SE466454B - Anvaendning av en foerening saasom ett additiv foer vaxhaltiga destillatbraenslen samt destillatbraensle innehaallande additivet - Google Patents

Description

466 454 propen, är även kända. Den amerikanska patentskriften 16 till C18 alfa-olefiner med aluminiumtriklorid/alkylhalid-kata1ysa- torer såsom hällpunktsnedsättande medel i destillatbränslen av de "bredkokande“, lättbehandlade typer som är tillgäng- 3 252 Zjl avser användning av polymerer av C liga i USA under början av 1960-talet. Under den senare delen av 1960-talet och i början av 1970-talet lades större betoning på förbättring av oljornas filtrerbarhet vid tem- peraturer mellan grumlingspunkten och hällpunkten såsom vid bestämning enligt det mer striktare testet “Cold Filter Plugging Point Test" (CFPP) (IP 309/80) och många patent har sedan dess utfärdats avseende additiv för att förbättra bränslets egenskaper vid detta test. Den amerikanska patent- skriften 3 961 916 utlär användning av en blandning av sam- polymerer för att reglera vaxkristallernas storlek. Den brittiska patentskriften 1 263 152 föreslår att vaxkristal- lernas storlek kan regleras genom användning av en sampoly- mer med en lägre grad av sidokedjighet.

Det har även föreslagits i exempelvis den brittiska patent- skriften l 469 016 att sampolymerer av di-n-alkylfumarat och vinylacetat, som tidigare användes såsom hällpunktsned- sättande medel för smörjoljor, kan användas såsom koadditiv tillsammans med eten/vinylacetat-sampolymerer vid behand- ling av destillatbränslen med höga slutliga kokpunkter för att förbättra deras flödesegenskaper vid låg temperatur.

Det har även föreslagits att använda additiv baserade på olefin/maleinsyraanhydrid-sampolymerer. Exempelvis användes enligt den amerikanska patentskriften 2 542 542 sampolymerer av olefiner såsom oktadecen med maleinsyraanhydrid förestrad med en alkohol såsom laurylalkohol såsom hällpunktsnedsät- tande medel och enligt den brittiska patentskriften 1 468 588 användes sampolymerer av C22-C28-olefiner med maleinsyraanhydrid förestrad med behenylalkohol såsom ko- additiv för destillatbränslen. På liknande sätt användes enligt den japanska patentpublikationen 5 654 037 olefin/- 466 454 maleinsyraanhydrid-sampolymerer, som bringats att reagera med aminer, såsom hällpunktsnedsättande medel.

Den japanska patentpublikationen 5 654 038 använder derivat av olefin/maleinsyraanhydrid-sampolymerer tillsammans med konventionella flödesförbättrare av medeldestillattyp såsom eten/vinylacetat-sampolymerer. Den japanska patentpublika- tionen 5 540 640 anger användning av olefin/maleinsyraan- hydrid-sampolymerer (icke förestrade) och anger att de an- vända olefinerna skall innehålla mer än 20 kolatomer för att man skall erhålla CFPP-aktivitet. Den brittiska patentskriften 2 192 012 använder blandningar av vissa förestrade olefin/- maleinsyraanhydrid-sampolymerer och lågmolekylär polyeten, varvid de förestrade sampolymererna är ineffektiva när de användas såsom enda additiv.

Den förbättring av cFPP-aktivitet som erhålles vid tillsats av additiven enligt dessa patentskrifter uppnås genom modi- fiering av storleken och formen av vaxkristallerna till bildning av till övervägande del nålliknande kristaller som helt allmänt har en partikelstorlek av l0 gm eller större, vanligen 30 - 100 Um Vid drift av dieselmotorer vid låga temperaturer passerar dessa kristaller inte genom fordonets pappersbränslefilter utan bildar en permeabel kaka på filtret som medger det flytande bränslet att passera, varvid vaxkristallerna efteråt upplösas när motorn och bränslet upphettas, vilket kan ske genom att bränslets huvudmassa upphettas genom återfört bränsle. En uppbyggnad av vax kan emellertid blockera filtren, vilket leder till. startproblem för dieselfordon och problem vid start och drift i kallt väder eller stopp i upphettningssystem.

Med hjälp av en dator är det möjligt att noggrant beräkna geometrin i n-alkanvaxkristallmönstret och den energetiskt föredragna geometrin för en potentiell additivmolekyl på ett enkelt och mycket bekvämt sätt. Resultaten blir sär- skilt klara när de därefter grafiskt representeras med 466 454 hjälp av en ritanordning eller en grafisk terminal. Denna metod betecknas "moleky1model1ering“.

Datorprogram som är användbara för detta ändamål är kommer- siellt tillgängliga och en särskilt användbar programserie distribueras av firman Chemical Design Ltd., Oxford, England (teknisk direktör: E. K. Davies) under beteckningen "Chem-X".

Tillväxten av paraffinkristaller sker genom association av enstaka paraffinmolekyler med sin långa sida mot kanten av en existerande paraffinplatta såsom schematiskt visas i fig. 1. Associationen till toppen eller bottensidan av plat- tan är energetiskt ogynnsam emedan i detta fall endast en enda av paraffinkedjemolekylen samverkar med den existerande kristallen. Associationen sker huvudsakligen i det kri- stallografiska (001) planet (jämför fig. 2). Planet (001) innehåller det största antalet av de starkaste intermole- kylära bindningarna och sålunda bildas till övervägande del stora platta romboedriska plattor (fig. 3). Den näst mest stabila ytan på kristallen är (llx) (t.ex. ytan (110)).

Den intermolekylära associationenär starkast där n-alkan- molekylerna är närmast, och sålunda är skivan (110) starkare än skivan (100).

Kristallen tillväxer genom utsträckning av planet (001).

Det är sålunda av vikt att notera att kanterna av detta plan är hastigt framåtskridande ytor och dessa är (llx) (t.ex. (110)) och ytan (100) i mindre grad. Följaktligen regleras tillväxten mest genom framâtskridandet av planet (llx).

Emedan bindningarna "huvud till huvud" är relativt svaga beaktar vi i allmänhet endast ett molekylärt (001) plan varför vi kan antaga att planen (110), (111) etc., är ekvi- valenta för våra ändamål när mönstret utvecklas och rela- tiva orienteringar av intilliggande molekyler är lagrade sida vid sida är desamma (fig. 4). s 466 454 Fig. 3, som är ett fotografi av en vaxkristallplatta, visar att plattornas makroskopiska utseende domineras av planet (001). Det är dessa plattor som kan blockera filtren i bränsleledningar ex- empelvis i fordon.

Enligt föreliggande uppfinning undanröjes detta problem genom att man inhiberar eller åtminstone kraftigt reducerar kristalltill- växten i planet (001) och i riktningarna (110) och (111).

Detta kan ge vaxhaltiga bränslen innehållande vaxkristaller med tillräckligt ringa storlek vid låga temperaturer så att de pas- serar genom filter som typiskt användas i dieselmotorer och i upphettningsoljesystem och åstadkommes genom tillsatts av vissa additiv.

Föreliggande uppfinning avser sålunda användning såsom ett ad- ditiv för vaxhaltiga destillatbränslen för reglering av kris- tallstorleken för vaxer som bildas i destillatbränslena, av en förening innehållande minst två substituentgrupper och uppvi- sande en rymdfördelning och konfiguration som är sådan att de kan inta positionerna i vaxmolekylerna vid skärningen av planet (001) och planen (llx), t.ex. planen (110) och/eller (lll) i vaxkris- tallerna, vilka substituentgrupper är alkyl, alkoxialkyl eller polyalkoxialkyl med minst 10 atomer i huvudkedjan, och vilken förening innehåller minst två n-alkylgrupper med fler än 2 kol- atomer, vars separation är i storleksordningen 4,5 -5,5 Å, och varvid den V-formiga vinkeln mellan de lokala symmetriplanen för de två n-alkylgrupperna är från 75° till 90°.

Ockupationen av planen i kristallen kan förklaras med hänvisning till fig. 4, som visar en förstorad toppvy av kristallgittret i en paraffinplatta. Synriktningen motsvarar längd-axeln av paraf- finkedjorna. I varje paraffinmolekyl kan endast två kolatomer och fyra väteatomer (de senare visade endast en gång) ses pà grund av att de andra atomerna är under de visade atomerna medan samtliga kolatomer i en molekyl ligger i ett molekylärt symmetriplan. Det framgår av fig. 4 att avstånden mellan två molekyler i planet (100) resp. (110) är praktiskt taget desamma. ' 466 454 6 Dessa avstånd betecknas "b" och "d" i fíg. 4 och b = 4,9 Å och d = 4,5 Å. Huvudskillnaden mellan planen (100) och (ll0) (eller rättare (llx) där x är 0 eller ett helt tal) är den relativa orienteringen av intilliggande paraffinmolekyler.

Inom planet (100) är de molekylära symmetriplanen i enstaka molekyler parallella med varandra, d.v.s. V-formvinkeln är 00. I det kristallografiska planet (110) är V-formvinkeln mellan de molekylära symmetriplanen i intilliggande mole- kyler ungefär 820.

Enligt uppfinningen skall additiven ockupera de positioner i paraffinmolekylerna som är betecknade "C" och "D" i fig. 4.

Detta är endast möjligt om avståndet mellan substituenterna är ungefär 4,5 till 5,0 Å i en energetiskt tillgänglig kon- formation och V-formvinkeln mellan de lokala symmetriplanen för de två substituenterna är ungefär 820, företrädesvis från 7s° till 9o°.

En molekyl kan modelleras antingen genom att avläsa dess kända atomiska koordinater i en dator eller genom att uppbygga strukturen enligt den kemiska fysikens regler med hjälp av datorn. Därefter kan strukturen raffineras genom exempelvis: (a) beräkning av fraktionella laddningar på varje atom på basis av elektronegativitetsskillnader (kraftfälts- metoden) eller kvantummekanisk teknik (t.ex. CNDO, Q.C.P.E. l4l, Indiana Universiyy); (b) optimering av strukturen med användning av molekylär- mekanik (jämför “Molecular Mechanics", U. Burkert och N. L. Allinger, ACS, l982); (c) minimering av den totala energin genom optimering av konformationen, d.v.s. genom rotation runt roterande bindningar. Noggrannhet måste här iakttagas emedan vaxkristallsytans omgivning skiljer sig från den i gas- fasen eller i lösning och det är möjligt att additiv- molekylen samkristalliserar med paraffinen i en konfor- 466 454 mation; som inte är den energetiskt mest gynnsamma kon- formationen i gasfasen. Man måste även beakta det faktum att additivet inte kan anta en konformation som hindras av steriska eller elektroniska faktorer.

Med användning av följande kriteria kan man kontrollera huru- vida en additivmolekyl passar in i planet (001) i paraffin- kristallgittret i de önskade positionerna C och D emedan: (l) (2) avståndet mellan substituenterna i. molekylen måste ungefär vara lika med avståndet mellan två intilliggande paraffinmolekyler i det plan (001) som skär planet (llx), d.v.s. ungefär 4,5 Å. Den relativa orienteringen av substituenterna skall passa arrangemanget av N-alkanerna i riktningen (ll0), d.v.s. V-formvinkeln mellan de lokala symmetriplanen för substituenterna skall vara ungefär 82q Avståndet och vinkeln kan lätt mätas med användning av datorprogram. när additivmolekylen skall passa in i vaxkristallgitter- strukturen och "docka" i två vakanta gitterställen.

Föreningar som tidigare föreslagits såsom additiv är vissa derivat av ftalsyra, maleinsyra, bärnstenssyra och vinyliden- olefiner. Ingen av dessa föreningar uppfyller kriteriet (1) som beskrivits ovan. Detta belyses med hänvisning till föl- jande utvalda exempel. (a) (b) Ftalsyradiamid i det bästa fallet antar den konforma- tion som visas i fig. 5, vari avståndet mellan substi- tuenterna och V-formvinkeln är alltför små. Konforma- tionen är energetiskt ogynnsam på grund av sterisk stör- ning. Reminimisation leder till den distorterade kon- formation som visas i fig. 6.

Situationen är liknande för maleinsyradiamid såsom fram- går av fig. 7. På grund av sterisk störning leder remini- misation till den distorterade konformationen enligt 466 45.4 fig. 8; (c) På grund av sterisk störning kan bärnstenssyra inte anta en konformation som kommer nära det speciella arrange- manget enligt uppfinningen (jämför fig. 9). Genom rota- tion runt en C-C enkelbindning svänger bärnstenssyra över till den konformation som visas i fig. l0.

Förbättringen av CFPP-aktiviteten på grundval av inkorpore- ring av dessa tidigare additiv enligt dessa patentskrifter åstadkommes genom modifiering av storleken och formen av de vaxkristaller som bildas till bildning av till övervägande del nålliknande kristaller som i allmänhet har en partikel- storlek av 10 000 nanometer (Hm) eller Större, typiskt 30 000 - 100 000 Hm .. Vid drift av dieselmotorer vid låga tem- peraturer passerar dessa kristaller inte genom fordonets pappersbränslefilter, utan bildar en permeabel kaka på filtret som möjliggör för vätskan att passera därigenom, varvid vaxkristallerna senare upplösas när motorn och bränslet uppvärmas, vilket kan ske genom att huvudmassan av bränslet upphettas av återfört bränsle. En uppbyggnad av vax kan emellertid blockera filtren, vilket leder till startproblem för dieseldrivna fordon och problem vid start i kallt väder kan på liknande sätt leda till stopp i bränsleupphettnings- system.

I föreliggande sammanhang användas följande testmetoder.

Vaxbildningstemperaturen (WAT) för bränslet bestämmes medelst differentiell scanningkalorimetri (DSC). Vid detta test kyles ett litet bränsleprov (25 ul) vid en hastighet 20 C/minut tillsammans med ett referensprov med liknande termisk kapacitet, men detta utfäller inte vax i det ifrågavarande temperaturintervallet (t.ex. fotogen).

En exoterm reaktion iakttages när kristallisation påbörjas i provet. Exempelvis kan WAT för bränslet mätas genom extra- poleringsteknik vid Mettler TA 2000B. 466 454 Bränslets vaxhaltderiveras från DSC spår genom integrering av den area som inneslutes av baslinjen och exotermen ned till den specifika temperaturen. Kalibrering har tidigare utförts på en känd mängd kristalliserande vax.

Medelpartikelstorleken för vaxkristallerna bestänmes genom arlalysering av ett bränsleprov på en "Scanning Electron Micrograph" vid en förstoring av mellan 4000 och 8000 gånger och mätning av den längsta dimensionen av minst 40 av 88 punkter på ett förutbestämt nätverk.Det har visat sig att när medelstorleken är mindre än 4000 :nm börjar vaxet passera genom de typiska pappersfilter som användes i dieselmotorer tillsam- mans med bränslet även om det föredrages att storleken är under 3000 nm.- ' mer föredraget under 2500 och mest föredraget under 2000 .nm, , särskilt under 1000 nano- meter där de verkliga fördelarna med avseende på passage av kristaller genom pappersbränslefilter uppnås. Den verkliga storlek som kan uppnås beror av bränslets ursprungliga art och arten och mängden av använt additiv, men det har visat sig att dessa storlekar och mindre storlekar kan uppnås.

Med användning av additiven enligt uppfinningen möjliggöres att sådana små vaxkristaller i bränslet kan erhållas, vilket resulterar i signifikanta fördelar med avseende på drift av dieselmotorer. Detta kan demonstreras genom pumpning av omrört bränsle genom ett dieselfilterpapper såsom det som användes i V.W. Golf eller Cummins dieselmotorer vid från 8 till 15 ml/sekund och 1,0 till 2,4 liter/minut per kvadratmeter filteryta vid en temperatur som är minst 5° C under vaxbildningstemperaturen med minst 0,5 vikt-% av bränslet närvarande i form av fast vax. Både bränsle och vax anses med framgång passera genom filtret om ett eller flera av följande kriterier uppfyllas. (i) När 18 till 20 liter bränsle passerat genom filtret överskrider tryckfallet över filtret inte 50 kPa, före- ïträdesvis 25 kPa, mer föredraget l0 kPa och mest före- 466 454 10 draget 5 kPa. (ii) Minst 60 %, företrädesvis minst 80 %, mer föredraget minst 90 vikt-% av det vax som är närvarande i det ur- sprungliga bränslet, vid bestämning enligt det DSC- test som beskrivits ovan, befinnes vara närvande i det bränsle som lämnar filtret. (iii) Under pumpning av 18 - 20 liter bränsle genom filtret förblir flödeshastigheten vid ett värde över 60 % av den initiella flödeshastigheten och företrädesvis över 80 %I Den andel av kristallerna som passerar genom fordonets filter och de driftsfördelar som erhålles på grund av små kristal- ler beror i hög grad på kristall-längden även om kristall- formen även är av betydelse. Det har visat sig att kublik- nande kristaller tenderar att passera genom filter något lättare än platta kristaller, och, när de inte passerar, erbjuder de mindre motstånd mot bränsleflöde. Icke desto mindre är den föredragna kristallformen den platta, vilket i princip medger mer vax att utfalhanär temperaturen sjunker och mer vax utfälles innan den kritiska kristall-längden nåtts än för en kristall med samma längd i kubliknande form.

De bränslen som erhållas enligt föreliggande uppfinning har utomordentliga fördelar i jämförelse med tidigare kända destillatbränslen som förbättrats med avseende på kall- flödesegenskaper genom tillsatts av konventionella additiv.

Exempelvis kan bränslena användas vid temperaturer närmare hällpunkten och är inte begränsade på grundval av oförmågag att passera CFPP-testet, emedan de antingen passerar CFPP- testet vid signifikant lägre temperaturer eller också behö- ver de inte passera detta test. Bränslena har även förbätt- rade kallstartsegenskaper vid låga temperaturer och erfordrar inte recirkulation av varmt bränsle för att avlägsna icke önskvärda vaxavsättningar. Vidare tenderar vaxkristallerna i a 466 454 ,ll att förbli i suspension snarare än att sedimentera och bilda vaxartade lager i lagringstankar såsom förekommer vid bräns- len behandlade med konventionella additiv.

Destillatbränslen inom den allmänna klassen innefattande de som kokar från 12o° c till 5oo° c varierar signifikant med avseende på kokningsegenskaper, n-alkanfördelning och vax- halt. Bränslen från norra Europa har i allmänhet lägre slut- liga kokpunkter och slöjbildningspunkter än de som förekomma i södra Europa. Vaxhalterna är i allmänhet större än 1,5 % (vid 100 C under WAT). Liknande bränslen från andra länder runtom i världen varierar på samma sätt med deras respek- tive klimat, men vaxhalten beror även på råoljans källa.

Ett bränsle härrörande från petroleum från Mellanöstern har sannolikt en lägre vaxhalt än ett bränsle från en av de vaxhaltiga råoljor som förekomma i Kina och Australien.

Den grad i vilken mycket små kristaller kan erhållas beror av arten av bränslet i sig och i vissa bränslen kan inte vara möjligt att extremt små kristaller bildas. Om denna situation uppkommer kan bränslets egenskaper modifieras för att möjliggöra sådana små kristaller att bildas genom exempelvis inställning av raffineribetingelser och blandning för att möjliggöra användning av lämpliga additiv.

Emedan vaxfällningen från destillatbränslen för det mesta är alla normala alkaner, som kristallisera i en ortorombisk enhetscell via en rotator eller hexagonal form såsom anges i litteraturen, exempelvis av A. Muller i Proc. Roy, Soc. A. lig, 542 (1927), ibid. låg, 437, (1928 ibid.), lgl, 417, (1930), ibid. låå, 514, (1932), A. E. Smith i J. Chem. Phys. ål, 2229, (1953) och P. W. Teare i Acta. Cryst., lg, 294, (1959). Såsom angetts ovan är tvâ faktorer av betydelse med avseende på anpassning av additivmolekylen till vaxkristall- strukturen; för det första separationen mellan n-alkankedjor- na i utvalda kristallplan där de betydelsefulla avstånden skall passa de i planen eller riktningarna (110) och (lll) 466 454 l2 etc. och i mindre grad i planet (100).

Kedjorna av additivet måste upptaga gitterställen (mer än ett) i positioner på axeln vid räta vinklar mot axeln för n-alkankedjorna i kristallen. Dessa separationer är i stor- leksordningen 4,5 till 5,5 Å och ju närmare kedjorna på additiven är dessa avstånd desto mer effektivt är additivet.

För det andra, även cm detta möjligen är mindre betydelse- fullt, passar de relativa orienteringarna för additivmole- _kylkedjorna företrädesvis de av n-alkanerna i kristallen. n-Alkylkedjorna i additivet måste nära passa de intermole- kylära rummen i n-alkanerna i vaxkristallen längs planen (100) och/eller (110) och (lll), där de skära planet (001) och kan anta konformationer som möjliggör kedjorna att orientera sig i liknande vinklar i förhållande till de i n-alkanerna i de ovannämnda kristallplanen. Det har visat sig att dessa rymdfördelningar och orienteringar för ked- jorna i additivmolekylen bäst kan uppnås genom att placera dem på intilliggande kolatomer i en cyklisk eller eteniskt omättad förening förutsatt att de är i cis-orientering.

Anpassningen sker företrädesvis även längs längden av n-alkankedjorna i vaxet och den totala kedjelängden för additivet är företrädesvis av samma storleksordning som medelkedjelängden i vaxet. Vaxfällningen från bränslet el- ler oljan är i allmänhet ett intervall av n-alkaner och därav hänvisningen till medeldimensionerna.

Additiven innehåller sålunda . alkylkedjor, före- trädesvis n-alkylkedjor eller kedjesegment som kan sam- kristallisera med vaxet. Det har visat sig att det skall förefinnas två eller flera sådana kedjor per molekyl och att dessa skall vara belägna på samma sida av additivmole- kylen. Det är önskvärt att additivmolekylen har två di- stinkta "sidor". En "sida" innehåller de samkristalliser- bara alkylkedjorna och den andra "sidan" innehåller det lägsta möjliga antalet kolvätegrupper för att blockera eller 466 454 13 förhindra ytterligare kristallisation efter det att addi- tivmolekylen har samkristalliserat i n-alkangitterställena i vaxkristallerna. Det är även önskvärt att denna "blockerade" grupp är belägen halvvägs eller ungefär halvvägs ned på de samkristalliserbara n-alkylkedjorna på additivet.

De additiv som föredragas har formeln A Å //// C I C B//// Y -- 2 R X -- Rl vari -Y-R2 är 3Q3(-)(+)NR3R2, -5Q3(-)(+)HNR3R2) 3 2 _5Q3(-)(+)H2NR3R2, _5Q3(-)(+)H3NR2, -so2NR3R2 el--so3R2; -x-al is -Y-R2e1. -coNR3Rl, -co2<-)(+)NRåR1, -co2(')(+)HNRâRl, -co2(-1(+>H2NR3Rl,-cozf-1(+)H3NRl, -R4-coogl, -NR3coR1, R4oR1, -R4ocoRl,-R4Rl, -N(coR3)Rle1, z(')(+)NRšR1; -z(-) är Rl och R2 är alkyl, alkoxialkyl eller polyalkoxialkyl inne- hållande minst 10 kolatomer i huvudkedjan; R3 är en kolvätegrupp och var och en av R3 kan vara lika 466 454 14 eller olika och R4 är ingenting eller också Cl-C5-alkylen och i A \<.= C B/ är bindningen kol-kol (C-C) antingen a) eteniskt omättad när A och B kan vara alkyl, alkenyl eller substituerade kolvätegrup- per eller b) en del av cyklisk struktur som kan vara aroma- tisk, polynukleärt aromatisk eller cykloalifatisk, det före- drages att X-Rl och Y-R2 mellan sig innehåller minst 3 alkyl- grupper, alkoxialkylgrupper eller polyalkoxialkylgrupper.

Ringatomerna i sådana cykliska föreningar är företrädesvis kolatomer men kan emellertid innefatta en ringatom N, S eller O för bildning av en heterocyklisk förening.

Exempel på aromatiskt baserade föreningar varav additiven kan framställas är O C \ O* o /S/ O \\0 vari den aromatiska gruppen kan vara substituerad.

Alternativt kan de erhållas från polycykliska föreningar, dvs. de som har två eller flera ringstrukturer, som kan ha olika former. De kan (a) vara kondenserade bensenstrukturer, (b) kondenserade ringstrukturer där ingen eller alla ringar är bensen, (c) ringar förenade "ände mot ände", (d) heterocyklis- ka föreningar (e) icke aromatiska eller partiellt mättade ringsystem eller (f) tredimensionella strukturer.

Kondenserade bensenstrukturer, varav föreningarna kan härröra, innefatta exempelvis naftalen, antracen, fenatren och pyren. 466 454 15 De kondenserade ringstrukturerna där inga eller inte alla ringar är bensen innefattar exempelvis azulen, inden, hydro- inden, fluoren, difenylen. Föreningar där ringarna är före- nade ände mot ände innefattar exempelvis difenyl. Lämpliga heterocykliska föreningar, varav de kan härröra innefattar exempelvis kinolin, pyrindin, indol, 2:3-dihydroindol, bensofuran, kumarin, isokumarin, bensotiofen, karbazol och tiodifenylamin. Lämpliga icke aromatiska eller partiellt mättade ringsystem innefattar dekalin (dekahydronaftalen), pinen, kadinen, bornylen. Lämpliga tredimensionella före- ningar innefattar exempelvis norbornen, bicykloheptan (nor- bornan), cyklooktan och bicyklookten.

De två substituenterna X och Y måste vara bundna till in- tilliggande ringatomer i ringen när det endast förefinnes en ring eller till intilliggande ringatomer i en ringarna när föreningen är polycyklisk. I det senare fallet innebär detta att om man använde naftalen kunde dessa substituenter inte vara bundna till positionerna 1,8, eller 4,5, utan måste vara bundna till positionerna 1,2, 2,3, 3,4, 5,6, 6,7 eller 7,8.

Dessa föreningar bringas att reagera för erhållning av estrar, aminer, amider, halvestrar/halvamider, halvetrar eller salter som användas såsom additiv. Föredragna additiv är salterna av en sekundär amin som har en väte- och kol- haltig grupp eller grupper innehållande minst 10, företrä- desvis minst l2 kolatomer. Sådana aminer eller salter kan framställas genom reaktion av den ovan beskrivna syran eller anhydriden med en amin eller genom reaktion av ett sekun- därt aminderivat med karboxylsyror eller anhydrider. Avlägs- ning av vatten och upphettning är i allmänhet nödvändigt för att framställa amiderna av syrorna. Alternativt kan karboxylsyran bringas att reagera med en alkohol innehållande minst 10 kolatomer eller en blandning av en alkohol och en amin. 466 454 16 De väte- och kolhaltiga grupperna i substituenterna är före- trädesvis kolvätegrupper, även om halogenerade kolväte- grupper kan användas, företrädesvis endast innehållande en ringa andel av halogenatomer (t.ex. kloratomer), exempelvis mindre än 20 vikt-%. Kolvätegrupperna är företrädesvis alifatiska, t.ex. alkylen. De är företrädesvis rakkedjiga.

Omättade kolvätegrupper, t.ex. alkenyl, kan användas men de är inte föredragna.

Alkylgrupperna innehåller företrädesvis minst 10 kolatomer, företrädesvis 10 - 22 kolatomer, t.ex; 14 - 20 kolatomer och är företrädesvis rakkedjiga eller grenade vid positio- nerna l eller 2. Om grenkedjighet förekommer i över 20 % av alkylkedjorna måste grenkedjorna vara metyl. De övriga väte- och kolhaltiga grupperna kan vara kortare, t.ex. mindre än 6 kolatomer eller också kan de ventuellt ha minst 10 kol- atomer. Lämpliga alkylgrupper innefattar metyl, etyl, propyl, hexyl, decyl, dodecyl, tetradecyl, eikosyl och dokosyl (behenyl). Lämpliga alkylengrupper innefattar hexylen, oktylen, dodecylen och hexadecylen men dessa föredragas inte.

Vid en föredragen utföringsform där intermediatet bringas att reagera med den sekundära aminen är en av substituenterna företrädesvis en amid och den andra en amin eller ett di- alkylammoniumsalt av den sekundära aminen.

De speciellt föredragna additiven är amiderna och aminsal- terna av sekundära aminer.

För att erhålla bränslena enligt uppfinningen användas dessa additiv i allmänhet i kombination med andra additiv och exempel på dessa andra additiv innefattar de som betecknas såsom "kam"-polymerer som har den allmänna formeln 466 454 l7 vari D = R, C0.0R, 0CO.R, R'C0.0R eller OR E = H eller CH3 eller D eller R' G = H, eller D A m = l,0 (homopolymer) till 0,4 (molförhållande) J = H, R', aryl eller heterocyklisk grupp, R'C0.0R K = H, C0.0R', OCO.R', OR', CO H 2 L* = H, R', co.oR', oco.R', aryl, co H 2 n = 0,0 till 0,6 (molförhållande) Ricio En annan monomer kan vara terpolymeriserad om så är erfor- derligt.

När dessa andra additiv är sampolymerer av alfa-olefiner och maleinsyraanhydrid kan de lämpligen framställas genom polymerisation av monomererna utan användning av lösnings- medel eller i en lösning av ett kolvätelösningsmedel såsom heptan, bensen, cyklohexan, eller vit olja, vid en tempe- ratur som i allmänhet är inom intervallet från 200 C till l50O C och vanligen"befrämjad med en peroxid eller en kata- lysator av azotyp, såsom bensoylperoxid eller azo-di-iso- butyronitril, under skydd av en inert gas såsom kväve eller koldioxid för att utesluta syre- Det föredrages men är inte väsentligt att ekvimolära mängder av olefinen och malein- syraanhydriden användes även om molära proportioner inom intervallet 2 till l och l till 2 är lämpliga. Exempel på 466 454 al8 olefiner som kan sampolymeriseras med maleinsyraanhydrid är l-decen, l-dodecen, l-tetradecen, l-hexadecen, l-oktadecen.

Sampolymeren av olefinen och maleinsyraanhydriden kan vara förestrad enligt varje lämplig teknik och även om det före- drages är det inte väsentligt att maleinsyraanhydrid är förestrad till minst 50 %. Exempel på alkoholer som kan användas innefattar n-dekan-l-ol, n-dodekan-l-ol, l-tetra- dekan-l-ol, n-hexadekan-l-ol, n-oktadekan-l-ol. Alkoholerna kan innefatta upp till en metylgrenkedjighet med kedja, exempelvis l-metyl, pentadekan-l-ol, 2-metyl, tridekan-l-ol.

Alkoholen kan vara en blandning av normala och enkelt metyl- grenkedjiga alkoholer. Varje alkohol kan användas för att förestra sampolymerer av maleinsyraanhydrid med vilken som helst av olefinerna. Det föredrages att använda rena alko- holer snarare än kommersiellt tillgängliga alkoholbland- ningar, men om blandningar användes hänför sig Rl till medel- antalet kolatomer i alkylgruppen, om alkoholer som inne- håller en grenkedjighet i positionerna l eller 2 användes avser Rl det rakkedjiga grundkedjesegmentet i alkoholen. När blandningarna användes är det av betydelse att inte mer än 15 % av grupperna Rl har ett värde rl+2. Valet av alkohol beror givetvis av valet av den olefin som sampolymeriseras med maleinsyraanhydrid så att R + Rl är inom intervallet 18 - 38. Det föredragna på värdet R + Rl kan bero äV kok- ningsegenskaperna hos det bränsle vari additivet skall an- vändas.

Dessa kampolymerer kan även vara fumaratpolymerer och sam- polymerer såsom de som beskrivas i våra europeiska patent- ansökningar 0 l53'l76,l O 153 177, 85 301 047 och 85 301 048. Andra lämpliga kampolymerer är polymerer och sampolymerer av alfa-olefiner och de förestrade sampolymerer- na av styren och maleinsyraanhydrid.

Exempel på andra additiv, som kan användas tillsammans med den cykliska föreningen är polyoxialkylenestrar, etrar, 4-66 454 l9 ester/etrar och blandningar därav, särskilt de innehållande minst en, företrädesvis minst två C10-C30 linjära mättade alkylgrupper och en polyoxialkylenglykolgrupp med molekyl- vikten 100 - 5000, företrädesvis 200 - 5000, varvid alkyl- gruppen i polyoxialkylenglykolen innehåller från l till 4 kolatomer. Dessa material utgör föremål för det europeiska patentet 0 061 895 B. Andra sådana additiv beskrivas i den amerikanska patentskriften 4 491 455.

De föredragna estrarna, etrarna eller ester/etrarna som är användbara enligt uppfinningen kan strukturellt åskådlig- göras medelst formeln: R~O(A)-O-R" vari R och R" är lika eller olika och kan vara i) n-alkyl O ii) n-alkyl - E O iii) n-alkyl - O - ä - (CH2)n- O O iv) n-alkyl - o - É: (cH2)n - ÉÉ - varvid alkylgruppen är linjär och mättad och innehåller l0 - 30 kolatomer och A betecknar polyoxialkylensegmentet av glykolen vari alkylengruppen har l - 4 kolatomer, såsom polyoximetylen-,polyoxietylen- eller polyoxitrimetylendelen, som är väsentligen linjär; viss grad av grenkedjighet med lägre alkylsidokedjor (såsom i polyoxipropylenglykol) kan tolereras men det föredrages att glykolen är väsentligen linjär, A kan även innehålla kväve.

Lämpliga glykoler är helt allmänt väsentligen linjära poly- etylenglykoler (PEG) och polypropylenglykoler (PPG) med en molekylvikt av ungefär 100 - 5000, företrädesvis ungefär 466 454 20 200 - 2000. Estrar föredragas och fettsyror innehållande 10 - 30 kolatomer är användbara för reaktion med glykolerna till bildning av esteradditiven och det föredrages att använda en C18-C24 fettsyra, särskilt behensyror. Estrarna kan även framställas genom förestring av polyetoxylerade fettsyror eller polyetoxylerade alkoholer.

Polyoxialkylendiestrar, dietrar, eter/estrar och bland- ningar därav är lämpliga såsom additiv varvid diestrar före- drages för användning i snävkokande destillat under det att smärre mängder monoetrar och monoestrar även kan vara när- varande och ofta bildas under tillverkningsprocessen. Det är viktigt för additivets egenskaper att en övervägande andel av dialkylföreningen är närvarande. Särskilt före- dragas_stearinsyra eller behensyradiestrar eller polyetylen- glykol, polypropylenglykol eller polyetylen/polypropylen- glykolblandningar.

De använda additiven kan även innehålla flödesförbättrare av typen etylenomättad estersampolymer. Omättade monomerer, som kan sampolymeriseras med eten innefattar omättade mono- och diestrar, som har den allmänna formeln: vari R6 är väte eller metyl, Rs är en grupp -OOCRS, vari R8 är väte eller en Cl-C28, mer vanligt en Cl-C17, och före- trädesvis en Cl-C8 rak eller grenkedjig alkylgruppï eller R5 är en grupp -COOR8, vari R8 har ovan angiven betydelse men inte är väte och R7 är väte eller -COOR8 såsom definie- rats ovan. När R6 och R7 är väte och R5 är -OOCR8 innefattar monomeren vinylalkoholestrar av Cl-C29, mer vanligt Cl-C18 monokarboxylsyra och företrädesvis C2-C29, mer vanligt Cl-C18-monokarboxylsyra och företrädesvis C2- 5-monokarboxyl- i s 466 454 21 syra. Exempel på vinylestrar som kan sampolymeriseras med eten innefattar vinylacetat, vinylpropionat och vinyl- butyrat eller isobutyrat, varvid vinylacetat föredrages.

När dessa användas föredras det att sampolymererna inne- håller från 5 till 40 vikt-% av vinylestern, mer föredraget från 10 till 35 vikt-% vinylester. De kan även vara bland- ningar av två sampolymerer såsom de som beskrivas i den amerikanska patentskriften 3 961 9l6. Det föredrages att dessa sampolymerer har en talmedelmolekylvikt bestämd genom ångfasosmometri av 1000 till l0 000, företrädesvis 1000 till 5000.

De använda additiven kan även innehålla andra polära före- ningar, antingen joniska eller nonjoniska, som har förmågan att i bränslen verka såsom inhibitorer för vaxkristall- tillväxt. Polära kvävehaltiga föreningar har visat sig vara särskilt effektiva när de användas i kombination med glykol- estrarna, etrarna eller ester/etrarna. Dessa polära före- ningar är i allmänhet aminsalter och/eller amider bildade genom reaktion av minst en molär proportion kolvätesubsti- tuerade aminer med en molär proportion kolväte innehållande l - 4 karboxylsyragrupper eller anhydrider därav; estrar/- amider kan även användas innehållande 30 - 300, företrädes- vis 50 - 150 totala kolatomer. Dessa kväveföreningar be- skrivas i den amerikanska patentskriften 4 2ll 534. Lämpliga aminer är vanligen långkedjiga C12-C40 primära, sekundära, tertiära eller kvaternära aminer eller blandningar därav, men kortkedjigare aminer kan användas förutsatt att den resulterande kväveföreningen är oljelöslig och sålunda nor- malt innehåller ungefär 30 - 300 totala kolatomer. Kväve- föreningen innehåller företrädesvis minst ett rakkedjigt C8-C24 alkylsegment.

Lämpliga aminer innefattar primära, sekundära, tertiära el- ler kvaternära aminer, men föredragna är de sekundära. Ter- tiära och kvaternära aminer kan endast bilda aminsalter.

Exempel på aminer innefattar tetradecylamin, kokosamin, 466 454 22 hydrogenerad talgamin och liknande. Exempel på sekundära ami- ner innefattar dioktadecylamin, metyl-behenylamin och lik- nande. Aminblandningar är även lämpliga och många aminer härrörande från naturliga material är blandningar. Den före- dragna aminen är en sekundär hydrogenerad talgamin med for- meln HNRlR2, vari Rl och R2 är alkylgrupper härrörande från hydrogenerat talgfett bestående av ungefär 4 % C 31 % C 59 % C 14' 16' 18' _Exempel på lämpliga karboxylsyror (och deras anhydrider) för framställning av dessa kväveföreningar innefattar cyklo- hexan, l,2-dikarboxylsyra, cyklohexen, l,2-dikarboxylsyra, cyklopentan-l,2-dikarboxylsyra, naftalendikarboxylsyra och liknande. I allmänhet innehåller dessa syror ungefär 5 - 13 kolatomer i den cykliska delen. Föredragna syror som är användbara enligt uppfinningen är bensendikarboxyl- syror såsom ftalsyra, isoftalsyra och tereftalsyra. Ftal- syra eller dess anhydrid är särskilt föredragen. Den sär- skilt föredragna föreningen är det amid-amin-salt som bil- das genom reaktion av l molär andel ftalsyraanhydrid med 2 molära andelar dihydrogenerad talgamin. En annan föredragen förening är den diamid som bildas genom dehydratisering av detta amin-amin-salt.

Kolvätepolymerer kan även användas såsom en del av additiv- kombinationen för framställning av bränslena enligt uppfin- ningen. Dessa kan representeras med följande allmänna formel C :l i: :l vari T = H eller R' U = H, T eller aryl 4 u l,0 till 0,0 (molförhållande) 466 454 23 w = 0,0 till 1,0 (molförhållande) l l R ar alkyl.

Dessa polymerer kan framställas direkt från eteniskt omättade monomerer eller indirekt genom exempelvis hydrogenering av den polymer som framställts av andra monomerer såsom iso- pren och butadien.

En särskilt föredragen kolvätepolymer är en sampolymer av eten och propen med en etenhalt som företrädesvis är mellan 50 och 60 % (vikt/vikt).

Den mängd additiv som erfordras för framställning av destillat- bränsleoljan enligt uppfinningen varierar alltefter bränslet men är helt allmänt o,ool till o,s'vikt-%, t.ex. 0,01 till 0,1 vikt-% (aktiv substans) baserat på bränslets vikt. Addi- tivet kan lämpligen lösas i ett lämpligt lösningsmedel till bildning av ett koncentrat innehållande från 20 till 90, t.ex. 30 till 80 vikt-% i lösningsmedel. Lämpliga lösnings- medel innefattar fotogen, aromatiska naftaarter, mineral- smörjoljor etc.

Föreliggande uppfinning belyses med följande exempel, vari storleken av vaxkristallerna i bränslet bestämdes genom att placera prov av bränslet i flaskor rymmande ungefär 56,8 ml i kylboxar som hölls vid ungefär 80 C över bränslets slöj- bildningspunkt i en timma under det att bränslets tempera- tur stabiliserades. Boxen kyldes därefter vid Oo C per tim- ma ned till testtemperaturen,vilken därefter upprätthölls.

En i förväg preparerad filterbärare bestående av en sintrad ring med diametern 10 mm, omgiven med en l mm bred ringformig metallring, uppbärande ett silvermembranfilter med finheten 200 nm, placerades därefter på en vakuumenhet. Ett vakuum av minst som hölls i position av tvâ vertikala pinnar, 80 kPa påföres och det kylda bränslet droppas på membranet 466 4.54 24 från en ren droppipett tills en liten kornformig hög precis täcker membranet. Bränslet droppas långsamt för att upprätt- hålla högen under några få minuter, ungefär lO - 20 droppar bränsle som tillförts högen får avrinna och kvarlämnar ett mycket tunt matt skikt av fuktig bränslevaxkaka på membranet.

Ett tjockt vaxskikt kan inte tvättas acceptabelt och ett mycket tunt skikt kan tvättas bort. Den optimala skikttjock- leken är en funktion av kristallformen, varvid "bladformiga" kristaller erfordrar tunnare skikt än "modulära“ kristaller.

Det är av betydelse att den slutliga kakan har ett matt utseende. En "skinande" kaka utvisar alltför mycket kvarva- rande bränsle och kristall-"smet" och skall bortkastas.

Kakan tvättas därefter med några få droppar metyletylketon, som får rinna bort fullständigt. Processen upprepas ett an- tal gånger. När tvättningen är fullständig försvinner metyl- etylketonen mycket hastigt och kvarlämnar en “briljant matt vit" yta som blir grå vid påföring av en annan droppe av metyletylketon.

Det tvättade provet placeras därefter i en kall exsickator och förvaras tills den är färdig för beläggning i SEM. Det kan vara nödvändigt att hålla provet kylt för att bevara vaxet, i vilket fall det skall lagras i en kylbox före över- föring (i ett lämpligt provöverföringskärl) till SEM för att undvika iskristallbildning på provytan.

Under beläggningen måste provet hållas så kallt som möjligt för att förminska skada på kristallerna. Elektrisk kontakt med steget âstadkommes bäst genom att upprätthålla ett skruvtryck pâ den runda ringen mot sidan av en ränna i steget som är ägnad att medge provytan att ligga i instru- mentets fokalplan. Elektriskt ledande färg kan även användas.

Efter beläggningen erhållas mikrokurvorna på konventionellt sätt medelst SEM (Scanning Electron Microscope). Fotomikro- graferna analyseras för att bestämma medelkristallstorleken 466 454 25 genom att fästa ett transparent ark med 88 punkter markerade (såsom punkter) vid skärningarna av ett reguljärt jämnt för- delat nät med åtta rader och elva kolumner i storlek för en lämplig mikrograf. Förstoringen skall vara sådan att endast några få av de största kristallerna nuddas av mer än en punkt och 4000 till 8000 gånger har visat sig vara lämpligt. Om punkten nuddar en kristalldimension vars form kan vara klart definierad kan kristallen mätas vid varje nätpunkt.

Ett mått av "scatter" i form av en Gaussiskx standarddevia- tion av kristallängd med korrektion enligt Bessel kan även utföras.

Vaxhalten före och efter filtret mäts med använd- ning av en "Differential Scanning Calorimeter" DSC (såsom en apparat ur du Pont 9900-serien) som kan generera en kurva med en area av ungefär 100 cmz/l % bränsle i form av vax med en instrumentljud/inducerad output-variation med en standarddeviation som är mindre än 2 % av medelsignal- styrkan.

DSC-anordningen kalibreras med användning av ett additiv till bildning av stora kristaller som med säkerhet kan av- lägsnas av filtret, och detta kalibreringsbränsle föres genom riggen vid testtemperaturen och man bestämmer WAT för det sålunda avvaxade bränslet på DSC. Proven av tankbränsle och bränsle efter filtret,som skall testas,analyseras därefter på DSC-anordningen och för varje bränsle be- stämmes arean över baslinjen ned till kalibreringsbränsletsMRT.

DSC-area för postfilterprovet Förhållandet x 100 % DSC-area för tankprov är % vax som kvarlämnas efter filtret.

Slöjbildningspunkten för destillatbränslen bestämdes enligt det standardiserade slöjbildningspunkttestet (IP-219 eller ASTM-D 2500); andra mätningar av påbörjad kristallisation är 466 454 26 testet för bestämning av vaxbildningspunkten (WAP) (ASTM-D. 3117-72) och vaxbildningstemperaturen (WAT) bestämmas medelst "different scanning calorimetry" med användning av en differentiell scanning-kalorimeter av typen Mettler TA 2000B. _ Bränslets förmåga att passera genom ett dieselfordonshuvud- filter bestämdes i en apparatur bestående av ett typiskt dieselfordonshuvudfilter monterat i ett standardhölje i en bränsleledning; den Boschdypsom användes i en 1980 VW Golf diesel personbil och en Cummins FFl05 såsom användes i Cummins NTC motorserie är lämpliga. En behållare och ett matarsystem, som kan tillföra en halv normal bränsletank bränsleförenad med en bränsleinsprutningspump såsom användes i VW Golf användes för att draga bränsle genom filtret från behållaren vid konstant flödeshastighet såsom i fordonet.

Instrument var anordnade för att mäta tryckfall över filt- ret, flödeshastigheten från insprutningspumpen och enhets- temperaturerna. Behållare var anordnade för att ta emot det pumpade bränslet, både “injicerat" bränsle och överskotts- bränsle.

Vid test är tanken fylld med 19 kg bränsle och läcknings- testad. När detta är tillfredsställande stabiliseras tempe- raturen vid en lufttemperatur av 80 C över bränslets grum- lingspunkt. Enheten kyles därefter vid 30 C/timme till den önskade testtemperaturen och hålles där under minst 3 timmar så att bränsletemperaturen stabiliseras. Tanken omskakas kraftigt för att fullständigt dispergera närvarande vax; ett prov uttages från tanken och l liter bränsle avlägsnas genom en provtagningspunkt på utloppsledningen omedelbart efter tanken och återföres till tanken. Pumpen startas där- efter och med pumpvarvtalet inställt för att motsvara pump- varvtalet vid ll0km /timme landsvägshastighet. När det gäl- ler VW Golf är detta 1900 varv per minut motsvarande en motorhastighet av 3800 varv per minut. Tryckfallet över filtret och flödeshastigheten för bränslet från'insprutnings- 466 454 27 pumpen registreras tills bränslet är förbrukat, vanligen 30 - 35 minuter.

Under förutsättning att bränsletillförseln till injektorerna kan hållas vid 2 ml/sekund (överskottsbränslet är ungefär 6,5 - 7 ml/sekund) är resultatet "godkänt". En minskning av flödet av tillfört bränsle till injektorerna betecknar ett "gränsfallsresultat"; flödet noll är "icke godkänt".

Ett "godkänt" resultat kan typiskt associeras med ett ökande tryckfall över filtret,som kan stiga så högt som 60 kPa.

I allmänhet måste avsevärda proportioner vax passera filt- ret för att man skall erhålla ett sådant resultat. Ett "väl godkänt" resultat kännetecknas av ett försök där tryck- fallet över filtret inte stiger över 10 kPa och är den första indikationen på att det mesta av vaxet har passerat genom filtret och utmärkta resultat har ett tryckfall under 5 kPa.

Dessutom uttas bränsleprov från "överskottsbränsle" och “injektormatat" bränsle, idealiskt var fjärde minut under testet. Dessa prov tillsammans med tankprovet före testet jämföras medelst DSC för att etablera proportionen tillfört vax som passerat genom filtret. Prov av bränslet före testet uttas även och SEM-prov framställda därav efter testet för att jämföra maxkristallstorleken och typen med verkliga egenskaper.

De använda additiven var de följande: Additiv l N,N-dialkylammoniumsaltet av 2-dialkylamidobensensulfonat, vari alkylgrupperna är nCl6_l8 H33_37 framställt genom reak- tion av l mol orto-sulfobensoesyra cyklisk anhydrid med 2 mol di-(hydrogenerad)talgamin i ett xylenlösningsmedel vid 50 % (vikt/vikt) koncentration. Reaktionsblandningen omrördes vid mellan 1000 C och återflödestemperaturen. Lösningsmedlen 466 454 28 och kemikalierna skall hållas så torra som möjligt så att hydrolys av anhydriden omöjliggöres.

Produkten analyserades vid 500 MHz kärnmagnetisk resonans- spektroskopi, varvid den följande strukturen bekräftades: O I C (\/ QR -N(CH2-(CH2)14/15CH3)2 so3<')NH(+)< Molekylmodellen av denna förening anges i fig. ll.

Additiv 2 En sampolymer av eten och vinylacetathalten l7 vikt-%, molekylvikt 3500 och en grad av sidgrenkedjighet av 8 metyler per 100 metylengrupper vid bestämning vid 500 MHz NMR.

Additiv 3 En styren/dialkylmaleat-sampolymer framställd genom för- estring av l 1:1 molar styren-maleinsyraanhydrid-sampolymer med 2 mol av en l:l molär blandning av Cl2H250H och Cl4H29OH per mol anhydridgrupper användes vid förestringssteget (ringa överskott, 5 % alkohol användes) med användning av p-toluensulfonsyra såsom katalysator (l/10 mol) i xylen- lösningsmedel som gav en molekylvikt (Mn) av 50 000 och innehöll 3 % (vikt/vikt) obehandlad alkohol.

Additiv 4 Dialkylammoniumsalterna av 2-N,N-dialkylamidobensoat fram- ställd genom blandning av en molär proportion ftalsyraan- hydrid med två molära proportioner di-hydrogenerad talgamin 466 454 29 vid 6o° c.

Följande resultat erhölls: Exempel l Bränsleegenskaper grumlingspunkt -140 C vaxbildningstemperatur -18,60 C initieil kokpunkt 178° c zo % 23o° c 90 % 318° c slutlig kokpunkt 355° c vaxhalt vid -2s° c 1,1 vikt-% 250 ppm av vart och ett av additiven l, 2 och 3 införliva- des med bränslet och testtemperaturen var -250 C. Vaxkri- stallstorleken visade sig vara 1200 Hm lång och över 90 vikt-% av vaxet passerade genom Cummins FFl05 filter.

Under testet konstaterades passage av vax ytterligare genom observation av tryckfallet över filtret, som endast ökades med 2,2 kPa. §xempel 2 Exempel l upprepades och vaxkristallstorleken visade sig vara 1300 nm och det maximala slutliga tryckfallet över filtret var 3,4 kPa. 466 454 30 Exempel 3 Bränsleegenskaper grumlingspunkt OO C vaxbildningstemperatur -2,50 C initieli kokpunkt 1sz° c 20 % 22o° c 90 % 354° c slutlig kokpunkt 3850 C vaxhalt vid testtemperaturen 1,6 vikt-% 250 ppm av vart och ett av additiven l, 2 och 3 användes och vaxkristallstorleken visade sig vara 1500 nm och ungefär 75 vikt-% av vaxet passerade genom Bosch l45434l06 filter vid testtemperaturen -8,50 C. Det maximala tryck- fallet över filtret var 6,5 kPa.

Exempel 4 Exempel 3 upprepades och visade sig ge en vaxkristallstorlek med längden 2000 nm, , varav ungefär 50 vikt-% passerade genom filtret under ett maximalt tryckfall av 35,3 kPa.

Exempel 5 Det bränsle som användes i exempel 3 behandlades med 400 ppm additiv l och 100 ppm av en blandning av additiv 2 och testades såsom i exempel 3 vid -80 C, vid vilken temperatur vaxhalten var 1,4 vikt-%. Vaxkristallstorleken visade sig vara 2500 nanometer och 50 vikt-% av vaxet passerade genom filtret vid ett maximalt slutligt tryckfall av 67,1 kPa.

Vid användning av detta bränsle i testriggen steg tryckfallet ganska hastigt och testet misslyckades. Det antas att detta skedde på grund av såsom visat i fotografiet kristallerna är platta och platta kristaller som inte passerar filtret 466 454 31 tenderar att täcka filtret med ett tunt ogenomträngligt skikt.

"Kubliknande" (eller "nodulära") kristaller å andra sidan samlas, när de inte passerar genom filtren, till en jämfö- relsevis lös "kaka", varigenom bränslet fortfarande kan pas- sera tills massan blir så stor att filtret fylls och den totala tjockleken av "vaxkakan“ är så stor att tryckfallet blir alltför stort.

Dxempel 6 (jämförelseexempel) Det bränsle som användes i exempel 3 behandlades med 500 ppm av en blandning av 4 delar additiv 4 och l del additiv 2 och testades vid -8° C, varvid vaxkristallstorleken visade sig vara 6300 nanometer och 13 vikt-% av vaxet passerade genom filtret.

Detta exempel är bland de bästa exemplen enligt teknikens ståndpunkt, varvid utmärkta resultat uppnås utan kristall- passage.

En avsökande elektronmikrograf av de vaxkristaller som bil- dades i bränslet enligt exemplen l - 6 anges i fig. l - 6 nedan.

Exemplen l - 4 visar sålunda att om kristaller kan passera genom filtret på ett pålitligt sätt kan de utmärkta kall- temperaturegenskaperna utsträckas till mycket högre vax- halter i bränslet än hittills varit möjligt och även vid temperaturer ännu lägre under vaxbildningspunkten än hit- tills varit möjligt. Detta är utan hänsyn till bränsle- systemets funktion såsom möjligheten att återföra bränslet från motorn för att uppvärma det tillförda bränslet som av- drages från bränsletanken, förhållandet mellan matat bränsle- flöde till återfört bränsle, förhållandet mellan huvudfilter- ytarea till tillfört bränsleflöde och storlek och läge för förfilter och siktar. 466 454 32 a Dessa exempel visar att för de testade filtren resulterar kristallängder under ungefär 1800 "nm"i dramatiskt förbättrade bränsleegenskaper.

Exemgel 7 Vid detta exempel sattes additiv till ett destillatbränsle med följande egenskaper: initiell kokpunkt 1so° c zo % z23° c 90 9: 336° c slutlig kokpunkt 36s° c vaxbildningstemperatur 5,50 C grumlingspunkt -3,50 C För jämförelseändamål sattes även följande additiv till destillatbränslet: Additiv A: En blandning av eten/vinylacetat-sampolymerer, varav en var additiv 2 (l viktdel) och den andra en (3 vikt- delar) med en vinylacetathalt av 36 vikt-%, molekylvikt (Mn) av 2000, en grenkedjighetsgrad mellan 2 och 3 metyler per 100 metylengrupper enligt bestämning vid 500 MHz NMR.

Additiv B: En blandning av additiv 4 och 2, varvid molför- hållandet var 4:1.

Additiv C: Dibehenatet av en polyetylenglykolblandning med en medelmolekylvikt av 600.

Additiv D: En eten/propen-sampolymer, vari etenhalten var 56 vikt-% och talmedelmolekylvikten var ungefär 60 000.

Additiven tillsattes i de mängder som anges i följande ta- bell och tester utfördes enligt PCT, som i detalj beskrives på följande sätt: 466 454 33 Programmerat kylningstest (PCT) Detta är ett långsamt kylningstest som är anpassat för att korrelera med pumpningen av en lagrad upphettningsolja.

Kallflödesegenskaperna för bränslet innehållande additiven bestämdes medelst PCT på följande sätt. 300 ml bränsle kyl- des linjärt vid lo C/timme till testtemperaturen och tempe- raturen hölls därefter konstant. Efter 2 timmar vid test- temperaturen avlägsnades ungefär 20 ml från ytskiktet genom sugning för att förhindra att testet påverkades av de abnormt stora vaxkristaller, som tenderar att bildas på skiljeytan olja/luft under kylning.

Vax som sedimenterat i kärlet dispergerades genom försiktig omrörning, varefter ett CFPPT (1) filteraggregat insattes. ventilen öppnades för påföring av ett vakuum av 500 mm kvicksilver och stängdes när 200 ml bränsle passerat genom filtret in i en graderad behållare: "godkänt" antecknades om dessa 200 ml tillvaratogs under 10 sekunder genom en given maskstorlek och "icke godkänt" om flödeshastigheten var alltför långsam, vilket indikerade att filtret blivit blockerat.

Det siktnummer som passerades vid testtemperaturen anteck- nades. (1) CFPPT - Cold Filter Plugging Point Test (CFPPT) beskrives i detalj i "Journal of the Institute of Petroleum", vol. 52, nr 510, juni 1966, sid. l73 - 185.

Exempel 8 Det bränsle som användes i detta exempel hade följande egenskaper: 466 45.4 34 (ASTM-nas) initiell køkpunkt 19o° c 20 24e° c 90 346° c slutlig kokpunkt 374° c vaxbildningstemperatur -l,5° C grumlingspunkt +2,0° C Bränslet behandlades med l000 delar per miljon aktiv kompo- nent av följande additiv: (E) (F) (G) (H) (I) (J) (K) En blandning av additiv 2 (l viktdel) och additiv 4 (9 viktdelar). 0 Det kommersiella eten/vinylacetat-sampolymeradditivet som marknadsförs av Exxon Chemicals såsom ECA 5920.

En blandning av: l del additiv l l del additiv 3 l del additiv D l del additiv K Det kommersiella eten/vinylacetat-sampolymeradditivet som marknadsförs av Amoco såsom 2042E.

Det kommersiella eten/vinylpropionat-sampolymeradditivet som marknadsförs av BASF såsom Keroflux 5486.

Inget additiv.

Reaktionsprodukten av 4 mol dihydrogenerad talgamin och l mol pyromellitsyraanhydrid. Reaktionen utföres utan lösningsmedel vid 1500 C, omrörning under kväve i 6 timmar. 466 454 35 Följande användningskarakteristika för dessa bränslen bestäm- des därefter. (i) (ii) (iii) Bränslets förmåga att passera genom dieselbränsle- huvudfiltret vid -90 C och procenthalten vax som _passerar genom filtret med följande resultat: additiv tid till misslyckande % vax som passerar E ll minuter 18 - 30 % F 16 minuter 30 % G inget misslyckande 90 - 100 % H 15 minuter 25 % I 12 minuter 25 % J 9 minuter 10 % Tryckfallet över huvudfiltret gentemot tiden och re- sultaten anges grafiskt i fig. 12.

Vax som sedimenterar i bränslena bestämdes genom kyl- ning av l00 ml bränsle i ett graderat mätglas. Mät- glaset kyldes vid lo C/timme från en temperatur som företrädesvis var l0O C över bränslets grumlings- punkt men inte mindre än 50 C över bränslets 9fUmlïH9SPunkt till testtemperaturen, som därefter upprätthölls under en föreskriven tid. Testtemperatu- ren och lakningstiden beror på användningen, d.v.s. dieselbränsle och upphettningsolja. Det föredrages att testtemperaturen är minst 50 C under _grum- 1iU9SPUflktêH och den minsta kalla lakningstiden vid testtemperaturen var minst 4 timmar. Företrädesvis skall testtemperaturen vara l0° C eller mera under grumlingspunkt bränslets och lakningsperioden skall vara 24 timmar eller mera.

Efter lakningsperiodens slut undersöktes mätglaset och graden av vaxkristaller som sedimenterade bestäm- des visuellt såsom höjden av varje vaxskikt över mät- 466 454 36 glasets botten (0 ml) och uttrycktes såsom ett procenttal av den totala volymen (100 ml). Klart bränsle kunde ses över de sedimenterade vaxkristallerna och denna form av mätning är ofta tillräcklig för att bedöma vaxsedimenteringen.

Ibland är bränslet grumligt över ett sedimenterat vaxkri- stallskikt eller också kan vaxkristallerna synas vara syn- ligt tätare när de närmar sig mätglasets botten. I detta fall användes en mer kvantitativ analysmetod. Här avsuges de översta 5 % (5 ml) bränsle försiktigt och lagras, där- efter avsuges de påföljande 45 % och bortkastas, de på- \O följande 5 % avsuges och lagras och de påföljande 35 0 avsuges och bortkastas och slutligen tillvaratas de l0 % som är vid botten efter uppvärmning för att upplösa vax- kristallerna. Dessa lagrade prov betecknas nedan såsom topprov, mellanprov resp. bottenprov. Det är av betydelse att det påförda vakuumet för avlägsning av proven är för- hållandevis lågt, d.v.s. 200 mm vattenpelare, och att toppen av pipetten placeras just under bränslets yta för att undvika strömmar i vätskan som kan störa vaxkoncentra- tionen vid olika skikt inuti kärlet. Proven värmes därefter till 600 C under 15 minuter och undersöktes med avseende på vaxhalt genom Differential Scanning Calorimetry (DSC) såsom ovan beskrivits.

I detta fall användes en Mettler TA 2000B DSC maskin. Ett 25 /ul prov placerades i provcellen och vanlig fotogen i referenscellen, där de kyldes vid 220 C/minut från 600 C till minst l0O C men företrädesvis 200 C över vaxbildnings- temperaturen (WAT) och därefter kyldes vid 20 C/minut till ungefär 200 C under WAT. Ett referensprov måste utföras på det osedimenterade, okylda behandlade bränslet. Graden av vaxsedimentering korreleras därefter med WAT (eller WAT = WAT sedimenterat prov minus WAT ursprunglig). Nega- tiva värden utvisar avvaxning av bränslet och positiva värden utvisar vaxanrikning genom sedimentering. Vaxhalten kan även användas såsom ett mått på sedimentering från dessa 466 454 37 prov. Detta belyses av % vax eller % vax (% vax = % vax sedimenterat prov - % ursprungligt vax) och återigen utvisar negativa värden avvaxning av bränslet och positiva värden utvisar vaxanriknflu; genom sedimentering.

I detta exempel kyles bränslet vid lo C/timme från -l0o C ned ti11 -9° c een keiiekeaee i 48 timmer före testning.

Resultaten var såsom följer: addi- visuell vax- WAT O C data sedimenterade prov tiv sedimentering topp 5 % mellan 5 % botten 10% E slöjbildning -10,80 -4,00 -3,l5 helt igenom tätare vid botten F 50 % klar över -13,35 -0,80 -0,40 G 100 % -7,85 -7,40 -7,50 H 35 % klar över -13,05 -8,50 +O,50 I 65 % klar över J 100 % halvgelad -6,20 -6,25 -6,40 (Resultaten visas även grafiskt i fig. l3). 466 454 38 ursprunglig WAT WAT (O C) (sedimenterade prov) (osedimenterat bränsle) topp 5 % mellan 5 % botten 10 % E -6,00 -4,80 +2,00 . +2,85 F -5,15 -8,20 +4,35 +4,75 G -7,75 -0,10 +0,35 +0,25 H -5,00 -8,05 -3,50 +4,5O J -6,20 0,00 -0,05 -0,20 (Observera att signifikant depression av WAT kan uppnås med det mest effektiva additivet (G)) % WAT (sedimenterade prov) topp 5 % mellan 5 % botten 10% E -0,7 +0,8 +0,9 F -0,8 +2,l +2,2 G i0,0 +0,3 +0,l H -1,3 -0,2 +l,l J -0,1 +0,0 +0,l Dessa resultat visar att när kristallstorleken reduceras genom närvaro av additiv sedimenterar vaxkristallerna rela- tivt hastigt. När exempelvis obehandlade bränslen kylas under sina grumlingspunkter : tenderar det att uppvisa ringa vaxkristallsedimentering på grund av att de plattliknande kristallerna låsas till varandra och kan inte tumla runt fritt i vätskan och en gelliknande struktur uppkommer men när en flödesförbättrare tillsättes kan kristallerna modi- fieras så att deras form blir mindre plattliknande och ten- derar att bilda nålar med storlekar inom intervallet tiotals mikrometer, vilka kan röra sig fritt i vätskan och sedimentera relativt hastigt. Denna vaxkristallsedimente- ring kan förorsaka problem i lagringstankar och fordons- system. Koncentrerade vaxskikt kan oväntat avdragas} sär- __ 466 454 ._39 skilt när bränsleniván är låg eller tanken är störd (t.ex. när ett fordon vänder runt en hörna) och filterblockering kan uppkomma.

Om vaxkristallstorleken kan reduceras ytterligare till under 10.000 nm _ kan kristallerna sedimentera relativt lång- samt och vaxantisedimentering kan resultera som ger fördelar med avseende på bränslets egenskaper i jämförelse med ett bränsle med sedimenterade vaxkristaller. Om vaxkristallstor- leken kan reduceras till under ungefär 4000 nm är tendensen hos kristallerna att sedimentera nästan eliminerad inom tiden för bränslelagring. Om kristallstorlekarna minskas till den föredragna storleken under 2000 nm kan vax- kristallerna förbli suspenderade i bränslet under många veckor vilket erfordras vid vissa lagringssystem och problemen med sedimentering är väsentligen eliminerade. (iv) CFPP-egenskaperna var de följande: additiv CFPP-temperatur (O C) CFPP-depression E -14 11 F -20 17 G -20 17 H -20 17 1 -19 16 J -3 - (v) Medelkristallstorleken visade sig vara den följande: 466 454 40 additiv storlek (nm) E 4400 F 10400 G 2600 H 10800 I 8400 J tunna plattor över 50 000

Claims (2)

1. 466 454. 41 PATENTKRAV l. Användning,sàsom ett additiv för vaxhaltiga destillat- bränslen för reglering av kristallstorleken för vaxer som bildas i destillatbränslena,av en förening innehållande minst två substituentgrupper och uppvisande en rymdfördelning och konfiguration som är sådan att de kan inta positionerna i vaxmolekylerna vid skärningen av planet (001) och planen (llx), t.ex. planen (ll0) och/eller (lll) i vaxkristallerna, vilka substituentgrupper är alkyl, alkoxialkyl eller poly- alkoxialkyl med minst 10 atomer i huvudkedjan, och vilken förening innehåller minst två n-alkylgrupper med fler än 2 kolatomer, vars separation är i storleksordningen 4,5-5,5 Å, och varvid den V-formiga vinkeln mellan de lokala symmetri- planen för de två n-alkylgrupperna är från 75° till 90°.

2. Destillatbränsle innehållande ett additiv enligt kravet l. »i ml