RU2354683C2

RU2354683C2 - Добавки к дизельному топливу, содержащие церий или марганец и моющие присадки

Info

Publication number: RU2354683C2
Application number: RU2007121261/04A
Authority: RU
Inventors: Джозеф В. РОСС (US); Джозеф В. РОСС; Данкан РИЧАРДСОН (GB); Данкан РИЧАРДСОН; Дэвид Джон КЛЭЙДОН (GB); Дэвид Джон КЛЭЙДОН
Original assignee: Афтон Кемикал Корпорейшн
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2009-05-10
Also published as: US20080066375A1; CN101148618B; EP1905813A3; EP1905813A2; RU2007121261A; TR200702712A1; CN101148618A

Abstract

Изобретение относится к добавкам к дизельному топливу. Описаны способ улучшения эффективности дизельного топлива для двигателя внутреннего сгорания, добавка к топливу, способ улучшения стабильности дизельного топлива, способ улучшения сгорания в дизельном двигателе, способ снижения дыма при сгорании в дизельном двигателе, способ улучшения растворимости металлорганической добавки к дизельному топливу, способ снижения мутности дизельного топлива, способ уменьшения засорения топливных фильтров в транспортном средстве, способ улучшения деэмульгирования добавки к топливу, пакет добавок к топливу, способ уменьшения пены в дизельном топливе, система понижения токсичности выхлопа для окончательной обработки потока выхлопных газов процесса сгорания дизельного топлива, способ улучшения системы понижения токсичности выхлопа для окончательной обработки потока выхлопных газов процесса сгорания дизельного топлива, применение пакета добавок к дизельному топливу. Технический результат - обеспечение улучшенного сгорания и улучшенной стабильности товарного дизельного топлива. 14 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к добавкам к дизельному топливу для обеспечения его улучшенного сгорания и улучшенной стабильности товарного дизельного топлива.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Наночастицы оксида кремния были использованы в дизельных топливах в качестве катализатора для конвертеров с целью удаления токсического выброса выхлопных газов. Оксид церия также показал эффективность для снижения выбросов из дизельных двигателей аэрозолей или твердых частиц. Катализатор Envirox™ Fuel Born представляет собой присадку, улучшающую свойства топлива, которая снижает расход топлива, а также уменьшает выбросы вредных выхлопных газов.

Была обнаружена эффективность определенных металлорганических соединений в качестве веществ, улучшающих сгорание, для дистиллятного топлива, такого как печное топливо и аналогичное. Например, патент США № 3112789 описывает использование циклопентадиенил-трикарбонила марганца для данной цели, а соединение метилциклопентадиенил-трикарбонила марганца (MMT) продавали в форме раствора в углеводородном растворителе в качестве присадки, улучшающей сгорание, для дистиллятного топлива данного типа. Бис(циклопентадиенил)железо также было рекламировано и продавалось в качестве вещества, улучшающего сгорание для использования в таком топливе.

Патенты США № 3883320 и 3891401 описывают добавление солей переходного металла, такого как марганец, и щелочно-земельного металла, такого как кальций, в топливо для реактивных двигателей для уменьшения отложений и дыма. Данные патенты требуют, чтобы массовое отношение марганец/кальций составляло примерно 5/1 и объединенные количества металлов находились в диапазоне от 200 до 600 ч/млн (от 200 до 500 ч/млн в '401 патенте).

Однако при составлении рецептур дизельного топлива с определенным пакетом добавок могут возникнуть трудности, в результате приводящие к помутнению, образованию осадка, нерастворимости, неудовлетворительной экономии топлива и недостаточному снижению дыма. Возникла необходимость в растворимом в топливе пакета добавок к углеводородным топливам, которая не только способна снизить количество сажи, дыма и углеродных продуктов, образующихся при сгорании топлива, но и способна улучшить растворимость в топливе и увеличить экономию топлива, происходящую в результате сгорания топлива. Для удовлетворения данной необходимости также важно предоставить добавку, которая предотвращает или, по меньшей мере, ингибирует осаждение осадка на критических частях или поверхностях двигателя или горелки и которая предлагает композиции топлива, обладающие удовлетворительными физическими свойствами, такими как термическая стойкость и стабильность при хранении. Также весьма желательно предоставить пакет добавок, который способен снизить или подавить количество ядовитых выбросов (например, окиси углерода, несгоревших углеводородов, полиароматических углеводородов и/или твердых частиц), образующихся при использовании топлива в двигателе или горелке или аналогичном топливном устройстве. Предложение пакета добавок, способного снизить расход топлива, также является наиболее желательной целью. Следовательно, существует необходимость в улучшенной добавке к дизельному топливу и пакета добавок к дизельному топливу, который обеспечивает улучшенное сгорание, улучшенную растворимость металлорганических добавок к топливу, пониженную мутность, улучшенное снижение дыма и увеличенную экономию топлива.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленный здесь вариант осуществления на практике предлагает пакет добавок к дизельному топливу, содержащий источник церия, такой как частицы или наночастицы оксида церия, и моющую присадку к дизельному топливу.

В одном варианте осуществления пакет добавок к дизельному топливу содержит наночастицы оксида церия, присадку, повышающую цетановое число, моющую присадку к дизельному топливу и деэмульгатор. Более конкретно, другой вариант осуществления может содержать частицы или наночастицы оксида церия, моющую присадку/диспергатор к дизельному топливу, содержащую алкилированный (HR/PIB) сукцинимидный полиамин и присадку, повышающую цетановое число (например, 2-этилгексилнитрат), деэмульгатор, а также может содержать дезактиватор металла.

В одном варианте осуществления пакет добавок, содержащий частицы или наночастицы оксида церия, можно использовать для обработки дизельного топлива при дозировке примерно от 1 до 200 ч/млн в дизельном топливе. Более высокие и более низкие уровни оксида церия будут желательны для определенных областей использования.

Пакет добавок к дизельному топливу по настоящему изобретению также может содержать смешанные металлсодержащие улучшающие сгорание присадки, такие как соединения, сплавы или смеси церий/марганец и церий/марганец/железо. Один вариант осуществления настоящего изобретения использует сплавы двух или более металлов в виде, или включающих, наночастицы для улучшенной растворимости или диспергируемости в топливе.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения предлагает дизельное топливо, содержащее наночастицы оксида церия, присадку, повышающую цетановое число, моющую присадку и деэмульгатор с низким содержанием фосфора.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения представлен метод улучшения эффективности дизельного топлива для двигателя внутреннего сгорания, который включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают способы улучшения эффективности дизельного топлива (экономии топлива), способ улучшения стабильности дизельного топлива, способ снижения дыма, образующегося при сгорании в дизельном двигателе, способ улучшения растворимости металлорганической добавки к топливу, способ снижения мутности в дизельном топливе, содержащем добавки к дизельному топливу, способ уменьшения пены в дизельном топливе и способ снижения засорения фильтра дизельного топлива.

Необходимо понимать, что как предшествующее общее описание, так и следующее далее подробное описание являются только иллюстративными и пояснительными и предназначены для дополнительного объяснения настоящего описания, заявленного в формуле изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее описание предлагает в одном варианте осуществления пакет добавок к дизельному топливу, включающий частицы или наночастицы оксида церия, которые растворяются или диспергируются в дизельном топливе. Более важно, пакет добавок к дизельному топливу содержит в одном варианте осуществления соединение деэмульгатора для снижения или исключения проблем пенообразования и/или образования эмульсии, часто наблюдаемых при подаче насосом, распределении, заполнении цистерны и использовании дизельного топлива, содержащего добавку.

В одном варианте осуществления деэмульгатор, применяемый в настоящей добавке к дизельному топливу, имеет уровень фосфора более чем 30 мг/кг деэмульгатора. Однако в настоящее время было обнаружено, что уменьшая содержание фосфора, независимо от того, присутствует ли он обдуманно или в виде примеси, в деэмульгаторе в добавке к дизельному топливу, значительно увеличивают стабильность пакета добавок к топливу и полученного в результате топлива и получают существенное снижение мутности. Таким образом, можно использовать уровень фосфора в деэмульгаторе примерно до 30 мг/кг, или уровень фосфора примерно 24 мг/кг, в другом примере использовали примерно 8 мг/кг фосфора и в еще одной отличающейся рецептуре использовали уровень фосфора примерно 0,12 мг/кг в деэмульгаторе дизельного топлива. По мере того, как уровень фосфора понизили, было получено удивительное и неожиданное улучшение в снижении мутности и стабильности топлива.

Деэмульгаторы (или вещества, снижающие мутность) в настоящем изобретении могут представлять собой любые коммерчески доступные материалы, такие как, но не ограничиваясь ими, алкоксилированные фенолформальдегидные полимеры, такие как полимеры, продаваемые как ″NALCO″ (торговая марка) 7007 (от Nalco) и ″TOLAD″ (торговая марка) 2683 (от Petrolite), алкилированные фенолы и полученные из них смолы, оксилированная алкилфенольная смола, полимер формальдегида с 4-(1,1-диметилэтил)фенолом, метилоксираном и оксираном, этоксилированная ЭО/ПО смола, полигликолевый сложный эфир, этиленоксидная смола.

Следовательно, здесь представлен пакет добавок к дизельному топливу, содержащий наночастицы оксида церия, как правило, имеющие размер, не превышающий один микрон, и в одном варианте осуществления не превышающий 300 нм, например от 1 до 300 нм, такой как от 1 до 150 нм, в частности от 1 до 50 нм, и в особенности от 1 до 20 нм. Данный пакет добавок к дизельному топливу также может содержать, по меньшей мере, одну моющую присадку/диспергатор для дизельного топлива, выбранную из группы, состоящей из сукцинимидов, оснований Манниха, амидов, аминов и полиэфираминов.

Кроме того, пакет добавок к дизельному топливу может содержать деэмульгатор с пониженным уровнем фосфора, составляющим, например, приблизительно до 24 мг/кг, или примерно от 8 до 24 мг/кг, или примерно от 0,1 до 8 мг/кг. Таким способом получают пакет добавок к дизельному топливу, который способен придать дизельному топливу превосходное снижение мутности, улучшенную растворимость добавки, увеличенную стабильность топлива, снижение дымности, улучшение сгорания и увеличенную экономию топлива.

Другое преимущество настоящего описания состоит в улучшении эксплуатационных характеристик деэмульгатора с точки зрения его предполагаемой эффективности в добавке к топливу и в конечном топливе. Эмульсии имеют тенденцию образовываться в топливе, содержащем моющую присадку/диспергатор, следовательно, необходим деэмульгатор. Любая реакция, которая дезактивирует или взаимодействует с деэмульгатором, снижает эффективность деэмульгирования, приводя к большей эмульсификации. Таким путем предлагается способ улучшения деэмульгирования добавки к топливу, включающий добавление к добавке к топливу наночастиц оксида церия, моющей присадки и деэмульгатора, где деэмульгатор содержит примерно менее 30 мг/кг фосфора. В другом варианте осуществления деэмульгатор содержит примерно до 24 мг/кг или, в отдельном примере, примерно от 8 до 24 мг/кг или в еще одном примере примерно от 0,1 до 8 мг/кг фосфора.

Количество наночастиц оксида церия, моющей присадки и деэмульгатора, применимых в вариантах, описанных здесь, может различаться в зависимости от желаемого применения, природы дизельного топлива и других желаемых компонентов в пакете добавок или конечного топлива.

В другом варианте осуществления предлагается композиция дизельного топлива, которая включает основное количество дизельного топлива и незначительное количество улучшающей сгорание пакета добавок, включающего: a) один или несколько растворимых в топливе компонентов, включающих одно или несколько соединений, смесей или сплавов марганца и/или церия; b) одну или несколько растворимых в топливе моющих присадок, содержащих щелочной или щелочно-земельный металл, например одну или несколько нейтральных или основных солей щелочных или щелочно-земельных металлов, по меньшей мере, одной сульфоновой кислоты и/или, по меньшей мере, одной карбоновой кислоты, и/или, по меньшей мере, одной салициловой кислоты, и/или, по меньшей мере, одного алкилфенола, и/или, по меньшей мере, одного сульфированного алкилфенола; и c) деэмульгатор с пониженным содержанием фосфора, как определено выше, где компонент a) присутствует в количестве, достаточном для поставки от 0,1 до 5 ч/млн марганца или церия или того и другого в топливо, и компонент b) присутствует в количестве, достаточном для поставки от 5 до 50 ч/млн щелочного и/или щелочно-земельного металла в композицию топлива. Данный вариант осуществления также может содержать одну или несколько алкилнитратных присадок, повышающих цетановое число.

Было обнаружено, что частицы оксида церия можно стабилизировать в топливе или пакете добавок к топливу посредством присутствия моющей присадки/диспергатора. Конкретные моющие присадки, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают моющие присадки, содержащие основный азот. Подходящие беззольные моющие присадки/диспергаторы включают амиды, амины, полиэфирамины, основания Манниха и сукцинимиды, которые являются предпочтительными, хотя металлсодержащие моющие присадки также эффективны в настоящем изобретении.

Данные диспергаторы описаны в многочисленных патентных описаниях, главным образом в качестве добавок для использования в композициях смазок, но также было описано их использование в углеводородных топливах. Беззольные диспергаторы оставляют небольшой или не оставляют никакого металлсодержащего остатка при сгорании. Обычно они содержат только углерод, водород, кислород и в большинстве случаев азот, но иногда, кроме того, содержат другие неметаллические элементы, такие как фосфор, сера или бор. Особенно применимые в настоящем изобретении беззольные моющие присадки/диспергаторы получают из ″высоко реакционноспособного″ полиизобутилена (HR-PIB), модифицированного малеиновым ангидридом, прореагировавшего с полиамином до достижения уровня примерно 5,4% азота, для достижения увеличенной дисперсионной способности. Такой материал продается Afton Chemical Corporation в виде HiTEC^(R)4007. В настоящем изобретении моющую присадку/диспергатор в пакете добавок к топливу можно использовать при уровнях примерно от 5 до 20% по массе.

В одном варианте осуществления моющая присадка представляет собой сукцинимид, который в среднем содержит, по меньшей мере, 3 атома азота на молекулу. Сукцинимид предпочтительно является алифатическим и может быть насыщенным или ненасыщенным, в особенности с этиленовой ненасыщенностью, например алкил- или алкенилсукцинимид. Типично моющую присадку получают из алкил- или алкенилянтарного ацилирующего средства, обычно содержащего, по меньшей мере, 35 атомов углерода в алкильной или алкенильной группе, и алкиленполиаминовой смеси, содержащей в среднем, по меньшей мере, 3 атома азота на молекулу. В другом варианте осуществления полиамин содержит от 4 до 6 атомов азота на молекулу. Предпочтительно, его можно получить из полиизобутенилянтарного ацилирующего средства, полученного из полиизобутилена, имеющего среднечисленную молекулярную массу от 500 до 10000, и этиленполиамина, который может включать циклические и ациклические части, имеющего средний состав от триэтилентетрамина до пентаэтиленгексамина. Таким образом, цепь типично будет иметь молекулярную массу от 500 до 2500, в особенности от 750 до 1500, причем цепи, имеющие молекулярные массы от 900 до 1300, являются особенно применимыми, хотя также применим сукцинимид с алифатической цепью с молекулярной массой примерно 2100. Дальнейшие детали можно найти в US-A-5 932 525 и 6 048 373 и EP-A-432941, 460309 и 1237373.

Примеры подходящих металлсодержащих моющих присадок, применимых в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются этим такие вещества как фенаты лития, фенаты натрия, фенаты калия, фенаты кальция, фенаты магния, сульфированные фенаты лития, сульфированные фенаты натрия, сульфированные фенаты калия, сульфированные фенаты кальция и сульфированные фенаты магния, где каждая ароматическая группа имеет одну или несколько алифатических групп для придания растворимости в углеводородах; основные соли любого вышеуказанного фенола или сульфированного фенола (часто называемые ″сверхосновными″ фенатами или ″сверхосновными сульфированными фенатами″); сульфонаты лития, сульфонаты натрия, сульфонаты калия, сульфонаты кальция и сульфонаты магния, где каждая группа сульфоновой кислоты присоединена к ароматическому ядру, которое, в свою очередь, обычно содержит один или несколько алифатических заместителей для придания растворимости в углеводородах; основные соли любого вышеуказанного сульфоната (часто называемые ″сверхосновными сульфонатами″); салицилаты лития, салицилаты натрия, салицилаты калия, салицилаты кальция и салицилаты магния, где каждая ароматическая группа обычно замещена одним или несколькими алифатическими заместителями для придания растворимости в углеводородах; основные соли любого вышеуказанного салицилата (часто называемые ″сверхосновными салицилатами″); соли лития, натрия, калия, кальция и магния гидролизованных фосфосульфированных олефинов, содержащих от 10 до 2000 атомов углерода, или гидролизованных фосфосульфированных спиртов, и/или алифатически замещенных фенольных соединений, содержащих от 10 до 2000 атомов углерода; соли лития, натрия, калия, кальция и магния алифатических карбоновых кислот и алифатически замещенных циклоалифатических карбоновых кислот; основные соли вышеуказанных карбоновых кислот (часто называемые ″сверхосновными карбоксилатами″) и многие другие аналогичные соли щелочных и щелочно-земельных металлов с маслорастворимыми органическими кислотами. Можно использовать смеси солей двух или более различных щелочных и/или щелочно-земельных металлов. Подобным образом также можно использовать смеси двух или более различных кислот или двух или более кислот различного типа (например, один или несколько фенатов кальция с одним или несколькими сульфонатами кальция). В то время как соли рубидия, цезия и стронция являются допустимыми, их стоимость делает их непрактичными для большинства областей использования.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, наночастицы оксида церия добавляют в дизельное топливо на ранней стадии введением в пакет добавок к дизельному топливу. Было обнаружено, что введение частиц таким способом может привести к улучшенной эффективности топлива в дизельном двигателе посредством предотвращения агломерации и, следовательно, потери площади поверхности частиц церия. Настоящее описание улучшает предшествующие характеристики частиц или наночастиц оксида церия в топливе, давая возможность оксиду церия более полно исполнить свои роли. Это достигается снижением удаления церия из топлива посредством образования осадка, таким образом сохраняя доступным большее количество атомов церия для катализа сгорания и снижения выхлопа или других преимуществ.

Другое преимущество настоящего изобретения состоит в уменьшении засорения топливных фильтров вследствие снижения или исключения отложения, осаждения и/или мути, вызываемых, например, взаимодействием между атомами или частицами церия и компонентами добавки к топливу и/или примесями. Неправильная работа топливных фильтров может приводить к трудностями при работе двигателя и в конечном счете к полной остановке. Одним примером является сниженное взаимодействие между фосфором и частицами или наночастицами оксида церия по настоящему изобретению для снижения засорения топливного фильтра. Мера данного преимущества заметна из теста фильтрации IP 387. Таким образом, здесь предлагается способ снижения засорения топливного фильтра в транспортном средстве или другом устройстве, применяющем дизельный двигатель, сжигающий дизельное топливо и имеющий топливный фильтр, причем указанный способ включает добавление в дизельное топливо перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

Соответственно, настоящее описание предлагает способ улучшения эффективности топлива для двигателя внутреннего сгорания, который включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, растворимого в топливе металлического вещества, содержащего оксид церия и/или источник марганца, моющую присадку и деэмульгатор в качестве присадок к топливу. При введении оксида церия таким путем существует маленькая необходимость или отсутствует необходимость в какой-либо системе управления расходом топлива в транспортном средстве, необходимой при других способах введения, таких как встроенное дозирование. Эффективность топлива будет являться результатом включения частиц оксида церия в топливо.

Соответственно, настоящее описание также предлагает пакет добавок к топливу, который включает наночастицы оксида церия и/или источник марганца вместе с моющей присадкой, предпочтительно алифатическим сукцинимидом, и деэмульгатором, содержащим примерно менее 8 мг/кг фосфора. В другом варианте осуществления пакет добавок к топливу дополнительно включает деэмульгатор, как определено выше, и присадку, повышающую цетановое число.

Типично, концентрация частиц или наночастиц оксида церия в добавке к дизельному топливу будет составлять от 0,1 до 10%, как правило, от 0,5 до 5% по массе.

Типично, добавки к топливу, которые вводят на нефтеперерабатывающем заводе, могут включать присадки, повышающие цетановое число, присадки, улучшающие текучесть, антиоксиданты и дезактиваторы металла. Соответственно, пакет добавок к топливу по настоящему изобретению может включать один или несколько компонентов из вышеперечисленных. Таким образом, настоящее описание предлагает пакет добавок к топливу, включающий наночастицы и/или коллоидные частицы оксида церия, моющую присадку, деэмульгатор и, необязательно, один или несколько компонентов, выбранных из группы, состоящей из присадок, повышающих цетановое число (также называемых присадками, улучшающими сгорание) (таких как алкилнитраты), присадок, улучшающих текучесть (таких как полиэфиры), и антиоксидантов (таких как фенольные, например 2,6-ди-трет-бутилфенол, или фенилендиамины, такие как N,N'-ди-втор-бутил-п-фенилендиамин), и дезактиваторов металла, таких как производные салициловой кислоты, например N,N-дисалицилиден-1,2-пропандиамин.

Смазывающие присадки, противокоррозионные добавки и противопенообразователи также применимы в пакетах добавок к дизельному топливу по настоящему изобретению.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения пакет добавок к топливу может содержать смесь, композицию, соединение или сплав двух или более металлов плюс моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, содержащий примерно до 30 мг/кг фосфора. Смешанные металлические каталитические системы известны, но необходимо и в данный момент предлагается их использование с моющими присадками и деэмульгатором, способными снизить или исключить помутнение, нестабильность или выпадение осадка.

Таким образом, улучшенный пакет добавок к топливу по настоящему изобретению может включать материал, содержащий два или более металлсодержащих катализатора сгорания, моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, содержащий примерно до 30 мг/кг фосфора. В другом варианте осуществления деэмульгатор содержит примерно до 24 мг/кг, или в отдельном примере примерно от 8 до 24 мг/кг, или в еще одном примере приблизительно от 0,1 до 8 мг/кг фосфора. Моющая присадка/диспергатор и деэмульгатор могут быть такими, например, как описано выше. Данные металлсодержащие катализаторы сгорания могут представлять собой частицы или наночастицы оксида церия, источники марганца, такие как метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца, и источники железа, такие как растворимый оксид железа и ферроцен. Под ″марганцем″ здесь понимают любой марганец или марганецсодержащее вещество, соединение или продукт предшествующей стадии, такой как, но не ограничиваясь этим, метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца, продаваемый Afton Chemical Corporation в виде MMT®, и сульфонат марганца, фенат марганца, салицилат марганца, циклопентадиенил-трикарбонил марганца, алкилциклопентадиенил-трикарбонил марганца, органические производные трикарбонила марганца, производные алкилциклопентадиенила марганца, бис-циклопентадиенил марганца, бис-алкилциклопентадиенил марганца, нейтральные и сверхосновные салицилаты марганца, нейтральные и сверхосновные фенаты марганца, нейтральные и сверхосновные сульфонаты марганца, карбоксилаты марганца, оксид марганца и их комбинации и смеси.

Следовательно, смесь или сплав церия/марганца можно использовать в настоящем изобретении; смесь или сплав церия/марганца/железа можно использовать в настоящем изобретении; смесь или сплав церия/железа можно использовать в настоящем изобретении; или смесь или сплав марганца/железа можно использовать в настоящем изобретении.

Здесь предлагается добавка к топливу, которая включает оксид церия и источник марганца, моющую присадку и деэмульгатор с содержанием фосфора примерно до 24 мг/кг. В отдельном примере содержание фосфора в деэмульгаторе составляет примерно от 8 до 24 мг/кг или в еще одном примере примерно от 0,1 мг/кг до 8 мг/кг фосфора.

Кроме того, частицы или наночастицы оксида церия можно объединить с ферроценом (источником железа) при приготовлении пакета добавок к топливу, дополнительно включающего моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор. Таким образом, например, предлагается пакет добавок к топливу, включающий оксид церия (например, Envirox™ от Oxonica), ферроцен (широко распространен), сукцинимидную моющую присадку/диспергатор (HiTEC® 4007 от Afton Chemical Corporation и полученную из полиизобутилена с ММ 950, содержащего более 70% винилиденовых групп, плюс малеиновый ангидрид, прореагировавший с полиамином для достижения конечного содержания N примерно 6,0%) и деэмульгатор (Tolad 9357 от Baker Petrolite), который будет иметь превосходную активность улучшения сгорания, отсутствие помутнения или осадка, хорошее снижение дымности и увеличенную экономию топлива.

Модельные смешанные металлические системы

Пример 1

Оксид церия (например, Envirox™ от Oxonica)	1-200 ч/млн
Ферроцен (широко распространен)	5-30 мас. %
Моющая присадка/диспергатор (HiTEC® 4007 Afton Chemical)	5-15 мас. %
Деэмульгатор (Tolad 9357 от Baker Petrolite)	1-10 мас. %
Ароматический(е) и/или алифатический(е) растворитель(и)	45-89 мас. %

Пример 2

Сплав церий/марганец	1-200 ч/млн
Ферроцен (широко распространен)	5-30 мас. %
Моющая присадка/диспергатор (HiTEC® 4007 Afton Chemical)	5-15 мас. %
Деэмульгатор (Tolad 9357 от Baker Petrolite)	1-10 мас. %
Ароматический(е) и/или алифатический(е) растворитель(и)	45-89 мас. %

Пример 3

Сплав церий/марганец/железо	1-200 ч/млн
Моющая присадка/диспергатор (HiTEC® 4007 Afton Chemical)	5-15 мас. %
Деэмульгатор (Tolad 9357 от Baker Petrolite)	1-10 мас. %
Ароматический(е) и/или алифатический(е) растворитель(и)	45-89 мас. %

Следующие ниже примеры дополнительно иллюстрируют аспекты настоящего описания, но не ограничивают настоящее описание.

ПРИМЕРЫ:

Пример 1. Добавка к дизельному топливу HiTEC® 4656 (Afton Chemical Corporation) состоит из примерно 50% по массе 2-этилгексилнитратной присадки, повышающей цетановое число, и 15% по массе HR-PIB сукцинимидной моющей присадки/диспергатора примерно с 6,0 массовыми % азота (HiTEC® 4007 от Afton Chemical Corporation). HiTEC® 4656 объединяли с 250 ч/млн источника частиц оксида церия в алифатическом растворителе, чтобы дать 5 ч/млн частиц оксида церия (Envirox™ от Oxonica). Данную комбинацию можно использовать непосредственно в дизельном топливе или разбавить в алифатическом или ароматическом растворителе для приготовления добавки к дизельному топливу.

Пример 2. Для улучшения стабильности топлива продукт из примера 1 объединяли с 2,27% массовыми процентами деэмульгатора (Tolad 9338, смесь длинноцепных полигликолей, оксиалкилированных фенолформальдегидных смол и оксиалкилированных аддуктов гликоль/эпоксидных полимеров в алифатических спиртах и ароматическом углеводородном растворителе, продаваемом Baker Petrolite). Tolad 9338 имел содержание фосфора 23,95 мг/кг. Однако была большая степень мутности, что привело бы к неприемлемому продукту для фактически всех областей использования, в зависимости от необходимого срока хранения и/или типа предполагаемого дизельного топлива. При фильтровании получали 1,39 г осадка на 1 кг.

Пример 3. Для улучшения растворимости и стабильности топлива продукт из примера 1 объединяли с 2,27% по массе деэмульгатора (Tolad 2898, оксилированная алкилфенольная смола с более низким содержанием фосфора, равным 7,85 мг/кг). Стабильность топлива улучшали, а мутность понижали (см. ниже) относительно результатов примера 2, но они не были идеализированными для всех видов топлива и всех областей применения топлива. При фильтровании получали 0,35 г осадка на 1 кг.

Пример 4. Продукт из примера 1 объединяли с 2,27% по массе другого деэмульгатора (Tolad 9357, полимер формальдегида с 4-(1,1-диметилэтил)фенолом, метилоксираном и оксираном в ароматическом растворителе), который имеет содержание фосфора 0,199 мг/кг. Данный пакет добавок к топливу имел превосходную прозрачность, очень низкую мутность и никакого заметного осадка (только 0,15 г осадка на 1 кг пакета добавок к топливу). Данный полученный в результате пакет добавок к дизельному топливу объединяли с дизельным топливом при дозировке 1350 ч/млн, в результате получая превосходную стабильность топлива, никакого осадка и мутности. В данном конечном продукте для дизельного топлива содержание оксида церия составляло 0,37 мас.% (5 ч/млн), а уровень фосфора, следовательно, составлял только следовое количество. Конечный продукт, представляющий собой дизельное топливо, считался превосходным в отношении снижения дыма, экономии топлива, стабильности топлива, растворимости и улучшенного сгорания.

Как можно видеть из вышеприведенных примеров, когда добавку к дизельному топливу HiTEC® 4656 (алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число) и деэмульгатор Tolad 9338 смешивали с наночастицами оксида церия Envirox™, полученный в результате продукт добавки к топливу давал осадок, составляющий 1,39 г на 1 кг добавки. Когда добавку к дизельному топливу HiTEC® 4656 (алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число) и деэмульгатор Tolad 2898 смешивали с наночастицами оксида церия Envirox™, полученный в результате продукт добавки к топливу давал осадок, составляющий 0,35 г на 1 кг добавки. Когда добавку к дизельному топливу HiTEC® 4656 (алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число) и деэмульгатор Tolad 9357 смешивали с Envirox™, полученный продукт давал осадок, составляющий 0,15 г на 1 кг добавки.

Измерение мутности

HiTEC® 4656 с Tolad 9338, перемешанные с Envirox™, дают мутность 1552 нефелометрических единиц мутности.

HiTEC® 4656 с Tolad 2898, перемешанные с Envirox™, дают мутность 880 нефелометрических единиц мутности.

HiTEC® 4656 с Tolad 9357, перемешанные с Envirox™, дают мутность 175 нефелометрических единиц мутности.

(НЕМ известны в промышленности как ″непроизвольные единицы″). Очевидно, неожиданное улучшение представляет собой снижение мутности при объединении присадки, повышающей цетановое число, наночастиц оксида церия и деэмульгатора с низким содержанием фосфора.

Добавка	Деэмульгатор	Envirox	Мутность (НЕМ)
отсутствует	отсутствует	да	335
Н4656	Т9338	нет	5,74
Н4656	Т2898	нет	5,61
Н4656	Т9357	нет	5,18
Н4656	Т9338	да	1552
Н4656	Т2898	да	880
Н4656	Т9357	да	175

Кроме того, заявители осуществили противопенное тестирование полученных продуктов, представляющих собой добавку к топливу, содержащих алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число, и наночастицы оксида церия, с удивительными результатами. Было обнаружено, что оксид церия оказывает положительное влияние на уменьшение пены. С одним продуктом Envirox™ время спада топливной пены уменьшали наполовину, но при использовании в сочетании с продуктом типа HiTEC® 4656 характеристики пенообразования улучшили за пределы обычной HiTEC® 4656 характеристики пенообразования. Таким образом, получили неожиданное преимущество в снижении пенообразования дизельного топлива при объединении наночастиц оксида церия и алкилнитратной присадки, повышающей цетановое число.

СУЩНОСТЬ АНТИВСПЕНИВАЮЩИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Базовое стандартное дизельное топливо имеет время спада 45 с при высоте пены 100 мм;

Дизельное топливо, обработанное 250 ч/млн Envirox™, имеет время спада 21,2 с и высоту пены 100 мм;

Дизельное топливо, обработанное 1100 ч/млн HiTEC® 4656, имеет время спада 6,9 с и высоту пены 80 мм;

Дизельное топливо, обработанное 250 ч/млн Envirox™ плюс 1100 ч/млн HiTEC® 4656, имеет время спада 2,8 с и высоту пены 55 мм.

				День 0
Топливо	Добавка	Дозировка (ч/млн)	Envirox (ч/млн)	Время спада (сек)	Высота пены (мм)
RF93-T-95	отсутствует	отсутствует	отсутствует	45	100
RF93-T-95	отсутствует	отсутствует	250	21,2	100
RF93-T-95	Н4656	1100	отсутствует	6,9	80
RF93-T-95	Н4656	1100	250	2,8	55

Очевидно, существует неожиданное превосходное улучшение в снижении образования пены, достигаемое объединением в дизельном топливе наночастиц оксида церия и алкилнитратной присадки, повышающей цетановое число. Таким образом, здесь предлагается способ снижения образования пены в дизельном топливе посредством обеспечения пакета добавок к топливу, включающего наночастицы оксида церия и алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число.

Включением настоящего изобретения в транспортные средства или устройства обеспечивается значительные улучшения механической конструкции и способов использования. В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается система понижения токсичности выхлопа для окончательной обработки потока выхлопных газов процесса сгорания дизельного топлива, включающая канал выхлопных газов для прохождения потока выхлопных газов, содержащего побочные продукты выхлопа от сгорания дизельного топлива, сажевой фильтр, выбранный из группы, состоящей из дизельного сажевого фильтра непрерывно регенерируемой технологии, дизельного сажевого фильтра и катализируемого дизельного сажевого фильтра, помещенный в канале выхлопа и приспособленный для контакта с потоком выхлопных газов, где топливо имеет введенный в него пакет добавок, причем пакет добавок включает оксид церия и/или марганец, моющую присадку, алкилнитратную присадку, улучшающую воспламенение, и необязательно деэмульгатор, в результате чего улучшается работа сажевого фильтра, посредством увеличения до максимума дисперсионной способности оксида церия. Это предотвращает агломерацию частиц оксида церия, которая в противном случае уменьшила бы взаимодействие оксида церия с твердыми включениями в отработавших газах. Более того, улучшенное диспергирование частиц оксида церия по настоящему изобретению снижает их агломерацию и минимизирует или исключает потенциал забивания топливного фильтра. Кроме того, предлагается способ использования для улучшения эксплуатационных характеристик дизельного сажевого фильтра посредством снижения отрицательного воздействия на поверхность фильтра, которое имеется в отсутствии использования описанного здесь пакета добавок к топливу.

В определенных конструкциях двигателя отверстия форсунки инжектора являются нецилиндрическими, но расширяются наружу с увеличением диаметра по направлению к камере сгорания с целью поддерживать отверстия инжектора сухими после каждого впрыска топлива. Было обнаружено, что данные конструкции являются крайне предрасположенными к закоксовыванию, что отрицательно влияет на поток топлива, однородность сгорания и содействует осаждению отложений, поскольку динамический поток топлива не может очистить поверхности отверстий инжектора. Поэтому существует необходимость защищать отверстие форсунки инжектора посредством улучшенного воздействия на него газов камеры сгорания, которые теперь будут включать атомы церия и частицы оксида церия. По настоящему описанию частицы церия и оксида церия могут служить для окисления и удаления углеродсодержащих отложений в отверстии форсунки и вокруг нее. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается способ использования в дизельном двигателе, имеющем нецилиндрические отверстия форсунки инжектора, пакета добавок к дизельному топливу, включающего оксид церия, моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, содержащий менее 24 мг/кг фосфора. В отдельном примере содержание фосфора в деэмульгаторе составляет примерно от 8 до 24 мг/кг или в еще одном отличающемся примере примерно от 0,1 до 8 мг/кг фосфора.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области из рассмотрения спецификации и осуществления на практике раскрытого здесь описания. Используемые на всем протяжении описания и формулы изобретения формы единственного числа подразумевают и множественное число. Если это не указано иным образом, все числа, выражающие количества ингредиентов, свойства, такие как молекулярная масса, процент, отношение, реакционные условия и прочее, использованные в описании и в формуле изобретения, необходимо понимать в виде модифицированных во всех примерах термином ″примерно″. Соответственно, если не указано иным образом, численные параметры, изложенные в описании и в формуле изобретения, являются приближенными значениями, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые хотят получить по настоящему изобретению. Как минимум, и не в качестве попытки ограничить заявку доктриной эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует, по меньшей мере, истолковывать в свете числа сообщенных значащих цифр и применяя обычную методику округления. Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, указывающие широкие границы описания, являются приблизительными значениями, численные значения, указанные в конкретных примерах, сообщаются настолько точно, насколько это возможно. Любое численное значение, однако, в своей основе содержит определенные ошибки, неизбежно вытекающие из стандартного отклонения, обнаруживаемого в их соответствующих тестовых измерениях. Подразумевается, что описание и примеры рассматриваются только в качестве иллюстративных, причем истинный объем и сущность изобретения показаны следующей далее формулой изобретения.

Claims

1. Способ улучшения эффективности дизельного топлива для двигателя внутреннего сгорания, который включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы церия, моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, причем моющая присадка/диспергатор присутствует в пакете добавок в количестве примерно от 5 до 20 мас.%.

2. Способ по п.1, в котором моющая присадка/диспергатор выбрана из группы, состоящей из алкенилзамещенных сукцинимидов, амидов, аминов, оснований Манниха и полиэфираминов.

3. Способ по п.1, в котором пакет добавок далее включает одно или несколько веществ, выбранных из группы, состоящей из присадок, повышающих цетановое число, и дезактиваторов металла.

4. Способ по п.1, в котором пакет добавок далее включает источник марганца.

5. Способ по п.1, в котором пакет добавок далее включает деэмульгатор, выбранный из группы, состоящей из оксидированных алкилфенольных смол, и полимера формальдегида с 4-(1,1-диметилэтил)фенолом, метилоксираном и оксираном.

6. Способ по п.1, в котором деэмульгатор имеет содержание фосфора, составляющее примерно до 24 мг/кг.

7. Способ по п.1, в котором деэмульгатор имеет содержание фосфора, составляющее примерно от 8 до 24 мг/кг.

8. Способ по п.1, в котором деэмульгатор имеет содержание фосфора, составляющее примерно от 0,1 до 8 мг/кг.

9. Способ по п.1, в котором деэмульгатор имеет содержание фосфора, составляющее примерно 0,2 мг/кг.

10. Способ по п.1, в котором добавка к топливу включает от 1 до 200 ч./млн наночастиц оксида церия с размером частиц от 1 до 300 нм; от 5 до 15 мас.% моющей присадки/диспергатора, выбранной из группы, состоящей из алкенилзамещенных сукцинимидов, оснований Манниха, амидов, аминов и полиэфираминов; и от 1 до 10 мас.% деэмульгатора, выбранного из группы, состоящей из оксидированных алкилфенольных смол и полимера формальдегида с 4-(1,1-диметилэтил)фенолом, метилоксираном и оксираном, где уровень фосфора в деэмульгаторе составляет менее 8 мг/кг.

11. Способ по п.1, в котором моющая присадка/диспергатор включает растворимую в топливе моющую присадку, содержащую щелочной или щелочноземельный металл.

12. Добавка к топливу, которая включает наночастицы, содержащие оксид церия и/или марганец и моющую присадку, причем моющая присадка присутствует в количестве примерно от 5 до 20 мас.%.

13. Добавка к топливу по п.12, в которой концентрация оксида церия и/или марганца составляет от 0,1 до 10 мас.%.

14. Добавка к топливу по п.12, в которой концентрация наночастиц оксида церия и/или марганца составляет от 0,5 до 5 мас.%.

15. Добавка к топливу по п.12, в которой моющая присадка представляет собой основную азотсодержащую беззольную моющую присадку.

16. Добавка к топливу по п.12, где моющая присадка представляет собой сукцинимид, который в среднем содержит, по меньшей мере, 3 атома азота на молекулу.

17. Добавка к топливу по п.12, в которой сукцинимид получают из алкил- или алкенилянтарного ацилирующего средства, содержащего, по меньшей мере, 35 атомов 30 углерода в алкильной или алкенильной части, и алкиленполиаминовой смеси, содержащей в среднем, по меньшей мере, 3 атома азота на молекулу.

18. Добавка к топливу по п.12, в которой сукцинимид получают из полиизобутенилянтарного ацилирующего средства, получаемого из полиизобутилена, имеющего среднечисленную молекулярную массу от 500 до 10000, и этиленполиамина, имеющего средний состав от триэтилентетрамина до пентаэтиленгексамина.

19. Добавка к топливу по п.12, в которой алифатическая цепь сукцинимида имеет молекулярную массу от 500 до 2500.

20. Добавка к топливу по п.12, в которой алифатическая цепь сукцинимида имеет молекулярную массу от 750 до 1500.

21. Добавка к топливу по любому из пп.12-20, которая также включает одно или несколько веществ, выбранных из группы, состоящей из присадки для снижения мутности, противопенообразователя, присадки, улучшающей воспламенение, противокоррозионной добавки, отдушки, антиоксиданта, дезактиватора металла, присадки, улучшающей смазывающую способность и деэмульгатора.

22. Добавка к топливу по п.12, которая включает растворитель, который представляет собой алифатический или ароматический углеводород или алифатический спирт.

23. Способ улучшения стабильности дизельного топлива, причем указанный способ включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

24. Способ улучшения сгорания в дизельном двигателе, причем указанный способ включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

25. Способ снижения дыма при сгорании в дизельном двигателе, причем указанный способ включает способ улучшения стабильности дизельного топлива, причем указанный способ включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

26. Способ улучшения растворимости металлоорганической добавки к дизельному топливу, причем указанный способ включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

27. Способ снижения мутности дизельного топлива, содержащего добавки к дизельному топливу, причем указанный способ включает добавление к топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

28. Способ уменьшения засорения топливных фильтров в транспортном средстве или другом устройстве, использующем дизельный двигатель, сжигающий дизельное топливо и имеющий топливный фильтр, причем указанный способ включает добавление к дизельному топливу перед введением топлива в транспортное средство или другое устройство пакета добавок к дизельному топливу, включающего наночастицы оксида церия, моющую присадку и деэмульгатор.

29. Способ улучшения деэмульгирования добавки к топливу, включающий добавление к добавке к топливу наночастиц оксида церия, моющей присадки и деэмульгатора, где деэмульгатор содержит примерно менее 30 мг/кг фосфора.

30. Пакет добавок к топливу, содержащий сплав двух или более металлсодержащих катализаторов сгорания, причем по меньшей мере один из металлсодержащих катализаторов сгорания содержит оксид церия, моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, содержащий примерно до 30 мг/кг фосфора.

31. Способ уменьшения пены в дизельном топливе, причем указанный способ включает подготовку для топлива пакета добавок к топливу, включающего наночастицы оксида церия и алкилнитратную присадку, повышающую цетановое число.

32. Система понижения токсичности выхлопа для окончательной обработки потока выхлопных газов процесса сгорания дизельного топлива, включающая:
канал выхлопных газов для прохождения потока выхлопных газов, содержащего побочные продукты выхлопа от сгорания дизельного топлива,
катализатор окисления,
сажевой фильтр, выбранный из группы, состоящей из дизельного сажевого фильтра непрерывно регенерируемой технологии, дизельного сажевого фильтра и катализируемого дизельного сажевого фильтра, помещенный в канале выхлопа и приспособленный для контакта с потоком выхлопных газов,
где топливо имеет введенный в него пакет добавок, причем пакет добавок включает оксид церия и/или марганец, моющую присадку, алкилнитратную присадку, улучшающую воспламенение, и необязательно деэмульгатор, в результате чего улучшается работа сажевого фильтра.

33. Способ улучшения системы понижения токсичности выхлопа для окончательной обработки потока выхлопных газов процесса сгорания дизельного топлива, включающей:
канал выхлопных газов для прохождения потока выхлопных газов, содержащего побочные продукты выхлопа от сгорания дизельного топлива,
сажевой фильтр, выбранный из группы, состоящей из дизельного сажевого фильтра непрерывно регенерируемой технологии, дизельного сажевого фильтра и катализируемого дизельного сажевого фильтра, помещенный в канале выхлопа и приспособленный для контакта с потоком выхлопных газов,
где топливо имеет введенный в него пакет добавок, причем пакет добавок включает оксид церия и/или марганец, моющую присадку, алкилнитратную присадку, улучшающую воспламенение, и необязательно деэмульгатор, в результате чего улучшается работа сажевого фильтра.

34. Применение пакета добавок к дизельному топливу, включающего оксид церия, моющую присадку/диспергатор и деэмульгатор, содержащий менее 24 мг/кг фосфора в дизельном двигателе, имеющем нецилиндрические отверстия форсунки инжектора.