에스테르, 오르소아세틱 애시드, 트리메틸 에스테르 오르소아세틱 애시드, 옥살릭 에스테르(디에틸 에스테르 옥살릭 애시드), 메틸 하이드로퍼옥사이드, 에틸 하이드로퍼옥사이드, 디(t-부틸) 퍼옥사이드, 아세틱 무수물, 2-에틸 부틸 에스테르 아세틱 애시드, 크레실 아세테이트, 메틸글리콜레이트, 메틸에스테르 페녹시 아세틱 애시드, 니트릴 애시드, 부티릭 애시드, 부타노익 애시드, 2-부틸 부타노익 애시드, 2-부틸 부타노익 애시드, 부틸 니트릴, 프로필 에스테르 부타노익 애시드, 디에틸 아세틱 애시드, 아세톤아세틱 애시드, 알릴 아세톤아세테이트, 디아세틸아세톤, 아세틸아세톤, 에틸 에스테르 벤조익 애시드, 부타닉 메틸 에스테르, 부타닉 에틸 에스테르, 부타닉 프로필 에스테르, 이소아밀 부티레이트, 프로필 에스테르 부타노익 애시드, 헥실 에스테르 부타노익 애시드, 2-메틸-(d)부타노익 애시드, 2-메틸-(dl)부타노익 애시드, 에틸에스테르 3-메틸 부타노익 애시드, 메틸 에스테르 3-메틸 부타노익 애시드, 이소프로필 에스테르 3-메틸 부타노익 애시드, 2,2-디메틸 부타노익 애시드, 알릴 에스테르 부타노익 애시드, 아미드 부타노익 애시드, N,N-디메틸 부타노익 애시드, 부타노익 애시드 무수물, 부틸 에스테르 부타노익 애시드, 펜틸 에스테르 부타노익 애시드, 프로필 에스테르 부타노익 애시드, 디에틸 아세틱 애시드, 2-메틸-(d)부타닉 애시드, 메틸 아세토아세테이트, 에틸 아세토아세테이트, 디에틸 아세탈, 아세테이트, 아세틸 아세톤, 2,2-디메틸에테르 에스테르 프로파노익 애시드, 2-옥소 에틸 에스테르 프로파노익 애시드, 2-옥소 메틸 에스테르 프로파노익 애시드, 2-옥소 이소부틸 프로파노익 애시드, 2-옥소 이소프로필 프로파노익 애시드, 메틸 에스테르 프로파노익 애시드, 에틸 에스테르 프로파노익 애시드, 프로필 에스테르 프로파노익 애시드, 프로파노익 애시드, 글리세릭 애시드, 1,2 디메톡스에탄, 1,2 에탄디올, 1,3 부탄디올, 2,3 부탄디온, 1,2,3 부탄트리올, 1,2,4 부탄트리올, 글루타릭 애시드, 글루타릭 무수물, 글루타론니트릴, 1,5 펜탄디알, 글루타르알데하이드, 2,4 펜타디온(CH3COCH2COCH3), 펜타닉 애시드, 레불리닉 애시드(CH3COCH3COCO2CH3), 디메틸 수버레이트, 옥탄디옥 애시드, 1,2,3 펜탄트리올, 2,3,4 펜탄트리올, 포름아미드, 브로모아세틱 애시드, 아세트아미드, 피루빅 애시드, 메틸옥시아세틱 애시드, 프로피온아미드, 알릴 브로마이드, 디에틸 아세탈 프로페날, 디아세테이트 프로페날, 프로페날, 1,2 프로판디올, 1,3프로판디올, 글리세롤, 트리메틸 에테르 글리세롤, 아세틸프로피오닐, 아세틸아세톤, 프로피오닉 애시드, 메틸옥시아세틱 애시드, 프로피온아미드, 말레익 무수물, 에이스크로토닉 애시드, 디메틸 옥살레이트, 이소부티릭 애시드, 하이드록시이소부티릭 애시드, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디아세테이트 디에틸렌 글리콜, 디에틸 에테르 디에틸렌 글리콜, 모노부틸에테르 디에틸렌 글리콜, 모노(2 하이드록시프로필) 에테르 디에틸렌 글리콜, 모노부틸 에테르 디에틸렌 글리콜, 모노프로필 에테르 디에틸렌 글리콜, 모노메틸 에테르 디에틸렌 글리콜, 모노메틸 에테르 아세테이트 디에틸렌 글리콜, 모노에틸에테르 디에틸렌 글리콜, 에탄트리올, 프로판트리올, 부탄트리올, 펜탄트링로, 헥산트리올, 셉탄트리올, 1,2,3 부탄트리올, 2,3,4 펜탄트리올, 1,2,3펜탄트리올, 1,2,3 프로판트리올, 디옥시펜탄, 2,4-디옥시펜탄, 헥산트리올, 모노부틸에테르 트리에틸렌 글리콜, 프로파노익 애시드, 프로파노익 애시드 무수물, 부틸 에스테르 프로파노익 애시드, 에틸 에스테르 프로파노익 애시드, 펜틸 에스테르 프로파노익 애시드, 옥틸 에스테르 프로파노익 애시드, 피멜릭 애시드, 수베릭 애시드, 아젤라익 애시드, 메타크릴릭 애시드, 디브로모부탄(예를 들면, 1,2; dl-2,3; 1,4; meso-2,3; 등), 트리브로모부탄(예를 들면, 1,1,2; 1,2,2; 2,2,3; 등), 디아세트아미드, 디(2-브로모에틸)에테르, 2-에틸헥사놀, 퍼퓨릴알코올, 2-프로파논, 2-프로펜-1-올, 에틸 메타네이트, 메틸 에타네이트, 펜타노익 애시드, 펜타디오익 애시드 디에틸 에스테르, 펜타디오익 애시드 디메틸 에스테르, 펜타디오익 애시드 디니트릴, 2,3-펜타디온, 2,4펜타디온, 1,2,3-펜탄트리올, 펜타노익 애시드, 펜타노익 애시드 메틸 에스테르, 펜타노익 애시드 부틸 에스테르, 펜타노익 애시드 에틸 에스테르, 펜타노익 애시드 퍼퓨릴 에스테르, 펜타노익 애시드 헥실 에스테르, 펜타노익 애시드 니트릴, 펜타노익 애시드 옥틸 에스테르, 펜타노익 애시드 펜틸 에스테르, 카르비놀, 부틸 카르비놀, 디에틸 카르비놀, 메틸 n-프로필 카르비놀, 디메틸 이소부틸 카르비놀, 에틸 이소프로필 카르비놀, 에틸 이소프로필 메틸 카르비놀, 디이소프로필 카르비놀, 트리에틸 카르비놀, 이소아밀 카르비놀, 디메틸 n-프로필 카르비놀, 2-부틸 메틸 카르비놀, 메틸 이소부틸 카르비놀, 디에틸 메틸 카르비놀, 메틸 프로필 케톤, 메티옥사아세틱 애시드, 아세토아세틱 애시드, 메틸 아세테이트, t-아밀 아세테이트, 에틸 아세테이트, 글리콜 디아세테이트, 1,2-프로펜디올 카르보네이트, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 아디포니트릴, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리에틸렌테트라아민, 벤즈 알데하이드, 벤진, 벤젠, 톨루엔, 벤질 알코올, 부틸 아세테이트, 디메틸 아닐린, 디-n-프로필아닐린, 메틸 이소부틸 케톤, n-아밀 시아나이드, 디-n-부틸 카르보네이트, 디에틸 아세틱 애시드, 디에틸 포름아미드, 디이소부틸 케톤, 에틸 벤조에이트, 에틸 페닐아세테이트, 헵타데카놀, 3-헵타놀, n-헵틸아세테이트, n-헥시 에테르, 메틸 이소프로필 케톤, 4-메틸-n-발레릭 애시드, o-페네티딘, 테트라데카놀, 트리에틸렌테트라아민, 2,6,8-트리메틸 4-노나논, 에탄디알, 카르보네이트 1,2-에탄디올, 디아세테이트 1,2-에탄디올, 디메틸 에테르 1,2-에탄디올, 디니트레이트 1,2-에탄디올, n,n-디-메틸 포르믹 애시드, n,n-디-에틸 포르믹 애시드, 부틸 에스테르 포르믹 애시드, 이소아밀 포르메이트, 옥틸 에스테르 포르믹 애시드, 펜틸 에스테르 포르믹 애시드, 프로필 에스테르 포르믹 애시드, 이소부틸 에스테르 포르믹 애시드, 프로파글 아세테이트, 2-메톡시에탄올, 시클로페타논, 시클로 프로필 메틸 케톤, 에틸 프로페노에이트, 3-메틸-2-부타논, 페놀, 2-또는 3-또는 4-메톡시페놀, 프로파노익 무수물, 시클로헥사논, 4-메틸-3-페넨-2-온, 2-또는 3- 헥사논, [2,3 또는 4]-메틸-[2 또는 3]-펜타논, 2-헵타논, 메틸 페닐 케톤, 디에틸 벤젠 및 아줄렌이 포함된다.
둘 이상을 혼합하는 것을 포함하여 광범위한 공-용매 혼합물이 또한 명백하게 고려의 대상이 되므로, 동일 또는 상이한 비율로 어떤 공용매의 둘 이상이 함께 사용될 수 있다.
고발화점 공-용매와 알코올 및/또는 다른 공-용매와의 조합하여 가수분해 및/또는 수중 상분리를 조절하는 것은 본 발명의 하나의 구체예이다. 또한, 예를 들어, 증기압을 감소시키거나 발화점을 상승시키는 등의 작용을 하는 공-용매 또는 공-용매의 혼합물을 사용한다면, 상호 용매로서 작용하여 불용성 또는 적당히 혼화성인 공-용매 및/또는 ECS 화합물을 용해시키는 것은 본 발명의 또 다른 구체예이다.
본 출원인은, 본 발명의 다양한 목적을 달성할 수 있는 혼합물, 비율 및 조합이 광범위함을 발견했다. 따라서, 한 부류의 각각의 공-용매간; 공-용매 의 여러분류간; ECS 화합물과 공-용매의 여러부류간; 공-용매와 공-연료간; 공-용매, ECS 화합물 및 공-용매 및/또는 기타간에 존재하는 공-용매 조합 및 혼합물은 본 발명의 명백한 구체예이다.
실시예 211
중(moderate) 내지 고발화점 연료: 조성물을 ECS 화합물(바랍직하게는 DMC)의 연소 개선량, 선택적으로 그속성 화 합물 및 적어도 하나의 발화점 증가 가연성 공-용매로 구성한다.
실시예 212
액체 하이드로카본 연료내에서 가용성이고, 가연성이며 20, 10, 5, 0, -5, -10, -20, -30, -40, -50, -60, -70, -80, 또는 -90℃이하의 융점을 가지고0, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 270, 280, 300 또는 그 이상의 비점을 가지며; 선택적으로 물에 용해되며; 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60cm/sec를 초과하는박막 연소속도(laminar burning velocity)를 가지며; 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 62, 65vapH(Tb)/KJ mol-1을 초과(또는 등가)하는 기화잠열을 가지고; 선택적으로 -30, -25, -20, -15, -10, 0, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 또는 140℃이상의 온도에서 1mm의 증기압; 및 선택적으로 적어도 40, 60, 80, 100, 120, 130, 150, 170, 180, 200, 220, 250℉ 또는 그 이상의 발화점 온도; 및 선택적으로 30, 20, 10, 0, -10, -20, -30, -40(-40℃), -50, -60, -80, -90℉ 또는 그 이하의 어는점;하이드로카본 연료 발화점이 증가되는 것을 특징으로 하는 공 용매 조성물 또는 ECS 화합물/공-용매 조성물을 제조한다.
실시예 213
금속성 및 ECS공-용매 또는 공-용매 패키지로 연료 조성물을 구성하고 이 조성물은 140, 143, 147, 150, 155, 160, 170, 180, 190, 200BTU/lb, 또는 그 이상을 초과하는 LHV를 가지고 선택적으로 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54cm/sec 또는 그 이상을 초과하는 연소속도를 갖는 것을 특징으로 한다.
실시예 214
-50, -40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60℃이상의 융점을 갖는 하나이상의 공-용매; 및 부틸 카르비톨, 카르비놀(디이소프로필, 디메틸렌, 디메틸렌 n-프로필, 이소아밀 등을 포함), 1-옥텐, 4-옥텐, 1-옥틴, 4-옥틴, 글리콜, 에테르, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디이소프로필 케톤, 메틸 프로필, 디아세톤 알코올, 이소프로필 아세톤, 디이소부틸케톤, 시클로헥사논, 이소포론, 또는 중 내지 고 발화점을 가지며 저 내지 극저의 어는점을 갖는 공-용매 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 연료 가용성, 가연성, 어는점 강하제 또는 공-용매로 조성물을 구성하며 이로 인해 조성물의 발화점이 60, 80, 100(38℃), 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260℉를 초과하고 어는점 온도가 -10, -20, -30, -40(-40℃), -50, -60, -80, -90℉ 또는 그 이하가 된다.
실시예 215
적어도 하나의 공-용매 화합물이 테트라에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1-옥텐, 고발화점 케톤, 이소프로필 아세톤, 디이소프로필 아세톤, 디이소프로필 디아세톤, 디에틸렌 아세테이트, 디에틸렌 디아세테이트,또는 에틸렌 아세테이트 화합물, 페놀,(이들의 유도체를 포함함) 또는 그 혼합물로 실시예 214의 조성물을 구성하며 이로인해 결과의 연료는 적어도 28, 30, 32, 34, 35, 38, 40, 42vapH(Tb)/kJ mol-1의 평균 LHV를 갖는다.
실시예 216
부가적으로 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)을 함유하고 선택적으로 금속성 화합물을 함유하는 실시에 214의 조성물을 구성하고 이로인해 조성물의 발화점이 50, 60, 70, 80, 90, 100, 130, 150℉ 또는 그 이상을 초과하며 -40℉(-40℃), -47℉(-44℃), -50℉(-46℃), 또는 그 이하의 어는점; 및 선택적으로 28, 30, 32, 34, 38, 40, 45vapH(Tb)/kJ mol-1을 초과(또는 등가)의 기화잠열을 갖는다.
실시예 217
ECS 화합물:공-용매의 부피비가 20:1, 15:1, 10:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:8, 1:10이며 비가 1:1 이상인 것이 바람직한(2:1, 3:1의 비가 바람직하고 10:1, 8:1, 6:1, 5:1, 4:1이상이 더 선호된다) 실시예 216의 조성물을 구성한다.
실시예 218
실시예 217의 조성물을 상기 실시예들의 조성물과 공-용매에 혼화시킴으로써 결과의 연료는 ASTM및/또는 정부 사양, 규정RVP 및 발화점을 가진다.
실시예 219
공-용매는 종래의 공-용매 또는 증기압 RVP가 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0psi또는 그 이상을 초과하는 재배합된 가솔린으로 구성되고 공-용매 또는 공-용매의 혼합물(상술한 바와 같은)의 조합 후에 결과 연료의 RVP가 8.0, 7.5, 7.0, 6.5psi 또는 그 이하인 실시예 218의 조성물을 제조한다.
실시예 220
Jet A, A-1 또는 B를 포함하여 항공기 제트 터빈 공-연료; 또는 #1- D 디젤, 저유황 또는 일반 등급; 또는 가스 터빈 연료 오일 #1-GT, @ 2-GT; 상기 공-연료가 부가적으로 38℃이하의 발화점을 갖는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)의 연소 개선량, 선택적으로 적어도 하나의 금속성(바람직하게는 MMT) 및 발화온도 증가량의 공-용매(바람직하게는 발화점이 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300℉를 초과하는 연료 가용성 가연성 폴리엔 글리콜, 케톤, 아세테이트, 페놀 및/또는 에스테르)로 구성되며 그 결과의 연료는 발화점 온도가 적어도 100℉(38℃)를 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 221
#2-D 디젤 연료 오일 공-연료, 저유황 또는 일반 등급;상기 연료는 부가적으로 52℃이하의 발화점을 갖는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)의 연소 개선량, 선택적으로 하나의 금속성 화합물 및 발화온도 증가량의 공-용매로 구성되며, 결과의 연료는 발화점 온도가 적어도 52℃를 가지며 선택적으로 강하된 이슬점 또는 어는점을 가지며; 선택적으로 개선된 점도를 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 222
#2-D 디젤 연료 오일 공-연료, 저유황 또는 일반 등급; 또는 #4, #5 연료경유 또는 연료 중유; 또는 #3GT 가스 터빈 연료 오일; 상기 연료는 부가적으로 상기 연료는 부가적으로 55℃이하의 발화점을 갖는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)의 연소 개선량, 금속성 화합물, 선택적으로 하나의 금속성 화합물 및 발화온도 증가량의 공-용매로 구성되며, 결과의 연료는 발화점 온도가 적어도 55℃를 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 223
#4-GT 가스 터빈 연료 오일 공-연료;상기 연료는 부가적으로 66℃이하의 발화점을 갖는 ECS 화합물(바람직하게는 DMC)의 연소 개선량, 선택적으로 하나의 금속성 화합물 및 발화온도 증가량의 공-용매로 구성되며, 결과의 연료는 발화점 온도가 적어도 66℃를 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 224
항공기 제트 터빈 공-연료;상기 연료는 부가적으로 7.0psi(49kPa)이하의 블렌딩 증기압을 갖는 화합물을 포함하여 DMC 또는 ECS 화합물의 연소 개선량; 선택적으로 금속성 화합물; 공용매의 증기압 감소량으로 구성되며; 상기 ECS 화합물은 선택적으로 박막 연소 속도가 항공기 가솔린(보고된 바로는 44.8cm/sec) 또는 45, 46, 47, 48, 49, 50cm/sec이상을 가지며;결과의 연료는 발화점 온도가 적어도 60℃를 갖는 것으로 특징 지워진다.
실시예 225
상기의 실시예들에서 공-용매는 적어도 하나의 연료 가용성, 가연성 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜,(또는 이들의 혼합물을 포함함)으로 구성된다.
실시예 227
상기 실시예들에 있어서, 결과의 연료가 부가적으로 현재 또는 미래의 ASTM, 공업 또는 정부 표준 규격을 충족시키는 것으로 특징지워진다.
본 명세서내의 정의된 화합물 및 사양은 제한적인 것이 아님을 인식해야 한다. 일상적인 테스트로 본 발명에서 청구된 구조적 및 성능 제한을 충족시키는 공-연료 화합물을 식별할 수 있다.
또한, 증기압 감소 및/또는 발화점 온도 증가의 목적으로 염을 사용하는 것이 본 발명의 구체예이다. 상호 용매(예를 들면, 공-용매)를 경유하여 연료에 직접 또는 간접으로 용해되는 어떤 염을 사용하는 것이 또한 본 발명의 구체예이다.
대부분의 염은 수성 용액에서 가용성이고 본 발명에는 그러한 용액을 연료 또는 공-용매에 직접 사용하고 주입 또는 유화에 의해 분리하는 방법이 포함된다.
그러나, 직접 용해시키는 것이 더 바람직하다. 케톤, 글리콜, 에테르, 알코올 등을 경유해 상호 용해시키는 것도 고려할 수 있다.
바람직한 염은 주어진 연료의 연소 또는 방출에 부작용을 일으키지 않아야 하고 본 발명의 ECS연료 및 선택적으로 금속성 화합물을 가진 저농도에서도 증기압을 감소시키거나 및/또는 연소를 증가시켜야 한다.
비-제한적인 예에는 칼슘 염(예를 들면Ca(NO3)2, CaBr2), 바륨, 보론 염(예를 들면, H3BO3), 포타슘 염(예를 들면, KNO3, KBrO3, KNO2, KHCO3, K2C2O4, KI, KH, K2WO4, K2CO3, KOH), 리튬염(예를 들면, LiNO3, LiBr, LiI, LiOH), 철 염, 알루미늄 염, 코발트, 마그네슘 염(예를 들면, Mg(NO3)2, MgBr2), 소듐 염(NaNO3, NaOH, NaNO2, NaHCO3, NaBRO3, NaBr, NaI, Na2CO3, Na2WO4), 질소염(NH4NO3, NH4Br, NH4I), 니켈 염(예를 들면, Ni(NO3)2) 및 아연 염(예를 들면, Zn(NO#)2)이 포함된다.
본 출원인은 연료 가용성 Al, Mg, Li, Mn, Na, Sr염이 바람직하다는 것을 발견했다. 증기압을 감소시키거나 발화점 온도를 증가시킬 수 있는 또 다른 염이 하기 청구범위에서 고려될 수 있다.
고농도에서는, 유황 또는 바륨 함유 염은 피하여야 한다. 환경 문제가 또한 고려되어야 한다.
본 발명의 바람직한 염은, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0(grammolecules per liter)을 부가함으로써 초기 연료 비점 온도에서 증기압이 5.0, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 300mm로 감소되기에 충분한 농도로 부가될 수 있다. 바람직한 증기압 감소는 20mm이상이고 바람직한 농도는 4.0, 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0(grammolecules per liter)이하이다. 다른 범위로는 0.001 내지 30.0(grammolecules per liter)이고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5.0(grammolecules per liter)이다.
실시예 228
적어도 하나의 하이드로카본내 가용성 염, 또는 대안적으로 공-용매내 가용성 염의 증기압 감소량으로 연료 조성물을 구성하고 상기 염은 연료의 0.5(grammolecules per liter)로 처리할 수 있으며 이로 인해 실온 또는 연료의 기화온도(어느쪽이든 더 높은 온도에서)에서 증기압을 적어도 1.0, 2.0, 5.0, 7.5, 10.0, 15.0mm감소시킬 수 있다.
실시예 229
상기의 실시예에서 상기 조성물은 증기압 감소 또는 발화점 증가량만큼 염을 부가적으로 함유한다.
실시에 230
ECS 화합물; 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 또는 연료 첨가제, VRP/FPI 공-용매, 또는 염중에서 하나 이상으로 구성된 조성물을 하이드로카본내에서 사용한다.
당분야에서 통상의 지식을 가진자는, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 본명세서내에 기재된 범위내에서 다양한 변형과 수정이 가능함을 인식할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1)적어도 하나의 ECS 화합물; 2)적어도 하나의 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 3)적어도 하나의 메탈 탈활성화제; 및 선택적인 성분으로서: 4)항산화제, 5) 세정제, 6)촉진제, 7)해유화제, 또는 8)발화점 개선(PFI)또는 증기압 감소 공-용매;로 구성되며, 선택적으로 LHV가 50BTU/lb를 초과하는, 하이드로카본내에서 사용되는 조성물.
1)ECS 화합물; 2)시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐; 3)하나의 세정제 또는 세정제/분산제;로 구성되며, 선택적으로 LHV가 50BTU/lb를 초과하는, 하이드로카본내에서 사용되는 조성물.
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