KR20130097738A

KR20130097738A - 고옥탄 항공 연료 조성물

Info

Publication number: KR20130097738A
Application number: KR1020137005109A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 헤미가우스; 윌리암 카넬라
Original assignee: 셰브런 유.에스.에이.인크.
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2013-09-03
Also published as: MX2013000739A; JP2013532753A; AU2011283181B2; CA2802698C; JP5723006B2; EP2598617A1; CA2802698A1; WO2012015506A1; EP2598617A4; US8324437B2; US20120029251A1; AU2011283181A1; EP2598617B1

Abstract

C₄ 내지 C₁₀ 범위의 탄소수를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 함유하는 무연 항공 연료 조성물은 적어도 98의 MON를 갖는 연료를 산출하도록 충분한 m-자일렌을 추가로 함유한다. 제조 방법은 또한, m-자일렌 풍부한 액체를 알킬레이트와 혼합하여 무연 항공 연료 조성물을 생산하기 위해 제공된다.

Description

고옥탄 항공 연료 조성물{HIGH OCTANE AVIATION FUEL COMPOSITION}

본 발명은 연료, 특히 항공 가솔린 (항공 연료) 제형에 관한 것이고, 이는 감소량의 테트라에틸 납을 함유한다.

항공 가솔린 (항공 연료)는 일반적으로 항공 알킬레이트 베이스 연료 및 납 기반 부가 패키지를 함유한다. 종래의 항공 연료 제형은 경질 알킬레이트, 톨루엔, C₄ 내지 C₅ 파라핀 및 테트라에틸 납을 함유한다. 현재 제형은 75-92 vol. % 경질 알킬레이트, 5-18 vol. % 톨루엔, 3-20 vol. % C₄ 내지 C₅ 파라핀 및 2-4 ml/갤런 테트라에틸 납 (TEL)을 포함한다. 산업 표준 등급 100 항공 가솔린은 최대 4 ml의 TEL/갤런 연료를 함유하고, 한편, 등급 100LL (낮은 납) 항공 가솔린은 최대 2 ml TEL/갤런 연료를 함유한다. 테트라에틸 납은 항공 알킬레이트 기준 연료의 노킹방지 특성에 대해 항공 연료의 노킹방지 특성을 향상시키기 위해 옥탄 부스터로서 종래에 첨가된다. 항공 가솔린에 대한 명세는 ASTM D910-07a에서 상술되어 있다. 등급 100 항공 가솔린 및 등급 100LL 항공 가솔린은 명세에 기재된 특성을 갖는 2 등급의 항공 가솔린이다.

연료, 특히 자동차 가솔린에서의 테트라에틸 납의 사용은, 건강 및 환경 관심 뿐만 아니라 자동차 촉매 컨버터에서 촉매 피독 영향에 부분적으로 기인하여 여러 해 동안 제한되었다. 항공 가솔린이 테트라에틸 납을 함유하는 것이 허용되었던 것은, 적합한 대체물이 현재 선단의 항공기 엔진이 적당하게 작동하도록 허용하는 적합한 노킹방지를 갖는 것으로 발견되지 않았기 때문이었다. 현대 미국 조절(U.S. regulation)은 4.0 ml TEL/갤런으로 항공 연료에서 최대 양의 테트라에틸 납을 설정했다. 그럼에도 불구하고 테트라에틸 납의 계속적인 사용은 완전히 해결되지 못한 환경 및 건강 관심이 남긴다. 따라서 항공 가솔린에서 테트라에틸 랍의 사용에 대한 추가 제한 또는 억제의 가능성이 존재한다.

테트라에틸 납의 사용에 대한 대안은 공지되어 있다. 예를 들면, 메틸사이클로펜타디에닐 망간 트리카보닐 (MMT)이 대략 1975년 이래로, 먼저 유연 제제에 대한 보충물로서, 및 그 다음 무연 가솔린을 생성하기 위한 대체물로서 자동차 연료에서 노킹방지제로서 사용되었다. 그러나, MMT를 사용하여 원하지 않는 배출물의 생성에 관한 의문이 또한 대두되었다.

하나의 가능한 선택은 이소파라핀, 주로 2,2,4-트리메틸펜탄 또는 "이소-옥탄"의 혼합물을 형성하기 위해 디-이소부틸렌을 수소화하는 것이다. 그 다음, 그와 같은 공정으로부터 유래된 이소-옥탄은 적합한 항공 가솔린 조성물을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

방향족 아민 및 알킬 에테르가 테트라에틸 납에 대한 대체물로서 제안되었다. 이들은 항공 가솔린 첨가물로서 환경 및 성능 제한을 갖는 것으로 또한 발견되었다.

테트라에틸 납의 사용에 대해 놓여진 현재의 제한의 관점에서, 감소된 수준의 납을 함유하거나 납 기반 첨가물의 존재를 필요로 하지 않는 항공 연료 조성물을 생산하는 것이 바람직하다.

따라서, 첨가된 납이 없고 적어도 98의 MON를 가지며 탄소수 C₄ 내지 C₁₀ 범위를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 갖는 m-자일렌 혼합물을 포함하는 항공 연료 조성물이 제공된다.

또한, m-자일렌을, 탄소수 C₄ 내지 C₁₀ 범위를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소와 혼합하여 적어도 98의 MON를 갖는 항공 연료를 생성하는 것을 포함하는 무연 항공 연료 조성물을 생산하는 공정이 제공된다.

도 1은 첨가된 방향족화합물의 변화량 및 유형을 갖는 대표적인 항공 가솔린의 MON의 변화를 설명하는 데이터를 보여준다.
도 2는 첨가된 방향족화합물의 변화량을 갖는 대표적인 항공 가솔린의 상채 MON의 변화를 설명하는 데이터를 보여준다.

본 발명은 높은 자동차 옥탄가 (MON)를 갖는 항공 연료 조성물을 제공한다. 연료 조성물은 실질적으로 첨가된 납이 없고; 일부 구현예들에서, 조성물은 납이 없고; 일부 구현예들에서, 조성물은 첨가된 테트라에틸 납을 함유하지 않는다. 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 ASTM D910-07a: Standard Specification for Aviation Gasolines의 명세에 부합하거나 초과한다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 상기 명세서에서 약술된 바와 같이 등급 100LL 항공 연료에 대한 대체물로서 적합하다.

용어 "항공 가솔린", 또는 대안적으로, "항공 연료"는 왕복 가솔린 불꽃 점화 엔진에 의해 동력을 얻는 항공기에 연료를 공급하는데 적합한 특정 특성을 갖는 가솔린을 의미하는 것으로 의도된다.

용어들 "자공차 옥탄가" 및 "연구 옥탄가"는 연료 분야에 공지되어 있다. 당해분야에 또한 공지된 바와 같이, 항공 연료는 자동차 옥탄가 (MON)에 따라 특징이 부여되고; 자동차 연료는 MON에 의해 특징이 부여되며, 미국에서, 연구 옥탄가 (RON) 및 MON의 합은 2로 나누어지고, 즉, (RON+MON)/2이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "자동차 옥탄가 "는 ASTM D2700-09를 의미하고; 용어 "연구 옥탄가"는 ASTM D2699-09를 의미한다.

어구 "높은 자공차 옥탄가"는 하기 범위 중의 하나 내의 자동차 옥탄가를 의미하는 것으로 의도된다: 적어도 96; 또는 적어도 98; 또는 적어도 100.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어들 "탄화수소" 또는 "탄화수소함유" 또는 "석유"는 원유, 천연가스 또는 생물학적 과정으로부터 기원하는 탄소성 물질을 의미하는 것으로 상호교환적으로 사용된다.

본원에서 사용된 바와 같이, "파라핀"는 선형 또는 분지형 포화 탄화수소를 의미한다. 예를 들면, C₈ 파라핀은 8개의 탄소 원자/분자를 갖는 선형 또는 분지형 탄화수소이다. 노말 옥탄, 메틸헵탄, 디메틸헥산, 트리메틸펜탄은 C₈ 파라핀의 예들이다. 파라핀 함유 공급물은 포화 탄화수소, 예컨대 노말 파라핀, 이소파라핀, 및 이들의 혼합물을 포함한다.

지방족 탄화수소는 직쇄, 분지쇄, 또는 비-방향족 고리에서 함께 결합되고 단일결합, 이중결합, 또는 삼중결합에 의해 결합된 수소 원자 및 탄소 원자의 분자를 특징으로 한다. 포화 탄화수소는 단일결합에 의해 함께 결합된 탄소원자만을 특징으로 한다. 탄소수 C₄를 갖는 포화 탄화수소는 4개의 탄소 원자/분자를 갖는 것을 특징으로 한다. C₄ 탄화수소의 대표적인 예들은 n-부탄 및 메틸프로판을 포함한다. 탄소수 C₁₀을 갖는 포화 탄화수소는 10개의 탄소 원자/분자를 갖는 것을 특징으로 한다. n-데칸 및 메틸-, 에틸- 및 프로필 치환된 이성질체들을 포함하는 다수의 C₁₀ 이성질체들이 있다. 탄소수 C₄ 내지 C₁₀ 범위를 갖는 탄화수소는 4 내지 10개의 탄소 원자/분자를 갖는 것을 특징으로 한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 분지형 탄화수소는 긴 탄소 사슬을 따라 분지를 제공하는 짧은 탄화수소 치환체 (예를 들면 C₁-C₃ 치환체)를 갖는다. 예를 들면, 2-메틸부탄은 4개의 탄소 사슬 중 두 번째 탄소 상에 단일 메틸 분지를 갖는다. 포화 분지형 지방족 탄화수소는 수소 원자, 및 단일결합에 의해 원자들의 사슬에 결합되고 적어도 하나의 분지 치환체를 포함하는 탄소 원자로 이루어진다. 비-제한적인 예시적인 포화 분지형 지방족 탄화수소는 2,2,4-트리메틸펜탄이다. 액체 탄화수소는 주위 온도 및 압력에서 액체인 탄화수소를 의미한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 탄화수소의 탄소수 값 (즉 C₅, C₆, C₈, C₉ 등)은 표준 기체 크로마토그래피 방법들에 의해 측정될 수 있다.　

본원에서 사용된 바와 같이, 용어들 p-자일렌, 파라-자일렌, 및 PX는 자일렌의 파라-이성질체를 나타내기 위해 상호교환적으로 사용된다. 마찬가지로, 용어들 m-자일렌, 메타-자일렌, 및 MX은 자일렌의 메타-이성질체를 나타내기 위해 상호교환적으로 사용되고; 용어들 o-자일렌, 오르토-자일렌, 및 OX은 자일렌의 오르토-이성질체를 나타내기 위해 상호교환적으로 사용된다.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "혼합하는"는 성분으로서 첨가하는 것을 의미하고; 용어 "혼합물"은 성분으로 첨가된 어떤 것을 의미한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 비점 온도 및 비점 온도 범위는, 달리 나타내지 않으면, 기체 크로마토그래피에 의해 석유 분획의 비등 범위 분포에 대한 ASTM D-86 표준 시험 방법을 기반으로 한다.　 중간-비점은 ASTM D-86 증류를 기반으로 한 50 용적 % 비등 온도로서 정의된다.　

달리 나타내지 않으면, 어구 "실질적으로 없는"은, 특별히 특정된 성분이 항공 연료 조성물에 의도적으로 첨가되지 않는다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 구현예들에서, 중량 기준으로, "실질적으로 없는"은, 0.3 wt. % 미만; 또는 0.15 wt. % 미만; 또는 0.05 wt. % 미만의 특정 화합물이 배합된 항공 가솔린 조성물에 존재한다는 것을 의미한다. 구현예들에서, 용적 기준으로, "실질적으로 없는"은, 0.3 vol. % 미만; 또는 0.15 vol. % 미만; 또는 0.05 vol. % 미만의 특정 화합물이 배합된 항공 가솔린 조성물에서 존재한다는 것을 의미한다.

테트라에틸 납 및 다른 납 기반 첨가물에 대해, "실질적으로 없는 "은 0.1 ml 미만/갤런; 또는 0.05 ml 미만/갤런의 테트라에틸 납 및/또는 그와 같은 첨가물이 배합된 항공 가솔린 조성물에서 존재한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.

화합물들, 예컨대 MTBE, 에틸 t-부틸 에테르 (ETBE) 및 t-아민 메틸 에테르 (TAME)에 대해, "실질적으로 없는"은, 0.3 vol. % 미만; 또는 0.15 vol. % 미만; 또는 0.05 vol. % 미만이 조성물에서 존재한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.

용어 "이소-옥탄"는 연료 분야세 종래에 인식되어 있고, 본 명세서에서 2,2,4-트리메틸펜탄을 의미한다. 이소-옥탄은 100의 자동차 옥탄가를 갖는 것으로 추가로 정의된다.

항공 연료 조성물은 적어도 98의 자동차 옥탄가를 갖는다. 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 하기 범위 중의 하나로 자동차 옥탄가를 갖는다: 적어도 99; 또는 적어도 100; 또는 101 내지 111; 또는 102 내지 110.

구현예들에서, 항공 연료 조성물은 하기 범위 중 하나 내로 m-자일렌의 양을 함유한다: 적어도 10 wt. %의 m-자일렌; 또는 적어도 30 wt. %의 m-자일렌; 또는 적어도 50 wt. %의 m-자일렌; 또는 적어도 60 wt. %의 m-자일렌; 또는 70 wt. % 내지 90 wt. % 범위의 m-자일렌. 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 10 wt. % 미만의 p-자일렌 또는 5 wt. % 미만의 p-자일렌을 함유한다. 마찬가지로, 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 10 wt. % 미만의 o-자일렌 또는 5 wt. % 미만의 o-자일렌을 함유한다.

m-자일렌은, 예를 들면, 개질 공정으로부터 리포르메이트의 성분으로서 회수될 수 있다.

개질은 하나 이상의 촉매의 존재에서 탄화수소, 석유 및 다른 생물학적 유래 물질을 포함하는 액체 공급 물질의 화학 반응이고, 이로써, 예를 들면, 항공 연료, 자동차 연료, 방향족화합물 (예를 들면 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 에틸벤젠), 뿐만 아니라 수소를 포함하는 높은 옥탄 산물이 생성된다. 촉매 개질이 수반된 반응은 나프타(naphtha) 범위 탄화수소의 탈수소고리화, 이성질체화 및 탈수소화를 포함하고, 선형 및 약간의 분지형 알칸의 탈수소고리화 및 탈수소화 및 사이클로파라핀의 탈수소화로 방향족화합물이 생성된다.

개질은 일반적으로 수소의 연관된 생성을 갖는 나프타 비점 범위 공급물의 옥탄을 증가시키는 촉매 공정이다. 촉매는 액체, 증기, 또는 혼합된 상, 및 상향, 하향 또는 방사상 흐름으로 통과될 수 있는 반응 구역 내에서 고정층으로서 위치한 필(pill), 펠렛, 과립, 부서진 단편, 또는 다양한 특별한 형상의 형태로 이용될 수 있다. 대안적으로 이동층 또는 유동 고형 공정으로 사용될 있고, 여기서, 충전 공급물은 미분된 촉매의 와류층을 통해 상향으로 통과된다. 고정층 시스템에서, 공급원료는 원하는 반응 온도로 (어떤 적합한 가열 수반에 의해) 예열되고, 그 다음 촉매의 고정층을 함유하는 반응 구역에 통과된다. 이러한 반응 구역은 반응기 입구에서 원하는 온도를 유지하기 위해 적합한 수단을 갖는 하나 이상의 별개의 반응기일 수 있다. 온도가 유지되어야 하는 것은, 개질 반응이 원래 흡열이기 때문이다.

개질 촉매는 촉매 개질 활성을 갖는 것으로 공지된 어떤 촉매일 수 있다. 구현예들에서, 촉매는 산화물 지지체 상에 위치한 VIII족 금속을 포함한다. VIII족 금속의 예는 백금 및 팔라듐을 포함한다. 촉매는 조촉매, 예컨대 레늄, 주석, 게르마늄, 코발트, 니켈, 이리듐, 텅스텐, 로듐, 루테늄, 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 조촉매 금속은 레늄 또는 주석이다. 이들 금속은 지지체, 예컨대 알루미나, 실리카/알루미나, 또는 실리카 상에 위치한다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 지지체는 알루미나이다. 지지체는 천연 또는 인공 제올라이트를 또한 포함할 수 있다. 촉매는 0.1 내지 3 중량 퍼센트 클로라이드, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량 퍼센트 클로라이드를 또한 포함할 수 있다. 촉매는, 조촉매 금속을 포함하면, 0.5:1 내지 10:1 또는 1:1 내지 6:1의 조촉매 대 백금 비를 제공하도록 충분한 조촉매 금속을 적당하게 포함한다.

개질 반응 조건은 약 800℉ 내지 약 1100℉ 범위의 온도, 70 psig 초과 내지 약 400 psig 범위의 압력, 및 약 0.5 hr^-1 내지 약 5 hr^-1 LHSV 범위의 공급 속도를 포함한다. 일부 구현예들에서, 압력은 약 200 psig 내지 약 400 psig 범위이다.

개질 공정으로부터 회수된 높은 옥탄 리포르메이트는 항공 연료 조성물에서 사용하기에 적합하다. 높은 옥탄 리포르메이트는 80 초과의 MON를 갖는다. 구현예들에서, 높은 옥탄 리포르메이트는 하기 범위 중의 하나로 MON를 갖는다: 80 내지 97; 또는 83 내지 97; 또는 85 내지 97; 또는 87 내지 95.

높은 옥탄 리포르메이트는 0℃ 내지 300℃의 범위 내로 비점 범위를 갖는다. 구현예들에서, 높은 옥탄 리포르메이트는 25℃ 내지 250℃의 범위 내, 또는 30℃ 내지 230℃의 범위 내의 비점을 갖는다.

항공 연료 조성물은 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 추가로 포함한다. 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 총 항공 연료 조성물을 기준으로 하기 범위들: 많아야 50 wt. %; 또는 많아야 40 wt. % 중의 하나 내의 포화된 분지형 지방족 탄화수소의 양; 또는 10 wt. % 내지 30 wt. % 범위 내의 포화된 분지형 지방족 탄화수소의 양을 함유한다.

포화된, 분지형 지방족 탄화수소는 일반적으로 C₄ 내지 C₁₂ 범위이다. 구현예들에서, 포화된, 분지형 지방족 탄화수소는 C₄ 내지 C₁₀ 범위, 또는 C₄ 내지 C₉ 범위, 또는 C₆ 내지 C₉ 범위이다. 구현예들에서, 적어도 85 wt. %, 또는 적어도 90 wt. %, 또는 적어도 95 wt. %의 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 C₄ 내지 C₁₀ 범위; 또는 C₄ 내지 C₉ 범위; 또는 C₆ 내지 C₉ 범위이다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 95 wt. % 내지 99.9 wt. %의 탄화수소는 C₄ 내지 C₁₀ 범위이다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 95 wt. % 내지 99.9 wt. %의 탄화수소는 C₆ 내지 C₉ 범위이다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 적어도 40 wt. %; 또는 적어도 50 wt. %는 C₈ 범위이다.

포화 분지형 지방족 탄화수소는 일반적으로 0℃ 내지 220℃의 범위 내의 비점을 갖는다. 구현예들에서, 0℃ 내지 175℃의 범위, 또는 50℃ 내지 175℃의 범위 내의 비점을 갖는다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 적어도 85 vol. %의 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 0℃ 내지 220℃의 범위, 또는 20℃ 내지 175℃의 범위, 또는 50℃ 내지 175℃의 범위로 비점을 가지며; 구현예들에서, 85 vol. % 내지 99.9 vol. %의 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 50℃ 내지 175℃의 범위로 비점을 갖는다.

포화 분지형 지방족 탄화수소는 적어도 80의 MON을 갖는다. 구현예들에서, 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 하기 범위들 중의 하나로 MON를 갖는다: 80 내지 101의 범위; 또는 83 내지 101의 범위, 또는 85 내지 100의 범위, 또는 87 내지 100의 범위, 또는 91 내지 100의 범위.

구현예들에서, 항공 연료 조성물은 나프타와의 m-자일렌 혼합물을 함유하고, 상기 나프타는 포화된 분지형 지방족 탄화수소를 포함한다. 나프타는, 일반적으로 석유 정제 조작 동안에 산출된 중요한 산물 중의 하나인 증류 탄화수소함유 분획이다. 나프타는 예를 들면 하기를 포함할 수 있다: 직류 나프타, 방향족 추출 또는 흡착으로부터 파라핀 라피네이트, C₄-C₁₀ 파라핀 함유 공급물, 생체유래 나프타, 피셔 트롭쉬(Fischer Tropsch) 및 메탄올 합성 공정을 포함하는 탄화수소 합성 공정으로부터 나프타, 뿐만 아니라 다른 정제 공정, 예컨대 수소첨가분해 또는 개질 또는 알킬화로부터의 나프타.

나프타는 0℃ 내지 300℃ 범위 내의 비점 범위를 갖는다. 구현예들에서, 나프타는 25℃ 내지 250℃ 범위 내; 또는 30℃ 내지 230℃ 범위 내의 비점 범위를 갖는다.

일반적으로 나프타는, 예를 들면, 선형, 분지형 및 사이클릭 파라핀; 선형, 분지형 및 사이클릭 올레핀; 방향족화합물; 및 옥시져네이트 중 하나 이상과 같은 분자 유형의 범위를 포함한다. 나프타에서 발견될 수 있는 방향족화합물은 벤젠 및 이의 메틸-, 에틸- 및 프로필-치환된 유사체, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 오르토-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌 및 1,3,5-트리메틸벤젠을 포함한다. 구현예에서, 나프타는 적어도 하나의 포화 액체 지방족 탄화수소를 포함한다.

나프타는 80 초과의 MON를 갖는다. 구현예들에서, 나프타는 하기 범위들 중의 하나로 MON를 갖는다: 85 초과, 또는 90 초과. 구현예들에서, 나프타는 하기 범위들 중의 하나로 MON를 갖는다: 80 내지 97의 범위; 또는 83 내지 97의 범위; 또는 85 내지 97의 범위; 또는 87 내지 95의 범위.

구현예들에서, 항공 연료 조성물은 알킬레이트와의 m-자일렌 혼합물을 포함하고, 상기 알킬레이트 포화 분지형 지방족 탄화수소를 포함한다.

구현예들에서, 항공 연료 조성물은 하기 범위: 많아야 50 wt. %; 또는 많아야 40 wt. % 중 하나 내의 알킬레이트; 또는 10 wt. % 내지 30 wt. % 범위 내의 알킬레이트의 양을 함유한다.

알킬레이트는 적어도 75 wt. %의 포화, 분지형 지방족 탄화수소를 함유하는 고급 파라핀 탄화수소 액체이다. 탄소수로 환산하여, 알킬레이트는 C₄ 내지 C₁₂ 범위이다. 구현예들에서, 알킬레이트는 C₄ 내지 C₁₀ 범위, 또는 C₄ 내지 C₉ 범위, 또는 C₆ 내지 C₉ 범위이다. 일부 구현예들에서, 적어도 80 wt. %의 알킬레이트, 또는 적어도 85 wt. %의 알킬레이트, 또는 적어도 90 wt. %의 알킬레이트는 포화 분지형 지방족 탄화수소 C₄ 내지 C₁₀ 범위; 또는 C₄ 내지 C₉ 범위; 또는 C₆ 내지 C₉ 범위이다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 95 wt. % 내지 99.9 wt. %의 알킬레이트는 포화 분지형 지방족 탄화수소 C₄ 내지 C₁₀ 범위이다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 적어도 40 wt. %; 또는 적어도 50 wt. %의 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 C₈ 범위이다. 일 구현예에서, 트리메틸펜탄 이성질체들은 알킬화의 주요 산물이고, 적어도 20 wt. %, 또는 적어도 40 wt. %, 또는 적어도 50 wt. %의 알킬레이트는 하나 이상의 트리메틸펜탄 이성질체들이다. 2,2,4-트리메틸펜탄은 설명적인 트리메틸펜탄 이성질체이다.

일부 그와 같은 구현예들에서, 알킬레이트는 5 wt. % 미만; 또는 2 wt. % 미만; 또는 1 wt. % 미만; 또는 0.5 wt. % 미만 C₈ 방향족화합물을 함유한다.

알킬레이트는 적어도 80의 MON를 갖는다. 구현예들에서, 알킬레이트는 하기 범위 중 적어도 하나의 MON이다: 80 내지 99의 범위; 또는 80 내지 97의 범위; 또는 83 내지 97의 범위; 또는 85 내지 97의 범위; 또는 87 내지 95의 범위.

일반적으로 알킬레이트는 15℃ 내지 200℃ 범위 또는 그 사이의 어떤 범위에서 비등한다. 항공 연료에 대한 예시적인 알킬레이트는 25℃ 내지 150℃ 범위; 또는 30℃ 내지 140℃ 범위; 또는 45℃ 내지 120℃ 범위에서 비등한다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 적어도 85 vol. %의 알킬레이트는 25℃ 내지 150℃ 범위; 또는 30℃ 내지 140℃ 범위; 또는 45℃ 내지 120℃ 범위에서 비등한다.

알킬레이트는 오일 정제소에서 알킬화 단위로 생산될 수 있다. 예를 들면, 알킬레이트는 촉매로서 HF, H₂SO₄, 또는 이온성 액체를 사용하여 생산될 수 있고, 촉매는 작은 파라핀 및 올레핀의 상대적으로 큰 포화된, 분지형 지방족 탄화수소로의 전환을 촉진하기 위해 사용된다. 수소 플루오라이드 촉매를 사용하는 알킬화 단위로부터 생산된 알킬레이트는 적어도 75%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 85%, 또는 적어도 90% 포화된, 분지형 지방족 탄화수소를 함유하고, 나머지는 통상 다른 유기 화합물들, 예를 들면, 직쇄 파라핀, 방향족화합물 등이다. 전형적인 알킬레이트에서의 불순물 수준은 낮다.

일부 구현예들에서, 항공 연료 조성물은 명세서의 증기압 요건에 부합하기 위해 충분한 양으로 저비점 파라핀을 포함한다. 증기압 제어를 위해 포함될 수 있는 예시적인 저비점 파라핀, 예컨대 n-부탄 및 n-펜탄은 직류 또는 FCC 나프타 분획으로 제공될 수 있다. 이소부탄 및 이소펜탄은 알킬레이트 분획으로 공급될 수 있다.

항공 연료 조성물은 항공 연료에 대해 승인된 어떤 첨가물을 또한 포함할 수 있다. 특히, 첨가물 예컨대 칼라 염료, 항-납 침적 형성 화합물들, 산화 억제제, 부식 억제제, 연료 시스템 착빙 억제제 및 정적 소산용 첨가물, 뿐만 아니라 다른 종래의 항공 연료 첨가물이 첨가될 수 있다.

일 구현예에서, 항공 연료 조성물은 실질적으로 알킬 3차 부틸 에테르 화합물들, 예컨대 메틸 3차 부틸 에테르 또는 에틸 3차 부틸 에테르를 포함하는 에테르 화합물이 없다. 구현예에서, 항공 연료 조성물은 실질적으로 지방족 또는 방향족 아민 화합물들을 포함하는 아민 화합물들이 없다. 구현예에서, 항공 연료 조성물은 실질적으로 C₁₂ 이소파라핀의 트리-이소부틸렌 및/또는 다른 이성질체들이 없다.

항공 연료 조성물은 아주 낮은 납 함량을 갖는다. 일부 구현예들에서, 연료 조성물은 실질적으로 납이 없고; 일부 구현예들에서, 조성물은 납이 없고; 일부 구현예들에서, 조성물은 첨가된 납이 없고, 예컨대 첨가된 테트라에틸 납이 없다.

항공 연료 조성물은 적어도 98의 MON를 갖는 항공 연료를 산출하기 위해 C₄ 내지 C₁₀ 범위의 탄소수를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소와 배합하여 제조된다. 구현예들에서, 이 공정은 포화된 분지형 지방족 탄화수소, 또는 포화된 분지형 지방족 탄화수소를 함유하는 액체를, m-자일렌, 또는 m-자일렌을 함유하는 액체와 배합하여, 적어도 98의 MON, 또는 적어도 99, 또는 적어도 100을 갖는 항공 연료 조성물을 생산하는 것을 포함한다. 구현예들에서, 연료 조성물은 포화된 분지형 지방족 탄화수소를 포함하는 나프타를 m-자일렌 또는 m-자일렌을 함유하는 액체를 배합하여 제조된다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 나프타는 고옥탄 리포르메이트를 포함한다. 일부 그와 같은 구현예들에서, 나프타는 알킬레이트를 포함한다. m-자일렌은 나프타와 혼합되어 적어도 1 옥탄가, 또는 적어도 3 옥탄가, 또는 적어도 5 옥탄가, 또는 적어도 10 옥탄가까지 MON을 증가시킨다. MON의 원하는 증가를 달성하기 위해, 적어도 10 wt. %의 m-자일렌은 나프타와 혼합된다. 구현예들에서, 적어도 30 wt. %, 또는 적어도 50 wt. %, 및 심지어 70 wt. % 내지 90 wt. % 범위의 m-자일렌은 나프타와 혼합된다.

m-자일렌은 순수한 형태의 m-자일렌으로서 또는 m-자일렌 풍부한 액체 형태로 나프타에 공급될 수 있다. 일반적으로 적합한 m-자일렌 풍부 액체는 적어도 50 wt. %의 m-자일렌을 포함한다. 구현예들에서, m-자일렌 풍부 액체는 적어도 60 wt. %의 m-자일렌, 또는 적어도 70 wt. %의 m-자일렌을 포함한다. 90 wt. %의 m-자일렌 내지 99.9 wt. %의 m-자일렌의 범위를 함유하는 m-자일렌 풍부 액체는 항공 연료 조성물용 m-자일렌을 제공하기에 적합하다.

m-자일렌을 제조하기 위한 이용가능한 공정들은 당해분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 일 구현예에서, m-자일렌은 나프타 스트림의 개질 동안에 생성된다. 일반적으로 개질 동안에 생성된 m-자일렌은 아주 낮은 농도이고, 추가 과정은 상대 m-자일렌 농도의 증가로 나타날 수 있다. 예를 들면, m-자일렌은 리포메이트(reformate)의 분별 증류, 분별 결정 또는 흡착에 의해 농축될 수 있다. 구현예들에서, 자일렌-풍부 스트림은 약 24 wt. % 파라-자일렌, 약 54 wt. % 메타-자일렌 및 약 22 wt. % 오르토-자일렌의 평형 양으로 파라-자일렌, 오르토-자일렌 및 메타-자일렌을 함유한다. 일 구현예에서, m-자일렌은 크로마토그래피 분리를 사용하여 농축된다. 또 하나의 구현예에서, p-자일렌은 분별 결정 또는 흡착에 의해 평형 혼합물로부터 농축되는데, 이는 바람직하게는 고형물로서 파라-자일렌을 분리하고, 항공 연료 조성물에 사용하기 위한 메타-자일렌 풍부 스트림을 남긴다. 다른 구현예들에서, 혼합 자일렌 생성물은 톨루엔의 불균화에 의해 제조되고; m-자일렌 풍부한 액체의 회복은 상기에 기재된 바와 같이 진행한다.

실시예

실시예 1

알킬레이트는 표 I에서 열거된 분석 결과로 분석되었다.

실시예 2

실시예 1과 유사한 알킬레이트 (MON = 90.6; 0.19 wt. % 방향족화합물)는 10% 내지 90% 방향족 함량의 비로 표 II에서 열거된 방향족화합물과 블렌딩되었다. 배합물의 수득한 MON 값들은 도 1에서 블롯팅된다. 베이스 알킬레이트와 배합된 메타-자일렌 및 1,3,5 TMB는 최저 농도에서 100 MON를 달성한다.

각각의 혼합물에 대해, 하기 비가 계산되었다:

상대 MON = MON_실제/MON_예측,

여기서:

예측된 MON = (MON_{알킬레이트} + %_방향족 * (MON_방향족-MON_{알킬레이트}))

MON_{알킬레이트} = 90.6

%_{방향족화합물} = 분획으로서 표현된 혼합물 중 방향족화합물의 총량

MON_{방향족화합물} = 표 II에서 열거된 순수한 방향족화합물의 MON.

그 결과는 2에서 설명된다. 놀랍게도, 결과는, m-자일렌이 다른 C₈ 방향족 이성질체들 (오르토-자일렌, 에틸벤젠), 및 자일렌 이성질체들의 혼합물 ("혼합된" 자일렌)을 포함하는 다른 방향족화합물로부터 아주 상이한 형상의 반응 곡선을 갖는다는 것을 보여준다. 40% m-자일렌의 농도에서, 놀랍게도, 상대 MON는 급격하게 상승하기 시작한다. 또한, 시험된 방향족화합물 중에서 m-자일렌만이 순수한 성분의 MON 값으로부터 예측된 상기 MON를 가졌다.

Claims

첨가된 납이 없고 적어도 98의 MON를 가지며, C₄ 내지 C₁₀ 범위의 탄소수를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 갖는 m-자일렌 혼합물을 포함하는, 항공 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 적어도 99의 MON을 갖는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 100 내지 110 범위의 MON을 갖는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 적어도 30 wt.%의 m-자일렌을 함유하는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 적어도 50 wt.%의 m-자일렌을 함유하는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 70 wt.% 내지 90 wt.% 범위의 m-자일렌을 함유하는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 5 wt. % 미만의 o-자일렌을 함유하는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 포화된 분지형 지방족 탄화수소의 적어도 85 wt.%는 C₆ 내지 C₉ 범위의 탄소수를 갖는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 80 내지 97 범위의 MON을 갖는, 연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 포화된 분지형 지방족 탄화수소는 알킬레이트의 성분인, 연료 조성물.
제10항에 있어서,
상기 알킬레이트의 적어도 80 wt.%는 C₄ 내지 C₁₀ 탄화수소 범위인, 연료 조성물.
제10항에 있어서,
상기 알킬레이트는 적어도 50 wt. %의 포화 분지형 지방족 C₈ 탄화수소를 포함하는, 연료 조성물.
제10항에 있어서,
상기 알킬레이트는 5 wt. % 미만의 C₈ 방향족화합물을 포함하는, 연료 조성물.
m-자일렌과, C₄ 내지 C₁₀ 범위의 탄소수를 갖는 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 혼합하여 적어도 98의 MON을 갖는 항공 연료를 제조하는 단계를 포함하는 무연 항공 연료 조성물의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 제조 방법은 적어도 50 wt. %의 m-자일렌을 함유하는 m-자일렌이 풍부한 스트림을 적어도 하나의 포화 분지형 지방족 탄화수소를 함유하는 알킬레이트와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는, 무연 항공 연료 조성물의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 제조 방법은 m-자일렌이 풍부한 스트림을 80 내지 97 범위의 MON을 갖는 알킬레이트와 혼합하여 알킬레이트의 MON보다 적어도 3보다 더 높은 MON을 갖는 항공 연료를 생산하는 단계를 추가로 포함하는, 무연 항공 연료 조성물의 제조 방법.