專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)動(dòng)機(jī)中提供功率增益的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供含有特殊添加劑或添加劑組合的燃料組合物，以及使用這類(lèi)燃料組合物操作內(nèi)燃機(jī)，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生功率增益的方法。置量縮小的石油儲(chǔ)量和汽車(chē)排放導(dǎo)致的控制空氣劣化導(dǎo)致大量改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)性能的努力?；締?wèn)題是內(nèi)燃機(jī)本來(lái)是低效率的。它燃燒的僅少部分燃料實(shí)際上轉(zhuǎn)化成有效功率。其余部分以熱或振動(dòng)的形式散逸，或消耗于克服發(fā)動(dòng)機(jī)的許多運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦中。進(jìn)入燃燒室中的一些燃料不完全燃燒，并作為烴(HC)、一氧化碳(CO)和其它燃燒副產(chǎn)物離開(kāi)排氣尾管，其中許多為空氣污染或“煙霧”的主要組分。鑒于世界上操作的數(shù)百萬(wàn)汽車(chē)和其它燃料動(dòng)力車(chē)輛和發(fā)動(dòng)機(jī)，顯然甚至發(fā)動(dòng)機(jī)效率的小小改進(jìn)也可能產(chǎn)生石油的實(shí)質(zhì)性節(jié)約和空氣污染的顯著減少。 因此，需要改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。理想地，這種改進(jìn)可通過(guò)使用特殊燃料組合物或者將特殊添加劑或添加劑組合加入燃料組合物中，然后將燃料組合物供入發(fā)動(dòng)機(jī)中而實(shí)現(xiàn)。該路線(xiàn)是有吸引力的，因?yàn)樗苊饬藢?duì)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能通常所需的昂貴設(shè)備改進(jìn)的需要。概沭本發(fā)明提供給內(nèi)燃機(jī)加燃料的方法，所述方法包括向發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料組合物的步驟。燃料組合物包含在室溫下為液體的燃料和季銨鹽。季銨鹽包括(a)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述酰化劑縮合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物與(b)適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，季銨鹽以50ppm或更高存在于供入發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料組合物中。在一些實(shí)施方案中，與具有組分(i)燃料且不具有組分(ii)添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)操作相比，本發(fā)明方法產(chǎn)生在最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率下測(cè)定的至少O. 5kW功率增益的發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步提供季銨鹽在內(nèi)燃機(jī)中作為功率增益添加劑的用途，更具體而言，季銨鹽在用于內(nèi)燃機(jī)中的燃料組合物中作為功率增益添加劑的用途。本發(fā)明還提供包含在室溫下為液體的燃料和季銨鹽的燃料組合物。季銨鹽包括(a)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述酰化劑縮合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物與(b)適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑的反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明還包括季銨化聚酯鹽的用途，所述季銨化聚酯鹽包括(a)含有叔氨基的聚酯與(b)適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑的反應(yīng)產(chǎn)物，其中季銨化劑選自由硫酸二烷基酯、芐基齒、烴基取代碳酸酯、與酸組合的烴基環(huán)氧化物或其混合物組成的組。換言之，本發(fā)明提供在內(nèi)燃機(jī)操作期間提供功率增益的方法，所述方法包括將燃料組合物供入所述發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述燃料組合物包含(i)在室溫下為液體的燃料；和(ii)包含含有叔氨基的化合物與和適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑的反應(yīng)產(chǎn)物的季銨鹽。含有叔氨基的化合物可包括(i)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述?；瘎┛s合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物；或(ii)含有至少一個(gè)羥基的脂肪羧酸和具有能夠與所述酸縮合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的聚酯反應(yīng)產(chǎn)物。任何這些所述季銨鹽可在燃料組合物和/或使用所述燃料的內(nèi)燃機(jī)中用作功率增益添加劑。迸述下面通過(guò)非限定性闡述描述各個(gè)優(yōu)選特征和實(shí)施方案。本發(fā)明涉及包含季銨鹽的燃料組合物的用途和用該燃料組合物操作內(nèi)燃機(jī)的方法。本發(fā)明組合物和方法最小化、減少和控制發(fā)動(dòng)機(jī)中的沉積物形成，這降低燃料消耗，促進(jìn)駕駛性能、汽車(chē)維護(hù)，并減少排放，其能使發(fā)動(dòng)機(jī)操作最佳化。本發(fā)明組合物和方法還產(chǎn)生使用它們的發(fā)動(dòng)機(jī)中的功率增益。Mfi
適用于本發(fā)明中的燃料不過(guò)度受限。一般而言，合適的燃料通常在環(huán)境條件如室溫(20-30°C )下為液體。液體燃料可以為烴燃料、非烴燃料或其混合物。烴燃料可以為石油餾出物，包括通過(guò)ASTM規(guī)格D4814定義的汽油，或通過(guò)ASTM規(guī)格D975定義的柴油燃料。在一個(gè)實(shí)施方案中，液體燃料為汽油，在另一實(shí)施方案中，液體燃料為無(wú)鉛汽油。在另一實(shí)施方案中，液體燃料為柴油燃料。烴燃料可以為通過(guò)氣至液方法制備的烴，包括例如通過(guò)方法如費(fèi)托法制備的烴。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明所用燃料為柴油燃料、生物柴油燃料或其組合。非烴燃料可以為含氧組合物，通常稱(chēng)為氧合物(oxygenate)，其包括醇、醚、酮、羧酸酯、硝基烷或其混合物。非烴燃料可包括例如甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚、甲乙酮、酯交換油和/或來(lái)自植物和動(dòng)物的脂肪如油菜子甲酯和大豆甲酯，和硝基甲烷。烴和非烴燃料的混合物可包括例如汽油和甲醇和/或乙醇、柴油燃料和乙醇，及柴油燃料和酯交換植物油如油菜子甲酯和其它生物衍生燃料。在一個(gè)實(shí)施方案中，液體燃料為水在烴燃料中的乳液、非烴燃料或其混合物。在本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案中，液體燃料可具有基于重量為5000ppm或更少、IOOOppm或更少、300ppm或更少、200ppm或更少、30ppm或更少，或者IOppm或更少的硫含量。本發(fā)明液體燃料以一般大于95重量％的主要量存在于燃料組合物中，在其它實(shí)施方案中，以大于97重量％、大于99. 5重量％，或大于99. 9重量％存在。季銨鹽季鹽包括(a)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述?；瘎┛s合的氧或氮原子的化合物的縮合產(chǎn)物(且所述縮合產(chǎn)物進(jìn)一步具有叔氨基)與(b)適于將化合物(a)的叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，季銨化劑包括硫酸二烷基酯、芐基鹵、烴基取代碳酸酯；烴基環(huán)氧化物或其混合物。在一些實(shí)施方案中，季銨化劑與酸組合使用，在一些實(shí)施方案中，烴基環(huán)氧化物與酸組合使用。本發(fā)明烴基取代酰化劑為長(zhǎng)鏈烴與如下通式表示的任何含有烯鍵的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物(R1) (R1)C=C(Rj) (CH(Rj) (R1))(I)其中R1各自獨(dú)立地為氫或烴基，其中長(zhǎng)鏈烴一般為被單不飽和羧酸反應(yīng)物取代的聚烯烴，單不飽和羧酸反應(yīng)物例如為(i) α，β -單不飽和C4-Cltl 二羧酸如富馬酸、衣康酸、馬來(lái)酸；(ii) (i)的衍生物如(i)的酐或C1-C5醇衍生的單-或二酯；(iii) α，β -單不飽和C3-Cltl單羧酸如丙烯酸和甲基丙烯酸；或(iv) (ill)的衍生物如(iii)的C1-Cjf衍生的酯。用于與單不飽和羧酸反應(yīng)的烯烴聚合物可包括包含主要摩爾量的C2-C2tl，例如C2-C5單烯烴的聚合物。這類(lèi)烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、戊烯、辛烯-I或苯乙烯。聚合物可以為均聚物如聚異丁烯，以及這類(lèi)烯烴中的兩種或更多種的共聚物，例如乙烯和丙烯；丁烯和異丁烯；丙烯和異丁烯的共聚物。其它共聚物包括其中次要摩爾量的共聚物單體如1-10摩爾％為C4-C18 二烯烴的那些，例如異丁烯和丁二烯的共聚物；或乙烯、丙烯和
1,4-己二烯的共聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，式(I)中的至少一個(gè)R衍生自聚丁烯，即C4烯烴，包括I-丁烯、2-丁烯和異丁烯的聚合物。C4聚合物可包括聚異丁烯。在另一實(shí)施方案中，式(I)中的至少一個(gè)R衍生自乙烯_α烯烴聚合物，包括乙烯-丙烯-二烯聚合物。乙烯-α烯烴共聚物和乙烯-低級(jí)烯烴-二烯三聚物描述于大量專(zhuān)利文件中，包括歐洲專(zhuān)利公開(kāi)EP 0279863·和如下美國(guó)專(zhuān)利3, 598，738 ;4，026，809 ;4，032，700 ;4，137，185 ;4，156，061 ;4，320，019 ；4，357，250 ;4，658，078 ;4，668,834 ;4，937，299 ;5，324，800，通過(guò)引用將其中關(guān)于這些乙烯基聚合物的相關(guān)公開(kāi)內(nèi)容并入本文中。在另一實(shí)施方案中，式(I)的烯鍵主要是下式(II)和(III)表示的亞乙烯基- (H) C=C (R2) (R2)(II)其中R2為烴基，和-⑶(R3)C(C(CH3)=CH2) (III)其中R3為烴基。在一個(gè)實(shí)施方案中，式(I)的亞乙烯基含量可包含至少約30摩爾％亞乙烯基、至少約50摩爾％亞乙烯基，或至少約70摩爾％亞乙烯基。該材料和它們的制備方法描述于美國(guó)專(zhuān)利 5，071，919 ;5，137，978 ;5，137，980 ;5，286，823,5, 408，018,6, 562，913,6, 683，138、7，037，999 和美國(guó)公開(kāi) Nos. 20040176552AU20050137363 和 20060079652A1 中，通過(guò)引用將其明確并入本文中，這類(lèi)產(chǎn)品以商品名GLISSOPAL 由basf市售，和以商品名TPC1105*^PTPC 595TM 由 Texas Petrochemicals LP 市售。由單不飽和羧酸反應(yīng)物和式(I)化合物的反應(yīng)制備烴基取代酰化劑的方法是本領(lǐng)域中熟知的并公開(kāi)于如下專(zhuān)利中美國(guó)專(zhuān)利Nos. 3，361，673和3，401, 118，以導(dǎo)致進(jìn)行熱“烯”反應(yīng)；美國(guó)專(zhuān)利 Nos. 3，087，436 ;3，172，892 ;3，272，746,3, 215，707 ;3，231，587 ；3,912, 764 ;4，110，349 ;4，234，435 ;6，077，909 ;6，165，235，并通過(guò)引用并入本文中。在另一實(shí)施方案中，烴基取代?；瘎┛捎芍辽僖环N下式表示的羧酸反應(yīng)物與式(I)表示的任何含有烯鍵的化合物反應(yīng)而制備(R4C(O) (R5)nC(O))R4 (IV)和
OR4
I
R4_C-(R5)n-C(O)OR4
OH(\)
其中R4各自獨(dú)立地為H或烴基,且R5各自為二價(jià)亞烴基,且η為O或I?；衔锖瓦@些化合物的制備方法公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利Nos. 5，739，356 ;5，777，142 ;5，786，490 ;5，856，524 ；6，020，500 ;和6，114，547中，通過(guò)引用將其并入本文中。在一些實(shí)施方案中，烴基取代酰化劑可以為聚異丁烯琥珀酸和/或酐；多羥基羧酸如多羥基硬脂酸或多聚蓖酸。烴基取代?；瘎┑钠渌苽浞椒梢栽谌缦聟⒖嘉墨I(xiàn)中找到美國(guó)專(zhuān)利Nos. 5，912，213 ;5，851，966 ;和5，885，944，通過(guò)引用將其并入本文中。具有能夠與?；瘎┛s合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物可由下式表示
HRfl
VZ
Kt V M
I ^ Ι · Ι. · Ι ιΙι Ιι· JRfe u -
RbR0(VI)其中X為含有約I至約4個(gè)碳原子的亞烷基；且其中R6各自獨(dú)立地為烴基，且R6’可以為氫或烴基。
HO—X—N
(VII)其中X為含有約I至約4個(gè)碳原子的亞烷基；且其中R7各自獨(dú)立地為烴基。能夠與?；瘎┛s合且進(jìn)一步具有叔氨基的含氮或氧的化合物的實(shí)例包括但不限于二甲基氨基丙胺、N，N- 二甲基-氨基丙胺、N，N- 二乙基-氨基丙胺、N，N- 二甲基-氨基乙胺或其混合物。另外，也可使用可烷基化以含有叔氨基的含氮或氧的化合物。在烷基化以具有叔氨基以后能夠與?；瘎┛s合的含氮或氧的化合物的實(shí)例包括但不限于乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、異構(gòu)丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、二亞乙基三胺、二亞丙基三胺、二亞丁基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、五亞乙基六胺、六亞乙基四胺和雙(六亞甲基)三胺、二氨基苯、二氨基吡啶或其混合物。能夠與?；瘎┛s合且進(jìn)一步具有叔氨基的含氮或氧的化合物可進(jìn)一步包括氨基烷基取代的雜環(huán)化合物，例如1-(3-氨基丙基)咪唑和4-(3-氨基丙基)嗎啉、1-(2-氨基-乙基)哌啶、3，3-二氨基-N-甲基二丙胺、3’3-氨基雙(N，N-二甲基丙胺)。能夠與?；瘎┛s合且具有叔氨基的另一類(lèi)含氮或氧的化合物包括鏈烷醇胺，包括但不限于三乙醇胺、N, N- 二甲基氨基丙醇、N, N- 二乙基氨基丙醇、N, N- 二乙基氨基丁醇、N, N，N-三(羥乙基)胺或其混合物。在一些實(shí)施方案中，烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述?；瘎┛s合的氧或氮原子的化合物的縮合產(chǎn)物為烴基取代酰化劑和多胺的縮合產(chǎn)物，其中多胺更具體而言我亞烷基多胺。如上所述，合適的烴基取代?；瘎┌ň巯N取代的琥珀酸和酐，例如聚異丁烯取代的琥珀酸和酐，和多羥基羧酸如多羥基硬脂酸和多聚蓖麻。合適的多胺包括上述那些中的任一種，包括二甲基氨基丙胺。
本發(fā)明組合物含有適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑，其中季銨化劑選自硫酸二烷基酯、烷基齒、烴基取代碳酸酯；烴基環(huán)氧化物或其混合物。季銨化劑可與酸組合使用，例如烴基環(huán)氧化物可與酸組合使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，季銨化劑可包括鹵化物，例如氯化物、碘化物或溴化物；氫
氧化物；磺酸鹽；硫酸烷基酯如硫酸二甲酯；磺內(nèi)酯；磷酸鹽Α_12烷基磷酸鹽；二 Ch2烷基磷酸鹽；硼酸鹽Α_12烷基硼酸鹽；亞硝酸鹽；硝酸鹽；碳酸鹽；碳酸氫鹽；鏈烷酸鹽；
O,O- 二 -CV12烷基二硫代磷酸鹽；或其混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，伯胺和仲胺或與叔胺的混合物的烷基化可全部在一個(gè)步驟中完全或部分烷基化成叔胺并進(jìn)一步烷基化成季鹽。在該一個(gè)步驟中，需要適當(dāng)?shù)赜?jì)算氮上的氫并根據(jù)需要提供堿或酸(例如烷基化成叔胺需要從烷基化產(chǎn)物中除去(中和)氫(質(zhì)子))。用烷基化劑，例如烷基鹵或硫酸二烷基酯，伯或仲胺的烷基化產(chǎn)物為質(zhì)子化鹽并需要堿來(lái)源以釋放胺并且用這些試劑進(jìn)行烷基化成季鹽需要叔胺的烷基化，且產(chǎn)物為季銨鹵化物或硫酸單甲酯。相反，作為烷基化劑的環(huán)氧化物進(jìn)行烷基化和中和使得中間烷基化產(chǎn)物·已是游離胺。為用環(huán)氧化物進(jìn)行烷基化至季鹽，一般需要提供當(dāng)量的酸以提供羥基的質(zhì)子和鹽的抗衡陰離子。在一個(gè)實(shí)施方案中，季銨化劑可衍生自硫酸二烷基酯如硫酸二甲酯、N-氧化物、磺內(nèi)酯如丙磺酸內(nèi)酯和丁磺酸內(nèi)酯；烷基、酰基或芳烷基鹵化物如甲基氯和乙基氯、甲基溴和乙基溴或甲基碘和乙基碘或芐基氯，和烴基(或烷基)取代的碳酸酯。如果?；u為芐基鹵，則芳環(huán)任選進(jìn)一步被烷基或鏈烯基取代。烴基取代碳酸酯的烴基(或烷基)可含有每基團(tuán)1-50、1-20、1-10和1_5個(gè)碳原子。在一個(gè)實(shí)施方案中，烴基取代碳酸酯含有兩個(gè)可以相同或不同的烴基。合適的烴基取代碳酸酯的實(shí)例包括碳酸二甲酯或碳酸二乙酯。在另一實(shí)施方案中，季銨化劑可以為下式表示的烴基環(huán)氧化物，并可任選與酸組合使用
權(quán)利要求
1.在內(nèi)燃機(jī)操作期間提供功率增益的方法，其包括 A.將包含如下組分的燃料組合物供入所述發(fā)動(dòng)機(jī)中 1.在室溫下為液體的燃料；和 .季銨鹽，其包含(a)和(b)的反應(yīng)產(chǎn)物 (a)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述?；瘎┛s合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物；和 (b)適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中季銨化劑選自由硫酸二烷基酯、芐基鹵、烴基取代碳酸酯、任選與酸組合的烴基環(huán)氧化物或其混合物組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中季銨化劑選自由硫酸二烷基酯、烴基取代碳酸酯、任選與酸組合的烴基環(huán)氧化物或其混合物組成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中季銨鹽以50ppm或更高存在于燃料組合物中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中烴基取代?；瘎榫郛惗∠╃晁狒?。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中化合物(a)衍生自N，N-二甲基-1，3- 二氨基丙烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中燃料為含有500ppm或更少硫的柴油燃料、生物柴油燃料或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中與具有組分(i)燃料而不具有組分(ii)添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)操作相比，發(fā)動(dòng)機(jī)收到在最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率下測(cè)定的至少O. 5kff的功率增益。
9.季銨鹽在內(nèi)燃機(jī)中作為功率增益添加劑的用途。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的用途，其中季銨鹽存在于供入內(nèi)燃機(jī)中的燃料組合物中，產(chǎn)生與不具有所述鹽的燃料組合物相比的功率增益。
II.根據(jù)權(quán)利要求10的用途，其中季銨鹽以至少50ppm的含量存在于燃料組合物中。
11.在內(nèi)燃機(jī)操作期間提供功率增益的方法，其包括 A.將包含如下組分的燃料組合物供入所述發(fā)動(dòng)機(jī)中 i.在室溫下為液體的燃料；和
12.包含(a)和(b)的反應(yīng)產(chǎn)物的季銨鹽 (a)含有叔氨基的化合物；和 (b)適于將叔氨基轉(zhuǎn)化成季氮的季銨化劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中含有叔氨基的化合物包含 (i)烴基取代?；瘎┖途哂心軌蚺c所述?；瘎┛s合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物；或 (ii)含有至少一個(gè)羥基的脂肪羧酸和具有能與所述酸縮合的氧或氮原子且進(jìn)一步具有叔氨基的化合物的聚酯反應(yīng)產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供含有特殊添加劑季銨鹽或添加劑組合的燃料組合物，以及使用這種燃料組合物操作內(nèi)燃機(jī)，從而在內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生功率增益的方法。
文檔編號(hào)C10L1/22GK102906235SQ201180025829
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者R·H·巴伯 申請(qǐng)人:盧布里佐爾公司