專利名稱：用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于一種噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料或燃料混合材料，尤其是用于燃?xì)廨啓C(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣燃料。
背景技術(shù)：
用作噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油機(jī)燃料的天然資源的可利用性和質(zhì)量面臨獨(dú)特而困難的技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)已識(shí)別出的問題是對用于飛行器和機(jī)動(dòng)車輛的噴氣機(jī)和柴油機(jī)燃料日益增加的需求。由于對燃料的質(zhì)量要求越來越高，因此從常規(guī)的桶裝原油生產(chǎn)可接受燃料的能力正在下降。由于常規(guī)的桶裝原油總體上正變得越來越重(如更加多環(huán))且包含更多的硫這一事實(shí)，對可接受燃料的需求無法得到滿足。同時(shí)，對更清潔燃料的需求，致使通過加工除去硫和多環(huán)物質(zhì)如萘，得到高度氫化的密度較小的燃料。據(jù)信，高度純化的常規(guī)燃料和高度鏈烷化的費(fèi)-托燃料具有較低密度，缺少密封膨脹能力和潤滑性。對汽油成分的限制使能利用無任何直接用途的含碳組分，例如苯、丁烷和甲基叔丁基醚(MTBE)。
在飛行器內(nèi)和其周圍循環(huán)的燃料通常提供單獨(dú)部件以冷卻飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)、潤滑劑、電子元件、機(jī)翼等。出于節(jié)約燃料/性能考慮而造成發(fā)動(dòng)機(jī)溫度增加，使得顯著增加的熱負(fù)荷成為一個(gè)已識(shí)別出的問題。更多的飛行正采用極地路線，因此燃料現(xiàn)在必須經(jīng)受從極冷溫度至極熱溫度的溫度范圍。能夠提高燃料閃點(diǎn)至60℃或更高，同時(shí)保持傾點(diǎn)低于-60℃的這一需求尚未得到滿足。提高閃點(diǎn)至當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)之上的另一個(gè)可取的結(jié)果是希望在給飛行器加燃料或使其飛行時(shí)，可增加碰撞或著火之后的生存幾率。
還期望具有靈活且多樣化的燃料來源，使得用于燃料的材料不僅衍生自石油基組分，還可衍生自天然氣、煤、石油殘?jiān)⑸镔|(zhì)和由合成氣產(chǎn)生的廢料。然而，此類靈活性和多樣性目前還不是可普遍應(yīng)用的。因此，有必要致力于上文討論的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料組合物，所述組合物包含(a)按燃料組合物重量計(jì)約5％至約99％的高度支化的烷基芳族或烷基環(huán)己烷化合物，該化合物包含烷基部分和芳族部分，其中烷基部分具有5至25個(gè)碳原子和平均每部分多于1.0個(gè)的支鏈，芳族部分選自苯、甲苯、二甲苯、衍生自芳族部分的環(huán)己烷，以及它們的混合物；其中所述烷基芳族化合物或烷基環(huán)己烷在烷基部分包含的非季碳與季碳的比率為約10∶1至3∶1；(b)至少約0.01％的燃料添加劑；和(c)約0％至約90％的常規(guī)噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭或柴油機(jī)混合材料，優(yōu)選為超低硫的精制石油混合材料或鏈烷烴費(fèi)托混合材料、異鏈烷烴費(fèi)托混合材料，以及它們的混合物。
發(fā)明詳述對汽油成分，例如苯、丁烷和甲基叔丁基醚(MTBE)的限制，已經(jīng)使或?qū)⒁鼓芾糜糜谕榛甲寤衔锏慕M分，來制備用于噴氣機(jī)和柴油機(jī)燃料的單芳族化合物。使用單芳族化合物作為燃料，具體地講是由苯和過剩的常規(guī)石油或費(fèi)托衍生的丙烯和/或丁烯低聚物(聚合汽油)制成的烷基苯，可以多種方式起到有益效果。使用此類苯和丙烯和/或丁烯低聚物，將增加噴氣燃料的體積，這是一個(gè)明確需求，同時(shí)可從用于機(jī)動(dòng)車輛的汽油中除去不可取的物質(zhì)。此外，本發(fā)明燃料具有多種所需性質(zhì)，例如較高閃點(diǎn)、較低凝固點(diǎn)、高溫穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、增加的密度、較好的潤滑性、抗微生物滋生、自身毒性的減少，并可在混合材料中遞送有益效果。這些確定的性質(zhì)特別為高性能飛行器提供改進(jìn)的燃料，該飛行器以常規(guī)噴氣機(jī)、沖壓噴氣機(jī)、超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)、火箭或脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)等為特征。
本發(fā)明燃料利用目前不能用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油機(jī)燃料的桶裝石油組分。通常使汽油中除去的C3/C4烯烴進(jìn)行低聚反應(yīng)以制備用于芳族例如苯的烷基化的C5至C18高度支化烯烴，或者可任選地將芳族氫化成環(huán)己烷，以形成用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭的具有一些可取屬性的燃料、用于柴油機(jī)燃料的燃料和混合材料。本發(fā)明燃料可利用費(fèi)托方法和后續(xù)加工由天然氣、煤、石油殘?jiān)?、油頁巖、生物質(zhì)或由合成氣產(chǎn)生的廢料來制備。所列多樣化的產(chǎn)品來源提供了高度可取的燃料來源靈活性。
在噴氣機(jī)和柴油機(jī)燃料領(lǐng)域，一個(gè)識(shí)別出的問題是燃料遞送多種性質(zhì)的能力，例如除了燃料的其它可取性質(zhì)以外的較低的傾點(diǎn)、高溫穩(wěn)定性、增加的潤滑性、增加的閃點(diǎn)、密封膨脹能力、毒性減少。噴氣機(jī)和柴油機(jī)燃料的另一個(gè)可取特點(diǎn)是與常規(guī)的或超低硫的噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和/或柴油機(jī)燃料在混合材料內(nèi)相容的能力。本發(fā)明燃料包含這樣的烷基芳族化合物，其可提供多種有益效果并能夠在燃料混合材料中與常規(guī)的或超低硫的噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和/或柴油機(jī)燃料相容。此外，可將烷基芳族化合物氫化成烷基環(huán)己烷，以使燃料能夠在將來特別高性能的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)/機(jī)身內(nèi)，提供吸熱性冷卻。
本發(fā)明燃料還可優(yōu)選用作部分混合材料以用于烴燃料動(dòng)力裝置中，所述裝置的非限制性實(shí)施例如手提油爐、鏈鋸、發(fā)生器等。本文所用的“烴燃料”是指汽油、煤油、燃料油和柴油。燃料(本文后面稱作“通用戰(zhàn)場燃料”)如本發(fā)明燃料，可用于各種烴燃料動(dòng)力機(jī)械。此外，本發(fā)明的烷基芳族化合物燃料或烷基芳族化合物與常規(guī)燃料的共混物如高度加工的噴氣燃料或費(fèi)托噴氣燃料的較高的閃點(diǎn)、增加的密度、較好的潤滑性，可使得本發(fā)明燃料更適用于軍用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并因此改進(jìn)通用戰(zhàn)場燃料的適用性。通常當(dāng)與高度加工的常規(guī)或費(fèi)托柴油機(jī)原料共混時(shí)，這些有益效果還可用于普通車輛和越野柴油機(jī)燃料。
本發(fā)明燃料包含按重量計(jì)約5％至約99％的燃料組合物，該組合物包含至少一個(gè)高度支化的烷基芳族化合物或高度支化的烷基環(huán)己烷，其由芳族部分和烷基部分(兩者均在下文討論)的弗里德爾-克拉夫茨烷基化生成。芳族部分和烷基部分可得自于石油或非石油原料。例如，煤油按重量計(jì)50％多是苯。
高度支化的烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷包含具有5至25個(gè)碳原子，優(yōu)選5至18個(gè)碳原子，最優(yōu)選約6至約12個(gè)碳原子的烷基部分。
本文所用“高度支化的”是指烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷的烷基部分的平均支鏈數(shù)。本發(fā)明燃料優(yōu)選包含約20％重量至約100％重量的具有高度支化的烷基部分的烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷。烷基部分包含平均每部分約1.0至約5.0個(gè)支鏈，優(yōu)選每部分約1.5至約4.0個(gè)支鏈。用于烷基部分的優(yōu)選原料選自具有5至25個(gè)碳，優(yōu)選5至18個(gè)碳的支鏈烯烴、支鏈鹵化烷或支鏈醇，最優(yōu)選為丙烯的二聚物、三聚物和四聚物和/或丁烯的二聚物的混合物，或混合的丙烯/丁烯低聚物。烯烴可衍生自石油煉制、煤氣加工中一些熟知的方法或衍生自費(fèi)托方法。參見Kirk-Othmer，第3版(1978)，第2卷，第59至61頁，及其所包含的參考文獻(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施方案是丙烯的低聚物。
制備丙烯四聚物的優(yōu)選方法包括加熱該烯烴原料并將該原料注入到催化室內(nèi)。優(yōu)選的催化劑包括涂敷磷酸的硅藻土或其它合適的硅酸鹽、涂敷磷酸的石英片，或它們的混合物。催化室優(yōu)選保持為大約6.94MPa(1000psig)和200℃。將催化室的流出物分餾以回收任何未反應(yīng)的烯烴原料，且所需餾分直接用于烷基化步驟。參見G.C.Feighner的J.Am.Oil Chem.Soc.第35卷，第520至524頁(1958)；Kirk-Othmer，第2版(1968)，第16卷，第581至582頁和第593至594頁。然后將優(yōu)選包含丙烯低聚物的所需餾分用于烷基化本發(fā)明燃料的芳族部分，優(yōu)選芳族部分是苯。
高度支化的烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷還包含芳族部分，該部分選自苯、甲苯、二甲苯、衍生自芳族部分的環(huán)己烷，以及它們的混合物，優(yōu)選為苯和環(huán)己烷。芳族部分，例如苯，或衍生自芳族部分例如苯的環(huán)己烷，可衍生自石油或煤油。
此外，烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷的烷基部分具有的非季碳與季碳的比率為約10∶1至約3∶1，優(yōu)選每分子包含至少1個(gè)季碳，更優(yōu)選平均每分子包含至少1.5個(gè)季碳。在本發(fā)明燃料的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，約70％重量至約100％重量，優(yōu)選約80％重量至約100％重量的烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷含具有以下部分的季碳烷基部分、芳族部分或衍生自芳族部分的環(huán)己烷、和選自C1至C4烷基的支鏈部分以及它們的混合物。
任何烷基芳族化合物，優(yōu)選烷基苯，可部分或全部轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的烷基環(huán)己烷，這將降低具體燃料所要求的芳香性或無芳香性。對于常規(guī)的噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和/或柴油機(jī)燃料組合物應(yīng)用而言，出于成本考慮，此類實(shí)施方案不是優(yōu)選的。然而，轉(zhuǎn)化成烷基環(huán)己烷可用于能保證額外成本的特殊飛行器或火箭燃料應(yīng)用中，例如當(dāng)需要吸熱性冷卻性質(zhì)時(shí)?？赏ㄟ^將烷基芳族化合物，優(yōu)選烷基苯，氫化成烷基環(huán)己烷的步驟來實(shí)現(xiàn)烷基芳族化合物如烷基苯向烷基環(huán)己烷的轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明燃料的烷基芳族化合物和/或烷基環(huán)己烷可通過上述的烷基部分與芳族部分的弗里德爾-克拉夫茨烷基化生成；優(yōu)選芳族部分是苯。用于烷基化步驟的催化劑是合適的弗里德爾-克拉夫茨催化劑，優(yōu)選為氟化氫和氯化鋁。將大大過量的，每摩爾烷基部分約5至約10摩爾的芳族部分，優(yōu)選為苯，與烷基部分和弗里德爾-克拉夫茨催化劑混合。烷基化溫度可從室溫(25℃)至約50℃。反應(yīng)可連續(xù)或分批進(jìn)行。參見G.C.Feighner的J.Am.Oil Chem.Soc.第35卷，第520至524頁(1958)。所得烷基芳族化合物可與催化劑分離并分餾除去雜質(zhì)。
本發(fā)明燃料可遞送以下論述的性質(zhì)之一；然而，本發(fā)明燃料優(yōu)選遞送多個(gè)有益效果。
燃料密度-本發(fā)明燃料具有至少約0.700g/mL，優(yōu)選約0.700g/mL至約0.900g/mL，更優(yōu)選約0.750至約0.860g/mL的密度。燃料密度可通過ASTM D 1298(API Gravity)或ASTM D 4052(Digital DensityMeter)測量。燃料密度通常用于預(yù)測噴氣燃料組合物的能含量。密度較小的噴氣燃料通常具有較高的重量能含量(每單位重量燃料的能量)，密度較高的噴氣燃料具有較高的體積能含量(每單位體積燃料的能量)。具有較高體積能含量的密度較高的燃料通常是優(yōu)選的。
噴氣機(jī)或柴油機(jī)燃料的燃料經(jīng)濟(jì)性涉及燃料的熱值或能含量。當(dāng)其它燃料性質(zhì)不變時(shí)，每升或每加侖的熱值直接正比于密度。更常規(guī)的密度報(bào)導(dǎo)方法，相對密度(RD)，也稱作比重，或API重度(ASTM D 287)，可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明燃料給定的燃料密度范圍容易地進(jìn)行確定。
可通過用于噴氣機(jī)和柴油機(jī)燃料的ASTM D 1319，來測量本發(fā)明燃料的芳族含量。柴油機(jī)燃料的芳香性可通過ASTM D 5186測量。優(yōu)選本發(fā)明燃料基本不含多環(huán)取代基，尤其是多環(huán)的芳族取代基，包括萘、烷基萘和四氫化萘，且基本不含未反應(yīng)的苯(游離苯)、甲苯和二甲苯。本文所用的“基本不含”是指存在于本發(fā)明燃料中的量少于10ppm。
冰點(diǎn)-燃料的冰點(diǎn)可有寬的溫度范圍。蠟晶體是燃料正在凝固的第一個(gè)指示。蠟晶形成后，燃料變成燃料和晶體的糊狀物，然后形成實(shí)體。本文所用冰點(diǎn)是指，當(dāng)對先前已被冷卻至有蠟晶形成的燃料加熱時(shí)，最后的蠟晶熔融的溫度。噴氣燃料通常依據(jù)冰點(diǎn)討論。噴氣燃料的冰點(diǎn)測量有幾種標(biāo)準(zhǔn)測試方法，包括ASTM D 2386(Referee Method)、ASTM D 4305(Filter Flow)、ASTM D 5901(Automated Optical Method)和ASTM D5972(Automatic Phase Transition Method)。噴氣燃料要求可泵抽性，以從噴氣燃料罐轉(zhuǎn)移到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣燃料的泵送能力比該噴氣燃料的冰點(diǎn)低4℃以上。柴油機(jī)燃料通常依據(jù)傾點(diǎn)或濁點(diǎn)討論。濁點(diǎn)由ASTM D2500測量，傾點(diǎn)由ASTM D 97測量。當(dāng)用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和火箭時(shí)，本發(fā)明燃料的傾點(diǎn)為至少約-40℃，優(yōu)選約-40℃至約-80℃，優(yōu)選約-47℃至約-80℃。當(dāng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，本發(fā)明燃料的傾點(diǎn)為至少約-20℃，優(yōu)選約-20℃至約-35℃。本發(fā)明燃料傾點(diǎn)使該燃料由于良好的低溫粘度而對于低溫可操作性是高度可取的。低溫可操作性可由IP 309(CFPP)或ASTM D 4539(FTFT)測量。不受理論的限制，據(jù)信不管本發(fā)明燃料的分子量如何，本發(fā)明燃料的低傾點(diǎn)也可轉(zhuǎn)化為如下所述的可接受閃點(diǎn)。
閃點(diǎn)-對于噴氣燃料，本發(fā)明燃料的閃點(diǎn)為約30℃至約145℃，優(yōu)選約60℃至約110℃。噴氣燃料的閃點(diǎn)可由ASTM D56(Tag ClosedTester or Referee Method)或ASTM D 3828(Small Scale ClosedTester)測量。柴油機(jī)燃料的閃點(diǎn)可由ASTM D 93(Pensky-MartenClosed Cup Tester)測量。提高的閃點(diǎn)對燃料罐的熱加料尤其有用。本文所用“熱加料”是指向正在運(yùn)行或由于運(yùn)行還熱著的機(jī)械如飛行器或機(jī)動(dòng)車輛的燃料罐內(nèi)再充填燃料。本發(fā)明燃料的較高閃點(diǎn)還可使得加燃料時(shí)間減少，這在軍用和龐大的民用飛行器中是很關(guān)鍵的。提高燃料閃點(diǎn)至當(dāng)前規(guī)格之上的另一個(gè)可取結(jié)果是希望增加安全性，減少燃料罐爆炸的危險(xiǎn)，以及當(dāng)給飛行器加燃料或使其飛行時(shí)增加碰撞或著火之后的生存幾率。
抗滋生-本發(fā)明燃料可提供抑制微生物滋生的有益效果。噴氣機(jī)、火箭和燃?xì)廨啓C(jī)燃料的長期儲(chǔ)存造成了微生物滋生問題。該有益效果還可用于其中也存在生物滋生的飛行器燃料系統(tǒng)的維護(hù)和清潔。
熱穩(wěn)定性-本發(fā)明燃料可顯示具有改進(jìn)的熱穩(wěn)定性，當(dāng)噴氣機(jī)和火箭燃料用于冷卻噴氣機(jī)和火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)和其它部件時(shí)，熱穩(wěn)定性對于這些燃料尤其重要。若在較高溫度下不具備穩(wěn)定性，則形成的膠和顆粒會(huì)增加對發(fā)動(dòng)機(jī)的損害。標(biāo)準(zhǔn)測試包括Jet Fuel Thermal Oxidation Tester(JFTOT)(ASTM D3241)。本發(fā)明燃料應(yīng)滿足或超過常規(guī)燃料熱穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。熱穩(wěn)定性可在氧存在下(氧化穩(wěn)定性)或氧不存在下測量。還期望本發(fā)明燃料具有可接受的氧化穩(wěn)定性。不受理論的約束，據(jù)信芳族部分連接到季碳上的烷基芳族化合物可提供改進(jìn)的氧化穩(wěn)定性。
潤滑性-噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油機(jī)燃料的潤滑性受芳族含量以及包含氧、氮和硫的化合物含量的影響。由于法規(guī)試圖減少包含氧、氮和硫的化合物含量，燃料的潤滑性被降低。本發(fā)明燃料優(yōu)選獨(dú)自(例如，以純形式)或在混合材料中顯示具有自潤滑性質(zhì)。噴氣燃料的潤滑性由ASTM D 5001(BOCLE測試)測量。ASTM D 975測量柴油機(jī)燃料內(nèi)的流體動(dòng)力潤滑。潤滑性還可表示密封膨脹是以可接受的范圍提供。密封膨脹受燃料如本發(fā)明燃料中芳族部分存在和不存在的影響。
顆粒減少/發(fā)光度降低-顆粒是由燃料的不完全燃燒生成的。這些顆粒會(huì)對噴氣機(jī)和柴油機(jī)造成機(jī)械損害，并形成煙霧從發(fā)動(dòng)機(jī)中冒出。多環(huán)化合物是燃料產(chǎn)生煙塵廢氣的主要原因；然而，本發(fā)明燃料基本不含多環(huán)芳族化合物，因此使有害顆粒的生成最小化。當(dāng)本發(fā)明燃料是噴氣燃料形式時(shí)，其具有至少20mm的最小發(fā)煙點(diǎn)。發(fā)煙點(diǎn)由ASTM D 1322測量。對噴氣燃料，這些顆粒在發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫高壓條件下變得白熾。這也可導(dǎo)致破裂和過早的發(fā)動(dòng)機(jī)故障。本發(fā)明燃料或本發(fā)明燃料與石蠟基和/或超低硫煤油的混合材料可實(shí)現(xiàn)至少20mm的最小發(fā)煙點(diǎn)。
其它燃料性質(zhì)可通過以上未討論的已知燃料規(guī)范來要求。本發(fā)明燃料也可遞送以下性質(zhì)，如防靜電、抗腐蝕、氧化穩(wěn)定性和無氧下的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明燃料與常規(guī)燃料相比還可具有較少的內(nèi)在毒性。
燃料添加劑本發(fā)明燃料可任選包含按所述燃料組合物的重量計(jì)至少約0.1％，優(yōu)選約0.1％重量至約5％的燃料添加劑?？蓪姎馊剂咸砑觿┨砑又帘景l(fā)明燃料中，噴氣燃料添加劑如抗氧化劑、金屬減活化劑、導(dǎo)電劑或消靜電劑、腐蝕抑制劑、潤滑性改進(jìn)劑、燃料體系結(jié)冰抑制劑、生物殺滅劑、熱穩(wěn)定助劑、煙塵/顆粒減少劑，以及它們的任何組合。這些助劑的論述存在于Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第四版，第3卷，第788至812頁，名為“Aviation and Other Gas TurbineFuels”，具體地講是第795頁的表5。
可加入到本發(fā)明燃料中的柴油機(jī)燃料添加劑可包括十六烷指數(shù)改進(jìn)劑如2-乙基己基硝酸酯(EHN)、噴射器清潔助劑、潤滑性助劑如脂肪酸和酯、煙霧抑制劑如有機(jī)金屬化合物、燃料處理助劑如消泡助劑(即有機(jī)硅化合物)、除冰助劑(即低分子量的醇或乙二醇)、低溫操作助劑、減輕阻力助劑(即高分子量的聚合物)、抗氧化劑(即苯二胺)、穩(wěn)定劑、金屬減活化劑(即螯合劑)、分散劑、生物殺滅劑、破乳劑、腐蝕抑制劑，以及它們的任何組合。柴油機(jī)燃料添加劑的論述存在于Kirk OthmerEncyclopedia of Chemical Technology，第四版，第12卷，第341至388頁，名為“Gasoline and other Motor Fuels”，具體地講是第379至381頁。
常規(guī)的噴氣機(jī)或柴油機(jī)混合材料本發(fā)明燃料可任選地包含常規(guī)的噴氣機(jī)或柴油機(jī)混合材料。這些混合材料優(yōu)選為超低硫混合材料或費(fèi)托混合材料。本文所用“常規(guī)的”是指市售的或本領(lǐng)域已知的噴氣機(jī)或柴油機(jī)燃料。通用戰(zhàn)場燃料是本發(fā)明燃料的優(yōu)選混合材料。
本發(fā)明燃料包含按所述燃料組合物的重量計(jì)不大于95％重量，優(yōu)選約0％重量至90％重量，優(yōu)選0％重量至80％重量，優(yōu)選0％重量至約50％重量的常規(guī)噴氣機(jī)或柴油機(jī)燃料。
使用方法本發(fā)明還包括通過燃燒燃料為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的方法，該方法包括以下步驟壓縮柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣，噴射本發(fā)明燃料，點(diǎn)燃空氣和燃料以形成燃燒混合物。
本發(fā)明還包括通過燃燒燃料為噴氣機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)提供動(dòng)力的方法，該方法包括以下步驟將空氣從噴氣機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的前部吸入噴氣機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)，將空氣與如權(quán)利要求1所述的燃料混合，點(diǎn)燃空氣和燃料混合物以形成燃燒混合物，并將燃燒混合物從噴氣機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的后部噴出。
本發(fā)明還包括通過燃燒燃料為火箭提供動(dòng)力的方法，該方法包括以下步驟將如權(quán)利要求1所述的燃料與氧化劑如氧氣或一氧化二氮混合，點(diǎn)燃氧氣或一氧化二氮與燃料以形成燃燒混合物，并將燃燒混合物從火箭中噴出。
本發(fā)明還涉及為沖壓噴氣機(jī)或超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)提供動(dòng)力的方法。沖壓噴氣機(jī)沒有移動(dòng)部件，通過航空器向前的速度實(shí)現(xiàn)吸入空氣的壓縮。進(jìn)入超音速飛行器入口的空氣被入口和擴(kuò)散器產(chǎn)生的空氣動(dòng)力擴(kuò)散減慢至與渦輪噴氣機(jī)推力增強(qiáng)裝置內(nèi)的那些速度相當(dāng)?shù)乃俣?。燃料噴射后的熱氣體膨脹和燃燒使排氣加速至高于入口處的速度，并產(chǎn)生正向推進(jìn)。超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)(Scramjet)是Supersonic Combustion Ramjet的縮寫。超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)與沖壓噴氣機(jī)的不同之處在于，通過發(fā)動(dòng)機(jī)以超音速氣流速度進(jìn)行燃燒。氫是通常所用的燃料。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)也有意識(shí)地包括在本發(fā)明方法中。本發(fā)明還涉及為沖壓噴氣機(jī)或超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)提供動(dòng)力的方法。沖壓噴氣機(jī)沒有移動(dòng)部件，通過航空器向前的速度實(shí)現(xiàn)吸入空氣的壓縮。進(jìn)入超音速飛行器入口的空氣被入口和擴(kuò)散器產(chǎn)生的空氣動(dòng)力擴(kuò)散減慢至與渦輪噴氣機(jī)推力增強(qiáng)裝置內(nèi)的那些速度相當(dāng)?shù)乃俣取Ｈ剂蠂娚浜蟮臒釟怏w膨脹和燃燒使排氣加速至高于入口處的速度，并產(chǎn)生正向推進(jìn)。超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)(Scramjet)是Supersonic Combustion Ramjet的縮寫。超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)與沖壓噴氣機(jī)的不同之處在于，通過發(fā)動(dòng)機(jī)以超音速氣流速度進(jìn)行燃燒。氫是通常所用的燃料。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)也有意識(shí)地包括在本發(fā)明方法中。本發(fā)明方法包括以下步驟優(yōu)選通過催化脫氫將本發(fā)明燃料組合物分解成烴組分和氫，通過吸熱性冷卻來冷卻所述鄰近發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身部件。然后使烴組分和氫燃燒。燃燒氫也可用于在沖壓噴氣機(jī)或超音速燃燒沖壓噴氣機(jī)條件下保持火焰。
盡管已用具體實(shí)施方案來說明和描述了本發(fā)明燃料，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此，有意識(shí)地在附加的權(quán)利要求書中包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。所有引用文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考；任何文獻(xiàn)的引用不可理解為是對其作為本發(fā)明燃料的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
權(quán)利要求
1.一種用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料組合物，特征在于(a)按燃料組合物的重量計(jì)5％至99％的高度支化的烷基芳族或烷基環(huán)己烷化合物，所述化合物包含烷基部分和芳族部分，所述烷基部分具有5至25個(gè)碳原子和平均每部分多于1.0個(gè)的支鏈，所述芳族部分選自苯、甲苯、二甲苯、衍生自芳族部分的環(huán)己烷，以及它們的混合物；其中所述烷基芳族化合物或烷基環(huán)己烷的所述烷基部分包含的非季碳與季碳的比率為10∶1至3∶1；(b)至少0.01％的燃料添加劑；和(c)0％至75％的常規(guī)噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭或柴油機(jī)混合材料，優(yōu)選為低硫的精制石油混合材料或費(fèi)托混合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或火箭，且所述燃料組合物的傾點(diǎn)為-40℃至-80℃，優(yōu)選-47℃至-80℃。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物的閃點(diǎn)為38℃至145℃，優(yōu)選為60℃至145℃。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物的密度為至少0.700g/mL，優(yōu)選為0.700g/mL至0.900g/mL，優(yōu)選為0.750至0.860g/mL。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述烷基部分的碳總數(shù)為C5-14，優(yōu)選為C8-14。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，且所述傾點(diǎn)為至少-20℃，優(yōu)選為-20℃至-35℃。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物基本不含多環(huán)取代基，尤其是多環(huán)芳族取代基，且基本不含未反應(yīng)的苯。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述燃料組合物是最小發(fā)煙點(diǎn)為20mm的噴氣燃料。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，特征在于，所述化合物(a)含有所述烷基芳族化合物或烷基環(huán)己烷，所述烷基芳族化合物或烷基環(huán)己烷優(yōu)選每分子至少包含1個(gè)季碳，更優(yōu)選每分子至少包含2個(gè)季碳。
10.如權(quán)利要求10所述的燃料組合物，特征在于，80摩爾％至100摩爾％的所述烷基芳族和/或烷基環(huán)己烷化合物包含季碳，所述季碳由所述烷基部分、所述芳族部分或衍生自所述芳族部分的環(huán)己烷、和選自C1至C4烷基的支鏈部分，以及它們的混合物形成。
全文摘要
一種用于噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是噴氣機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料或燃料混合材料，該燃料或燃料混合材料利用目前不能用作噴氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭和柴油機(jī)燃料的常規(guī)石油組分，例如苯、丁烷和甲基叔丁基醚(MTBE)，這些組分可與芳族部分烷基化以制備用于噴氣機(jī)或柴油機(jī)的單芳族化合物。此外，含有此類單芳族化合物的燃料具有多個(gè)所需性質(zhì)，例如較高閃點(diǎn)、低傾點(diǎn)、增加的密度、較好的潤滑性、有氧降解性、毒性減少，并另外可在混合材料中遞送有益效果。
文檔編號C10L1/04GK1856564SQ200480027445
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者D·S·康納 申請人:寶潔公司