KR20060082080A - 석유- 및 핏셔-트롭쉬- 유래 케로센 혼합물 - Google Patents

석유- 및 핏셔-트롭쉬- 유래 케로센 혼합물 Download PDF

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조안나 마가렛 바울드리
리처드 존 하인스
요한 스미스
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

석유 유래 케로센 연료 및 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물로서, 여기서 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 중량비의 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하고, 조성물의 어는점은 상기 석유 유래 케로센 연료 및 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 양자 모두의 어는점보다 더 낮은 연료 조성물; 및 제트 엔진 또는 디젤 엔진 및/또는 하나 이상의 상기 엔진으로 구동되는 항공기를 작동하는 방법으로, 상기 방법은 그러한 연료 조성물을 상기 엔진으로 도입시키는 것을 포함하는 방법.
석유 유래 케로센 연료, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료, 더 낮은 어는점

Description

석유- 및 핏셔-트롭쉬- 유래 케로센 혼합물 {PETROLEUM- AND FISCHER-TROPSCH- DERIVED KEROSENE BLEND}
본 발명은 석유 유래 케로센 기초연료 및 핏셔-트롭쉬 (Fischer-Tropsch) 유래 케로센 기초연료를 포함하는 연료 조성물, 및 그 제조 및 동력장치, 특히 제트 엔진 및 항공 디젤 엔진과 같은 항공 엔진에서의 그 용도에 관한 것이다.
연료 조성물의 어는점은, 그것이 예를 들어 북극 조건과 같은 저온 조건 하에서 작동을 의도한 동력장치에서의 사용에 적합한지를 결정하는데 있어서 중요한 요소이다. 높은 고도에서는 저온 조건을 경험하기 때문에, 그것은 또한 항공 용도와 관련하여 중요한 요소이다. 작동 중에 연료 조성물이 얼거나 유동성이 제한 (점성도의 증가 또는 필터의 폐색으로 인함) 되지 않는 것이 명백하게 극히 중요하며, 그렇지 않으면 그 결과는 참혹할 것이다.
연료 조성물이 그러한 저온 조건 하에서 사용될 수 있도록 연료 조성물 내에 함유되는 첨가물들이 알려져 있다. 그러한 첨가물은 유동 개선제 첨가물 및 왁스 항-안정화제를 포함한다. 그러나, 그들의 존재를 줄이거나 나아가 제거하면서, 그러한 첨가물의 저온 효능을 달성할 수 있도록 하는 것이 요구될 것이다.
문헌 (" Qualification of Sasol semi - synthetic Jet A-1 as commercial jet fuel", SwRI -8531, Moses et al ., Nov 1997) 에서는, 핏셔-트롭쉬 공정을 통하여 합성 가스로부터 유래된 합성 이소-파라핀 케로센 (IPK) 을 제트 A-1 연료 내로 혼합하는 것이 기술되어 있다. IPK는 매우 낮은 어는점 (통상 -60℃ 미만으로 언급됨) 을 갖는 것으로 기술되어 있다. 제트 A-1 내의 25% 및 50% IPK의 혼합물은 -60℃보다 높은, 그러나 -47 내지 -49℃로 나타나 있는 제트 A-1의 어는점보다는 낮은 어는점을 갖는 것으로 기술되어 있다. 그러므로, 혼합물의 어는점은 혼합 성분의 각각의 어는점 사이에 위치한다. 이 문헌은 또한 통상적인 연료와 SMDS (즉, 쉘 중간 증류액 합성 (Shell Middle Distillate Synthesis)) 케로센의 혼합물의 어는점은 항상 혼합비로서 예상된 것보다 더 낮다는 것, 즉 선형 혼합식에 따른 것보다 더 낮다는 것을 언급하지만, 혼합 성분의 어는점과의 관계에서 혼합물의 어는점이 어디에 위치하는지에 대한 논급이 없다. 그러므로, 이 문헌의 개시로부터, 혼합물의 어는점이 혼합 성분 양자 모두의 어는점보다 더 낮게 위치할 것이라는 것이 기대되지 않을 것이다.
문헌 (" Freezing point of jet fuel blends ", Schmidt , Minutes of the meeting of the low temperature flow performance of aviation turbine fuels group, CRC Aviation fuel , lubricant and equipment research meeting , April 1995) 에서는, 선형 혼합 추정과의 관계에서 다양한 제트 연료 혼합물의 측정된 어는점의 관련성의 논의가 있다. 이 문헌에서는 상기 어는점은 선형 혼합 추정에 기초한 어는점보다 더 높거나 낮을 수 있고, 혼합 성분의 어는점 사이에 있거나 또는 혼합 성분 양자 모두의 어는점보다 낮을 수 있음을 보여준다. 그러므로, 이 문헌으로부터 혼합물의 어는점과 혼합 성분의 어는점, 특히 혼합물의 성분들 중 하나가 핏셔-트롭쉬 유래 연료인 경우의 어는점 (이러한 연료는 이 문헌에 언급되어 있지 않음) 사이에 어떠한 관련성이 있는지 예측하는 것은 가능하지 않다.
석유 유래 케로센 연료와 특정한 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 혼합할 때, 혼합물의 어는점은 혼합 성분 양자 모두의 어는점보다 놀랄만하게 낮다는 것은 이제 발견되었다.
본 발명에 따르면, 석유 유래 케로센 연료 및 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하고, 여기서 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 중량비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하며, 임의로 조성물의 어는점은 상기 석유 유래 케로센 연료 및 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 양자 모두의 어는점보다 더 낮은, 연료 조성물이 제공된다.
본 발명에 따르면, 석유 유래 케로센 연료와 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하고, 여기서 조성물의 어는점은 상기 석유 유래 케로센 연료 및 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 양자 모두의 어는점보다 더 낮으며, 임의로 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 중량비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하는, 연료 조성물이 또한 제공된다.
바람직하게는, 상기 비는 1:1 초과 4:1 이하의 범위 내, 더욱 바람직하게는 1:1 초과 3:1 이하의 범위 내, 가장 바람직하게는 1.5:1 내지 3:1 범위 내에 있다.
바람직하게는, 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 0.1 내지 99.9%v, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 81%v 또는 5 내지 99.9%v, 또는 가장 바람직하게는 30 내지 65%v의 양으로 연료 조성물에 존재한다.
본 발명에 따르면, 석유 유래 케로센 연료의 어는점 미만으로 연료 조성물의 어는점을 낮추기 위한, 석유 유래 케로센 연료의 어는점보다 더 높은 어는점을 갖는 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의, 석유 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물 내에서의 용도가 추가적으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 핏셔-트롭쉬 유래 연료의 어는점 미만으로 연료 조성물의 어는점을 낮추기 위한, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의 어는점보다 더 높은 어는점을 갖는 석유 유래 케로센 연료의, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물 내에서의 용도가 또한 추가적으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 연료 조성물 내의 어는점 강하제로서의 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의 용도가 또한 추가적으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 제트 엔진, 디젤 엔진 및/또는 하나 이상의 상기 엔진으로 구동되는 항공기를 작동하는 방법으로, 본 발명에 따른 연료 조성물을 상기 엔진 내로 도입시키는 것을 포함하는 방법이 또한 추가적으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 연료 조성물의 제조를 위한 공정으로 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료와 석유 유래 케로센 연료를 혼합하는 것을 포함하고, 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하는 공정이 또한 추가적으로 제공된다.
본 발명은, 예를 들어 합성적으로 유래한 연료의 증가된 양의 사용을 선호하는 상업적 및 법률적 압력에 따라, 기본적 항공 기초연료의 대체로서 현대에 상업적으로 이용가능한 항공 엔진에 특히 유용할 것으로 기대되는 연료 혼합물을 조제하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 문맥에 있어서 연료 조성물 내에서 연료 성분의 "용도"는, 편리하게는 조성물이 엔진으로 도입되기 전에, 통상적으로 하나 이상의 다른 연료 성분과 함께 혼합물 (즉, 물리적 혼합물) 로서, 조성물 내로의 성분의 혼입을 의미한다.
본 발명이 관련하는 연료 조성물은 제트 엔진 또는 항공 디젤 엔진과 같은 항공 엔진뿐만 아니라 다른 적합한 동력원에서 용도를 갖는다.
각각의 기초연료는 그 자체로 둘 이상의 다른 연료 성분을 포함하고/포함하거나, 하기한 바대로 첨가물이 첨가된다.
케로센 연료는 통상적으로 등급과 용도에 따라, 130 내지 300℃의 통상적 케로센 범위에서 끓는점을 가질 것이다. 이들은 통상적으로 15℃에서, 775 내지 840 kg/m3, 바람직하게는 780 내지 830 kg/m3 의 밀도를 가질 것이다 (예를 들어, ASTM D4502 또는 IP 365). 이것은 통상적으로 130 내지 160℃ 범위 내의 최초 끓는점 및 220 내지 300℃의 범위 내의 최종 끓는점을 가질 것이다. 이들의 -20℃에서의 운동 점성 (kinetic viscosity) (ASTM D445) 은 적합하게는 1.2 내지 8.0 mm2/s 일 수 있다.
조성물은 5%v 이상, 바람직하게는 10%v 이상, 또는 더욱 바람직하게는 25%v 이상의 핏셔-트롭쉬 유래 연료를 함유하는 것이 바람직할 수 있다.
핏셔-트롭쉬 유래 연료는 케로센 연료로서의 사용에 적합할 것이다. 그것의 성분 (또는 성분의 대부분, 예를 들어 그것의 95%v 이상) 은 따라서 통상적 케로센 연료 범위 내의 끓는점, 즉 130 내지 300℃를 가질 것이다. 그것은 적합하게는 180 내지 220℃, 바람직하게는 180 내지 200℃의 90%v/v 증류온도 (T90) 를 가질 것이다.
"핏셔-트롭쉬 유래" 는, 연료가 핏셔-트롭쉬 축합 공정의 합성 산물이거나 그로부터 유래된 것임을 의미한다. 핏셔-트롭쉬 반응은 적절한 촉매의 존재 하 및 통상적으로 상승된 온도 (예를 들어 125 내지 300℃, 바람직하게는 175 내지 250℃) 및/또는 압력 (예를 들어 500 내지 10000 kPa, 바람직하게는 1200 내지 5000 kPa) 에서, 일산화탄소 및 수소를, 통상적으로 파라핀계인 더 긴 사슬의 탄화수소로 변환시킨다:
n(CO + 2H2) = (-CH2-)n + nH2O + 열.
수소:일산화탄소 비는 필요하다면 2:1과 달리 적용될 수 있다.
일산화탄소 및 수소는 그 자체로 유기 또는 무기, 자연적 또는 합성적 원료, 통상적으로 천연 가스, 또는 유기적 유래의 메탄으로부터 유래한다.
케로센 산물은 이 반응으로부터 직접적으로 수득되거나, 간접적으로, 예를 들어 핏셔-트롭쉬 합성 산물의 분류 (fractionation) 에 의해 또는 수소처리한 (hydrotreated) 핏셔-트롭쉬 합성 산물로부터 수득될 수 있다. 수소처리는 비등역역을 조절하기 위한 수소화 분해 (hydrocracking) (예를 들어 GB-B-2077289 및 EP-A-0147873 참조), 및/또는 분지형 파라핀의 비율을 증가시켜서 기초연료 냉각 유동 성질을 개선할 수 있는 수소화 이성화 (hydroisomerazation) 를 포함할 수 있다. EP-A-0583836은, 핏셔-트롭쉬 합성 산물을, 첫째로, 그것이 이성화 또는 수소화 분해를 실질적으로 겪지 않는 조건 하에서 수소화 변환시키고 (hydroconverted) (이는 올레핀 및 산소-함유 성분을 수소화함), 이후, 생성된 산물의 적어도 일부분을, 실질적으로 파라핀성 탄화수소 연료가 수득되는 수소화 분해 및 이성화가 발생되는 조건 하에서, 수소화 변환시키는, 2-단계 수소화 처리 공정을 기술한다. 필요한 케로센 분획은 이어서 예를 들어 증류로서 분리될 수 있다.
US-A-4125566 및 US-A-4478955의 실시예로서 기재된 바와 같이, 중합, 알킬화, 증류, 분해-탈카복시화, 이성화 및 수소화재편성 (hydroreforming) 과 같은 기타 합성-후 처리가 핏셔-트롭쉬 축합 산물의 성질을 조정하기 위해 적용될 수 있다.
파라핀 탄화수소의 핏셔-트롭쉬 합성을 위한 통상적 촉매는, 촉매적으로 활성이 있는 성분으로서, 주기율표의 VIII 족의 금속, 특히 루테늄, 철, 코발트 또는 니켈을 포함한다. 적합한 이런 촉매는 예를 들어 EP-A-0583836 (3 쪽 및 4 쪽) 에 기재되어 있다.
핏셔-트롭쉬 기재 공정의 예는 문헌 ["The Shell Middle Distillate Synthesis Process", van der Burgt et al (1985년 11월, 워싱턴 DC, 제5회 신퓨얼스 월드와이드 심포지엄 (Synfuels Worldwide Symposium) 에서 제출된 논문; 또한 동 제목의 1989년 11월 간행물, Shell International Petroleum Company Ltd., 런던, 영국 참조)] 에 기재된 SMDS (쉘 중간 증류액 합성) 이다. 이 공정 (또한 때때로 ShellTM "Gas-to-Liquid" 또는 "GTL" 기술로 언급됨) 은, 천연 가스 (주로 메탄) 유래 합성 가스를, 이후에 수소화 변환 및 분리되어 케로센 연료 조성물과 같은 액체 수송용 연료를 생산할 수 있는 긴-사슬의 중 (heavy) 탄화수소 (파라핀) 왁스로 변환시킴으로써, 중간-증류액 범위 산물을 생산한다. 촉매적 변환 단계를 위한 고정-층 반응기를 활용하는 SMDS 공정의 변형은 현재 말레이시아의 빈툴루에서 사용 중이며, 그 산물은 상업적으로 이용할 수 있는 자동차의 연료 내에 석유 유래 가스 오일과 함께 혼합되었다.
SMDS 공정에 의해 제조된 가스 오일은 로열 덧치/쉘 (Royal Dutch/Shell) 사로부터 상업적으로 이용할 수 있다.
적합하게는, 본 발명에 따라서, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 90%w 이상, 바람직하게는 95%w 이상, 더욱 바람직하게는 98%w 이상, 가장 바람직하게는 99%w 이상의 파라핀 성분, 바람직하게는 노르말-파라핀 및 이소-파라핀으로 구성될 것이다. 노르말-파라핀의 이소-파라핀에 대한 중량비는 바람직하게는 상기에 나타난 범위 내일 것이다. 이 비의 실제 값은 핏셔-트롭쉬 합성 산물로부터 케로센을 제조하는데 사용되는 수소화 변환 공정으로 부분적으로 결정될 것이다. 몇몇 시클릭 파라핀이 또한 존재할 수 있다.
핏셔-트롭쉬 공정의 효능에 의해, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센은 본질적으로 없거나 관측될 수 없는 정도의 수준의 황 및 질소를 갖는다. 이들 헤테로원자를 함유한 화합물은 핏셔-트롭쉬 촉매에 대해 활성 억제제로 작용하며, 그러므로 합성 가스 공급으로부터 제거된다. 추가적으로, 통상적으로 작동되는 공정은 방향족 성분을 생산하지 않거나 실질적으로 생산하지 않는다. ASTM D4629에 의해 결정된 핏셔-트롭쉬 케로센의 방향족 함량은 통상적으로 5%w 미만, 바람직하게는 2%w 미만 및 더욱 바람직하게는 1%w 미만일 것이다.
본 발명에서 사용되는 핏셔-트롭쉬 유래 케로센은 통상적으로 15℃에서 730 내지 770 kg/m3 의 밀도; -20℃에서 1.2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 5, 더욱 바람직하게는 2 내지 3.5 mm2/s 의 운동 점성; 및 20 ppmw (중량상 백만분의 일) 이하의, 바람직하게는 5 ppmw 이하의 황 함량을 가질 것이다.
바람직하게는, 그것은 2.5 이하, 바람직하게는 1.75 이하, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.5의 수소/일산화탄소 비를 사용하고, 이상적으로 코발트 함유 촉매를 사용하는 핏셔-트롭쉬 메탄 축합 반응으로 제조되는 산물이다. 적합하게는 그것은 수소화 분해된 핏셔-트롭쉬 합성 산물로부터 수득될 것이고 (예를 들어 GB-B-2077289 및/또는 EP-A-0147873에 기재된 바와 같이), 또는 더욱 바람직하게는 EP-A-0583836에 기재된 바와 같은 2-단계 수소화 변환 공정으로부터의 산물일 것이다 (상기 참조). 후자의 경우에서, 수소화 변환 공정의 바람직한 특징은 EP-A-0583836의 4 내지 6 쪽, 및 실시예에서 개시되어 있을 수 있다.
최종 연료 조성물은 바람직하게는 3000 ppmw 이하의 황, 더욱 바람직하게는 2000 ppmw 이하, 또는 1000 ppmw 이하, 또는 500 ppmw 이하의 황을 함유한다.
기초연료는 그 자체로 첨가물이 있거나 (첨가물-함유) 또는 첨가물이 없을 (무-첨가물) 수 있다. 예를 들어 정련에서 또는 연료 분배의 후의 단계에서, 첨가물이 있다면, 그것은 국제 민간 및/또는 군사용 제트 연료 규격에서 허가된, 정전기 방지제 (예를 들어 STADISTM 450 (예, 옥텔 (Octel))), 항산화제 (예를 들어, 치환된 tert-부틸 페놀), 금속 비활성화제 첨가물 (예를 들어, N-N'-디살리실리덴 1,2-프로판디아민), 연료계 얼음 개선제 첨가물 (예를 들어, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르), 부식 저해제/윤활성 개선제 첨가물 (예를 들어, APOLLOTM PRI 19 (예, 아폴로 (Apollo), DCI 4A (예, 옥텔), NALCOTM 5403 (예, 날코 (Nalco)), 또는 열안정성 개선 첨가물 (예를 들어, APA 101TM, (예, 쉘 (Shell)) 에서 선택된 하나 이상의 소량의 첨가물을 함유할 수 있다.
달리 언급하지 않는 한, 첨가물이 있는 연료 조성물에서 이러한 부가적 성분 각각의 (활성 물질) 농도는 국제 제트 연료 규격에 요구되거나 허가된 수준이다.
이 규격에서, 성분의 양 (농도, %v, ppmw, 중량%) 은 활성 물질, 즉 휘발성 용매/희석 물질을 제외한 것의 양이다.
본 발명은, 연료 조성물이 제트 엔진, 직접 주입 디젤 엔진, 예를 들어 로터리 펌프, 인-라인 (in-line) 펌프, 유니트 펌프, 전기적 유니트 주입기 또는 커먼 레일 (common rail) 형태, 또는 간접 주입 디젤 엔진에 사용되거나 사용이 의도되는 것일 때 특히 적용할 수 있다. 그것은 로터리 펌프 엔진, 및 연료 주입기 및/또는 저압 파일럿 주입 시스템의 기계적 발동에 의존하는 다른 디젤 엔진에서 특히 가치가 있을 수 있다.
본 발명은 양호한 엔진 저온 성능을 포함한 다수의 유익한 효과의 어떤 것이라도 이끌어낼 수 있을 것이다.
도 1은 SMDS-A 및 제트 연료 J1의 혼합물의 어는점 양상을 보여준다;
도 2는 SMDS-A 및 제트 연료 J2의 혼합물의 어는점 양상을 보여준다;
도 3은 SMDS-B 및 제트 연료 J3의 혼합물의 어는점 양상을 보여준다.
본 발명은 이제 실시예를 통하여, 첨부된 도를 참조하여 기술될 것이다.
케로센 혼합물의 어는점에 대한 핏셔-트롭쉬 (즉, SMDS) 유래 케로센의 영향을 국제 제트 연료 규격 (ASTM D2386/IP 16) 에서 요구되는 매뉴얼 (manual) 어는점 절차를 사용하여 평가하였다.
각각 약 20 mg/L 의 허가된 제트 연료 항산화제를 함유하는 2 종의 SMDS 케로센, 및 5 종의 석유 (즉, 원유) 유래 케로센을 효과를 탐구하기 위해 선택하였다. 이들 석유 유래 케로센, 즉 통상적 생산 방법에 따라 제조되고, DEF STAN 91-91 [터빈 연료, 항공 "케로센 형태", 제트 A-1, NATO 코드 F-35, 통합 서비스 지시 (Joint Service Designation) AVTUR에 대한 2002년 6월 14일자 영국 국방부 기준 DEF STAN 91-91/제4호 또는 시험 당시의 최신판] 또는 "체크 리스트" [제트 A-1에 대한 ASTM D1655 및 DEF STAN 91-91의 가장 엄격한 요소를 반영하는 통합 운영 시스템을 위한 항공 연료 품질 요구치 (AFQRJOS), 및 항공 터빈 연료에 대한 IATA 안내 자료의 몇몇 운용 요구치임, AFQRJOS를 충족하는 제트 연료는 통상적으로 "체크 리스트의 제트 A-1"으로 언급함] 의 제트 A-1 요구치를 충족하는 4 종의 최종 제트 연료, 및 제트 A-1 생산에 사용된 케로센 스트림 (stream) 의 상세한 사항은 표 1에 나열되어 있다.
연료 설명
J1 Merox® 공정으로 생산된 제트 연료.
J2 19 mg/L의 항산화제 이오녹스 (Ionox) 75 (RDE/A/609) 를 함유하는 수소화 처리된 제트 연료.
J3 직류 (straight run) 케로센의 부식성 세척으로 생산된 제트 연료.
J4 Merox® 공정으로 제조된 제트 연료.
S1 직류 케로센 스트림
제트 연료 규격에서 허가된 ASTM 및 IP 방법을 사용하여 측정된 SMDS 연료 및 석유 유래 연료의 핵심적 성질은 표 2 및 3에 각각 나열되어 있다. 제트 A-1에 대한 130 내지 260℃의 더욱 통상의 비등영역과 비교하여 두 SMDS 케로센 시료 모두는, 협폭 (narrow cut) 케로센이었다. SMDS-A는 제트 A-1 어는점 요구치를 통과하지 못할 것이고 (-47℃, 최대), 반면 SMDS-B는 통과할 것이다. 양자 모두는 고도로 파라핀성 (98% 초과의 파라핀, 주로 노르말 파라핀, 및 약 0.9% 나프텐 (시클로파라핀)) 연료이었고, 두 시료가 조성적 차이를 가짐에도, 어느 것도 고도로 이소-파라핀성이 아니었고 (노르말-파라핀의 이소-파라핀에 대한 중량비: SMDS-A = 2.7:1, SMDS-B = 1.9:1), 상당한 양의 방향족 화합물을 갖지 않았다.
SMDS-A SMDS-B
전체 산성도, mg KOH/g 0.001 <0.001
FIA 방향족 화합물, %v <0.1 <0.1
전체 황, %m 0.00008 0.00090
머캡탄 황, %m 0.0001 0.0002
증류
최초 끓는점, ℃ 162.0 152.5
10% 회수, ℃ 176.0 159.0
50% 회수, ℃ 184.0 167.0
90% 회수, ℃ 192.0 185.5
최종 끓는점, ℃ 203.5 208.0
아벨 인화점, ℃ 48.5 42.0
밀도 @15℃, kg/m3 742.1 736.1
어는점, ℃ -42.5 -53.5
점성도 @-20℃, mm2/s 3.144 2.474
비(比) 에너지 (specific energy), MJ/kg 44.176 44.176
발연점, mm >50 >50
잔류 검 (gum), mg/100ml <1 <1
MSEP 96 99
J1 J2 J3 J4 S1
전체 산성도, mg KOH/g 0.003 0.001 0.004 0.001 0.063
FIA 방향족 화합물, %v 18.4 17.4 19.6 18.1 21.9
전체 황, %m 0.0298 0.01 0.0091 0.23 0.06
머캡탄 황, %m 0.0003 0.0002 0.0001 0.0012 0.0003
증류
최초 끓는점,℃ 148.0 153 147.0 165.6 155.3
최종 끓는점, ℃ 256.5 256 258.5 246.6 263.7
밀도 @15℃, kg/m3 799.6 788.8 800.8 797.1 827.5
어는점, ℃ -51 -49.5 -52 -53 -61
발연점, mm 24 26 24 23 19
나프탈렌, %v 2.12 0.57 2.33 2.4 3.06
비(比) 에너지, MJ/kg 43.243 43.4 43.211 43.3 42.9
제트 연료의 저장에 적합한 래커를 칠한 용기 내로 알려진 부피의 성분을 측정함으로써 연료 조합당 하나 이상의 혼합물을 제조하였다. 어는점 및 밀도 측정을 행하였으며, 후자는 혼합물의 정확한 조성을 확인하기 위함이다.
실시예 1
혼합물을 SMDS-A 및 제트 연료 J1으로 제조하였다. 측정된 성질은 표 4에 제공되어 있으며, 혼합물 어는점 (FP측정) 은 하기 수학식 1의 간단한 선형 혼합 법칙에 기초하여 기대된 것보다 더 낮다는 (더 좋다는) 것을 보였다.
FP선형 = a1X1 + a2X2
여기서, a1 = 성분 1의 어는점, a2 = 성분 2의 어는점, X1 = 성분 1의 부피 분획 및 X2 = 성분 2의 부피 분획이다. 선형 혼합 모형으로부터의 최대 측정 편차는 7.0℃였다. 이 비-선형성은 제트 A-1에 대한 최대 요구치 (DEF STAN 91-91 및 AFQRJOS) -47℃를 충족하는 연료를 생산하기 위해, 예상되는 45-50%v 이상의 SMDS-A가 J1과의 혼합물에 혼입될 수 있음을 나타낸다. 더욱 놀랍게도, 대부분의 혼합물의 측정된 어는점은 혼합물에서 사용된 기초연료 둘 중 어느 하나의 어는점보다 더 낮았다.
부피 분획 SMDS-A 15℃에서의 밀도, kg/m3 측정된 어는점, ℃ (FP측정) 선형 모형으로부터의 어는점, ℃ (FP선형) FP선형 - FP측정, ℃
0.00 799.6 -51.0 -51.0 0.0
0.16 790.3 -53.0 -49.6 3.4
0.24 785.8 -56.0 -49.0 7.0
1.00 742.1 -42.5 -42.5 0.0
데이터 핏 (fit) 은 하기 수학식 2의 모리스 (Morris) 혼합 관계식을 사용하여 얻었다:
FP모리스 = a1X1 + a2X2 + b12X1X2
여기서 ai = 성분 i의 어는점, Xi = 성분 i의 부피 분획, 및 b12 = 관계 상수 이다. 도 1은 측정된 어는점을 보여주며, 선형 모형 및 b12를 계산하기 위한 25% 부피 SMDS-A 데이터 지점을 사용한 모리스 관계식 양자 모두로부터의 예측을 포함한다. 이 모리스 예측으로부터, 거의 90% SMDS-A가 수용될 수 있었고 여전히 제트 A-1 어는점 요구치를 통과할 수 있었다. 상기 핏은 또한 0 및 81% 사이의 SMDS-A와의 혼합물은 더 낮은 어는점 성분인 J1의 어는점보다 더 낮은 어는점을 가짐을 나타낸다. 선형성으로부터의 최대 편차는, 이 핏에 따르면, 9.5℃ 이하일 수 있다.
실시예 2
SMDS-A 및 수소화 처리된 제트 연료 J2로 혼합물이 제조되었다. 표 5는 측정된 성질을 요약하고, 또한 선형 어는점 모형과 데이터가 어떻게 비교되는지를 나타낸다. 선형 모형으로부터의 양수의 (더 좋은) 편차는 제조된 모든 혼합물에서 볼 수 있었고, 가장 큰 측정된 차이는 거의 7℃에 가까웠다.
부피 분획 SMDS-A 15℃에서의 밀도, kg/m3 측정된 어는점, ℃ (FP측정) 선형 모형으로부터의 어는점, ℃ (FP선형) FP선형 - FP측정, ℃
0.00 788.8 -49.5 -49.5 0
0.16 781.4 -53 -48.4 4.6
0.25 777.3 -53 -47.8 5.2
0.39 770.4 -53.5 -46.8 6.7
0.74 754.4 -48.5 -44.3 4.2
1.00 742.1 -42.5 -42.5 0
선형 모형으로부터의 가장 작은 측정된 편차 중 하나를 갖는 조성물 (즉, 16% 혼합물) 에 대해 모리스 관계 상수를 계산하였다. 도 2는 측정된 데이터, 선형 예측 및 또한 모리스 관계 상수 접근법에 의한 데이터의 핏을 보여준다. 상기 핏은 35 내지 45% SMDS의 혼합물에 대해 가장 낮은 어는점을 보이며, 선형성으로부터의 최대 예측 편차는 9.2℃ 이하이다. 선형 혼합 법칙은 35% 이상의 SMDS를 함유하는 혼합물이 제트 A-1 규격 제한을 통과하지 못할 것으로 예측할 것이다; 모리스 관계 상수 핏은 상기 수준이 88%까지 높아질 수 있음을 시사한다. 그것은 또한 0 및 81% 사이의 SMDS-A와의 혼합물이 SMDS-A 또는 J2의 어는점보다 더 낮은 어는점을 가질 것임을 나타낸다.
실시예 3
SMDS-B 및 제트 연료 J3으로 혼합물을 제조하였고, 표 6에 요약된 대로 성질을 측정하였다. 두 기초연료는 비슷한 어는점을 가졌다. 5% SMDS-B 경우를 제외하고는, 모든 혼합물은 선형 모형으로 예상된 것보다 더 좋은 (더 낮은) 어는점을 가졌고, 이는 더 낮은 어는점 성분인 SMDS-B의 어는점보다 더 낮았다. 선형성으로부터의 가장 큰 측정된 편차는 11.9℃였다. 모든 데이터 지점을 수렴하여, 최적의 b12 지수를 계산하였고 표 3에 보여진 데이터 핏팅 (fitting) 에 사용하였다.
부피 분획 SMDS-B 15℃에서의 밀도, kg/m3 측정된 어는점, ℃ (FP측정) 선형 모형으로부터의 어는점, ℃ (FP선형) FP선형 - FP측정, ℃
0.000 800.8 -52.0 -52.0 0
0.05 797.6 -52.0 -52.1 -0.1
0.15 791.2 -54.5 -52.2 2.8
0.25 784.8 -54.5 -52.4 2.1
0.39 775.3 -57.5 -52.6 4.9
0.60 762.4 -62.0 -52.9 9.1
0.75 752.6 -65.0 -53.1 11.9
0.80 749.0 -59.0 -53.2 5.8
1.000 736.1 -53.5 -53.5 0
실시예 4
하나의 혼합물을 SMDS-B 및 제트 연료 J4 (서로 현저하게 다르지 않은 어는점을 갖는 연료임) 로 제조하였다. 선형 모형 및 실제 어는점 사이의 양수의 편차는 4℃ 보다 조금 컸다.
부피 분획 SMDS-B 15℃에서의 밀도, kg/m3 측정된 어는점, ℃ (FP측정) 선형 모형으로부터의 어는점, ℃ (FP선형) FP선형 - FP측정, ℃
0.00 797.1 -53.0 -53.0 0
0.30 778.6 -57.5 -53.2 4.3
1.00 736.1 -53.5 -53.5 0
실시예 5
하나의 혼합물을 SMDS-B 및 직류 케로센 S1 (후자는 더 좋은 (더 낮은) 어는점을 가짐) 로 제조하였다. 표 8은 선형 모형과 실제 어는점 사이의 양수의 편차는 12.7℃이었고, 혼합물의 어는점은 순수 S1의 어는점보다 9℃ 더 낮다는 것을 보여준다.
부피 분획 SMDS-B 15℃에서의 밀도, kg/m3 측정된 어는점, ℃ (FP측정) 선형 모형으로부터의 어는점, ℃ (FP선형) FP선형 - FP측정, ℃
0.00 827.5 -61.0 -61.0 0
0.50 782.2 -70.0 -57.3 12.7
1.00 736.1 -53.5 -53.5 0
상기 실시예는 혼합 성분 양자 모두의 어는점보다 더 낮은 어는점을 보이는 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 및 석유 유래 케로센의 혼합물이 있음을 보여주었다. 이는 서로 현저하게 다른 어는점을 갖는 케로센 SMDS-A 및 SMDS-B 양자 모두에 대하여 관찰되었다. 그것은 핏셔-트롭쉬 유래 케로센이 두 성분 중 더 낮거나 더 높은 어는점을 가지는 시스템에서 나타났다. 이들 비선형성 및 시작 물질에 비교한 개선은 기대되지 않았던 것이다.
그러므로, 제트 연료와 같은 석유 유래 케로센으로의 핏셔-트롭쉬 유래 케로센의 도입은 유동-개선 또는 왁스 항-안정화 첨가물의 추가의 필요성 없이 저온 유동 연료를 제공할 수 있을 것이다. 그것은 더 쉬운 혼합 작업 (열을 필요로 하지 않음) 일 것이고, 낮은 작동 온도에서 엔진 시스템에 고장을 일으키는 성향이 없는 연료를 생산할 수 있을 것이다. 상기 연료는 또한 성능을 개선하는 고유의 연소 및 발산을 가질 것이다.

Claims (10)

  1. 석유 유래 케로센 연료 및 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물로서, 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 중량비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하며, 임의로 조성물의 어는점이 상기 석유 유래 케로센 연료 및 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 양자 모두의 어는점보다 더 낮은 연료 조성물.
  2. 석유 유래 케로센 연료 및 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물로서, 조성물의 어는점은 상기 석유 유래 케로센 연료 및 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 양자 모두의 어는점보다 더 낮으며, 임의로 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료는 1:1 초과의 중량비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하는 연료 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비가 1:1 내지 4:1의 범위에 있는 연료 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비가 1:1 내지 3:1의 범위에 있는 연료 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로 센 연료가 연료 조성물 내에 0.1 내지 99.9%v의 양으로 존재하는 연료 조성물.
  6. 석유 유래 케로센 연료의 어는점 미만으로 연료 조성물의 어는점을 낮추기 위한, 석유 유래 케로센 연료의 어는점보다 더 높은 어는점을 갖는 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의, 석유 기재 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물 내에서의 용도.
  7. 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의 어는점 미만으로 연료 조성물의 어는점을 낮추기 위한, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의 어는점보다 더 높은 어는점을 갖는 석유 유래 케로센 연료의, 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료를 포함하는 연료 조성물 내에서의 용도.
  8. 연료 조성물 내에서 어는점 강하제로서의 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료의 용도.
  9. 제트 엔진 또는 디젤 엔진 및/또는 하나 이상의 상기 엔진으로 구동되는 항공기를 작동하는 방법으로, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 연료 조성물을 상기 엔진으로 도입시키는 것을 포함하는 방법.
  10. 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료와 석유 유래 케로센 연료를 혼합하는 것을 포함하는 연료 조성물의 제조를 위한 공정으로, 상기 핏셔-트롭쉬 유래 케로센 연료 는 1:1 초과의 비로 노르말-파라핀 및 이소-파라핀을 함유하는 공정.
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