專利名稱：用于均勻填充壓縮點(diǎn)火(hcci)體系的燃料以及制備所述燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于均勻填充壓縮點(diǎn)火(HCCI)體系的燃料和涉及制備這種燃料的方法。
背景技術(shù)：
HCCI引擎是由一些機(jī)構(gòu)和公司研發(fā)出來(lái)的相對(duì)新的概念。HCCI燃燒的原理在于稀釋、預(yù)混、在用活塞壓縮燃料和空氣的均一混合物時(shí)其在整個(gè)汽缸體積內(nèi)反應(yīng)和燃燒。在混合物達(dá)到足夠高的溫度時(shí)，燃燒反應(yīng)開(kāi)始以自動(dòng)點(diǎn)火。這些反應(yīng)在多處同時(shí)引發(fā)，進(jìn)行地非常迅速，并且完全不存在局部高溫區(qū)域或者火焰前緣。
其實(shí)，所述HCCI燃燒方法尋求的是將與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的低氮氧化物(NOx)廢氣排放和與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或者壓縮點(diǎn)火(CI)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的高熱效率相結(jié)合。理論上，HCCI提供了下面的可能性無(wú)煙燃燒和非常低的氮氧化物(NOx)，以及可以高于CI發(fā)動(dòng)機(jī)的能量效率。
因此，成功地實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒將增加內(nèi)燃燒(IC)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于能量技術(shù)(例如燃料電池)的競(jìng)爭(zhēng)性，由此延長(zhǎng)它們的存在時(shí)間(lifespan)。
因?yàn)镠CCI有效地改進(jìn)了IC發(fā)動(dòng)機(jī)，所以不存在對(duì)于其實(shí)施的外部阻礙，而且這項(xiàng)技術(shù)的逐步采用可以看出，其已經(jīng)以各種形式最終在主要的機(jī)動(dòng)車IC發(fā)動(dòng)機(jī)中。在美國(guó)能源部(US Department ofEnergy)向美國(guó)國(guó)會(huì)做出的2001年度報(bào)告中預(yù)測(cè)，隨著成功地研發(fā)，客車HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可以在2010年商業(yè)化。
因此存在對(duì)用于HCCI系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的需求。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了HCCI燃料，該燃料至少包括正鏈烷烴和異鏈烷烴，且該燃料具有低于7ms的點(diǎn)火延時(shí)。該HCCI燃料也可以用作燃料組分。
通常，該燃料含有7-14個(gè)碳原子的烴類。
所述燃料可基本上不含環(huán)烷烴(cyclo-paraffin)。這樣，所述燃料可含有低于5質(zhì)量％，通常低于1質(zhì)量％的環(huán)烷烴。
此外，其含有低于1wt％的芳族化合物和可忽略程度的硫。
在本說(shuō)明書(shū)中，點(diǎn)火延時(shí)使用ASTM Method D6890在等體積燃燒彈中，點(diǎn)火品質(zhì)測(cè)試儀(IQTTM)測(cè)得。
燃料的點(diǎn)火延時(shí)可以為低于5ms。
燃料的點(diǎn)火延時(shí)可以為2-5ms。
正鏈烷烴的重量％可超過(guò)燃料中的任何其它單一組分。
正鏈烷烴可以超過(guò)燃料的25重量％。
正鏈烷烴可以超過(guò)燃料的50重量％。
正鏈烷烴可以超過(guò)燃料的80重量％。
正鏈烷烴可以為燃料的約95重量％。
正鏈烷烴可以是由費(fèi)托(FT)反應(yīng)獲得的正鏈烷烴。
異鏈烷烴可以是由FT反應(yīng)獲得的異鏈烷烴。
燃料可以含有烯烴。
所述HCCI燃料可以包括氧化物(oxygenate)。
所述HCCI燃料可以基本上不含硫。
所述HCCI燃料可以基本上不含氧化物。
所述燃料可具有90℃-270℃的ASTM D86餾出物。
所述燃料包括潤(rùn)滑改進(jìn)劑和其它燃料添加劑，使得可以符合產(chǎn)品規(guī)格。
所述燃料可以作為共混組分與常規(guī)燃料一起使用。
本發(fā)明提供了制備HCCI燃料或者燃料組分的方法，該燃料或者燃料組分至少包括正鏈烷烴和異鏈烷烴，該燃料具有低于7ms的點(diǎn)火延時(shí)，所述方法包括選自下列的一個(gè)或者多個(gè)步驟a)加氫處理至少一部分費(fèi)托(FT)合成反應(yīng)產(chǎn)物的冷凝餾分或其衍生物；b)氫化轉(zhuǎn)化FT合成產(chǎn)物的蠟餾分或其衍生物；c)在單一單元或者分開(kāi)單元中分餾一種或多種經(jīng)加氫處理的步驟a)的冷凝餾分和步驟b)的氫化轉(zhuǎn)化餾分，以獲得理想的HCCI燃料或者燃料餾分；以及d)任選地，以所需的比率共混兩種或者多種來(lái)自步驟c)的所述組分，以獲得理想的HCCI燃料。
氫化轉(zhuǎn)化可以借助加氫裂解進(jìn)行。
根據(jù)該方法所制備的燃料性質(zhì)可以是在上文中和在說(shuō)明書(shū)中任何位置公開(kāi)。
步驟d)的共混可以是FT冷凝衍生物和氫化轉(zhuǎn)化的FT蠟衍生物以1∶99至99∶1體積比共混。
下表中給出了兩種餾分的典型組成。
在分離為兩種餾分后的典型FT產(chǎn)物(經(jīng)蒸餾的體積％)

大于160℃的餾分含有顯著量的沸點(diǎn)高于一般石腦油的烴物質(zhì)。160℃-270℃的餾分可以視為輕柴油燃料。這意味著所有重于270℃的材料需要通過(guò)催化方法(通常稱為加氫處理，例如加氫裂解)轉(zhuǎn)化為更輕的物質(zhì)。
用于之一步驟的催化劑通常是雙官能類型的；也就是說(shuō)它們含有用于裂解的活性位點(diǎn)和用于加氫的活性位點(diǎn)。用于加氫的催化金屬活性物質(zhì)包括VIII族的貴金屬，例如鉑和鈀、或者經(jīng)硫化的VIII族賤金屬，例如鎳、鈷，其可以包括或者不包括經(jīng)硫化的VI族金屬，例如鉬。這些金屬載體可以是任何難熔氧化物，例如氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釩或者其它III族、IV族、V族和VI族的氧化物，其可以單獨(dú)使用或者與其它難熔氧化物結(jié)合使用。備選地，所述載體可以部分或者完全由沸石組成。
具體描述和實(shí)施例下面表格總結(jié)了本發(fā)明的適用于HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的推薦燃料的原料和碳數(shù)范圍。

定義·SR FT直餾費(fèi)托反應(yīng)·HT SR FT加氫處理的滯留費(fèi)托反應(yīng)·HX FT加氫裂解的費(fèi)托反應(yīng)·GTL按預(yù)期來(lái)自費(fèi)托反應(yīng)氣液轉(zhuǎn)換裝置的氫化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。
所述燃料可以含有具有7-14個(gè)碳原子的烴類，并已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)符合在蒸汽壓和點(diǎn)火延時(shí)方面的獨(dú)特特性。此外，標(biāo)準(zhǔn)還考慮了燃料的高鏈烷烴本質(zhì)和烴類的高直鏈性。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，C7-C14的碳數(shù)范圍不包括例如具有高蒸汽壓的戊烷和己烷的烴。足夠的揮發(fā)性對(duì)于在燃燒室中建立均一的氣體填充和足夠的十六烷特征值(自動(dòng)點(diǎn)火的傾向)，從而在整個(gè)體積中進(jìn)行均一地點(diǎn)燃來(lái)說(shuō)是重要的。
此外還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，C7-C14的碳數(shù)范圍不包括例如通常具有100的十六烷值的正十六烷的烴。HCCI燃料的正十六烷數(shù)不得過(guò)高且其點(diǎn)火延時(shí)不得過(guò)短，以確保受控的汽缸內(nèi)燃燒。
本發(fā)明人相信十二項(xiàng)選擇幾乎概括了對(duì)于FT基合成HCCI燃料的所有實(shí)際選擇。
對(duì)于這些燃料的關(guān)鍵品質(zhì)要求在表1中進(jìn)行總結(jié)。
表1合成FT HCCI燃料的選定品質(zhì)特征

點(diǎn)火延時(shí)是燃料的高壓、高溫自動(dòng)點(diǎn)火性質(zhì)的良好指標(biāo)，并可以與燃料的餾分范圍和辛烷數(shù)相關(guān)，這進(jìn)一步涉及到其化學(xué)組成。進(jìn)行點(diǎn)火延時(shí)測(cè)量的條件是在IQTTM中，在22.4巴大氣壓和565℃下進(jìn)行，這與HCCI燃料在HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中可能要經(jīng)歷的條件是可比較的，因此，點(diǎn)火延時(shí)(ID)可以用作衡量HCCI燃料點(diǎn)火品質(zhì)的恰當(dāng)尺度。這意味著在壓縮時(shí)具有高自動(dòng)點(diǎn)火傾向的燃料將具有短的點(diǎn)火延時(shí)(約2-4ms)，而具有增加的自動(dòng)點(diǎn)火抗性(等于高辛烷火花點(diǎn)點(diǎn)火汽油)將具有較長(zhǎng)的點(diǎn)火延時(shí)(約7-11ms)。
因?yàn)樵谌剂媳┞队贖CCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的特定壓力和溫度條件下，自動(dòng)點(diǎn)火抗性和耐氧化性沒(méi)有區(qū)別，所以在由原油獲得的HCCI燃料中存在的這些硫(S)和氮(N)雜原子將充當(dāng)氧化抑制劑，導(dǎo)致更長(zhǎng)的點(diǎn)火延時(shí)和更低的自動(dòng)點(diǎn)火傾向。
FT燃料實(shí)際上是不含硫、具有較低水平的含氮化合物，而在將FT燃料應(yīng)用于HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中時(shí)，不存在這些天然存在的抗氧化劑將具有益處。這導(dǎo)致它們?cè)贖CCI條件下自動(dòng)點(diǎn)火的趨勢(shì)方面優(yōu)于常規(guī)燃料。
工藝流程圖在

圖1中包括了一般的區(qū)塊流程圖。對(duì)于所有四類HCCI燃料的工藝選擇以簡(jiǎn)單格式顯示。下面的表2中總結(jié)了對(duì)于這些燃料和進(jìn)料的基本處理。
表2對(duì)于FT進(jìn)料處理的一般要求

(1)對(duì)于這一單元操作有許多參考文獻(xiàn)。例如，參見(jiàn)PASchweitzer，Handbook of Separation Techniques for ChemicalEngineers(McGraw-Hill，1979)或者RH Perry和Chilton，ChemicalEngineers’Handbook(McGraw-Hill，5thEdition，1973)。
合成HCCI燃料組分的制備可以根據(jù)至少四種工藝設(shè)置而實(shí)現(xiàn)。對(duì)于具體裝置的一種選擇是實(shí)施要求額外位點(diǎn)和市場(chǎng)具體信息的工藝合成。
第一組HCCI燃料-在本文中稱為SR FT-可以通過(guò)在蒸餾單元1中分餾出輕質(zhì)合成FT烴料流10進(jìn)行制備。對(duì)于所要求產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行這種分餾單元的操作獲得了產(chǎn)物組11。
第二組HCCI燃料-在本文中稱為SR HT FT-可以通過(guò)首先在加氫單元2中加氫以飽和烯屬雙鍵和從氧化物質(zhì)中去除氧來(lái)由輕質(zhì)合成FT烴料流10獲得。然后加氫產(chǎn)物在分餾單元3中分餾到所需規(guī)格，獲得產(chǎn)物組13。
第三組HCCI燃料-在本文中稱為HX FT-可以通過(guò)在加氫裂解單元4中加氫裂解而獲得更輕的飽和烴類由重合成FT烴料流14獲得。然后經(jīng)加氫劣化的產(chǎn)物可以在分餾單元5中經(jīng)分餾到所需規(guī)格，獲得產(chǎn)物組16。
制備第四種HCCI燃料-在本文中稱為GTL(GTL＝氣相到液相)-的備選方案可以通過(guò)直接共混上述加氫處理和加氫裂解的產(chǎn)物來(lái)進(jìn)行制備。在一個(gè)優(yōu)化方式中，這可以通過(guò)使用常規(guī)分餾塔單元6來(lái)進(jìn)行，以獲得所需的規(guī)格，獲得了產(chǎn)物組18。
還可以通過(guò)共用一個(gè)常規(guī)分餾器或者在分餾后共混產(chǎn)物11和16，獲得合成HCCI燃料。
在所有這些方法選項(xiàng)中存在非HCCI烴料流的副產(chǎn)物，即比所涉及的HCCI合成產(chǎn)物更輕或更重的產(chǎn)物。前者可以描述為氫石腦油而后者描述為重柴油料流。這些可以用于燃料或者非燃料用途。
來(lái)自在這些四組中任何組的所有燃料可以用作最終HCCI燃料的共混組分。
合成FT HCCI燃料的排放性能為人們所廣泛接受的是，合成燃料比常規(guī)燃料產(chǎn)生更少的有害排放物。這一點(diǎn)已經(jīng)被多次引入到公知領(lǐng)域-例如參見(jiàn)在San Antonio，texas，2000年3月舉行的National Petrochemical & RefinersAssociation Meeting中給出的“費(fèi)托合成原油處理和將其產(chǎn)物和常規(guī)燃料合并的益處”-論文AM-00-51。該文件提及了FT石腦油和FT柴油。
合成FT HCCI燃料的典型品質(zhì)表3含有按上述制備的合成FT HCCI燃料的典型品質(zhì)并符合所選定的要求。表3顯示了HT SR FT和原油衍生燃料的對(duì)比。
表3合成FT HCCI燃料的典型品質(zhì)


表4等量的用于HCCI燃料的合成FT燃料和原油衍生燃料的對(duì)比

下面表5顯示了C7-C9 GTL HCCI燃料與等量石油餾分的共混物的品質(zhì)特性的實(shí)施例。在常規(guī)共混物中含有合成FT燃料的益處相當(dāng)明顯。
表5C7-C9 GTL HCCI燃料和等量石油餾分的共混物的品質(zhì)

權(quán)利要求
1.一種HCCI燃料或者燃料組分，該燃料包括至少包括具有7-14個(gè)碳原子的正鏈烷烴和異鏈烷烴，且根據(jù)ASTM D6890，該燃料具有低于7ms的點(diǎn)火延時(shí)。
2.權(quán)利要求1的燃料，該燃料包含低于1重量％的芳族化合物和可忽略水平的硫。
3.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，該燃料具有低于5ms的點(diǎn)火延時(shí)。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，該燃料具有2-5ms的點(diǎn)火延時(shí)。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴的質(zhì)量％超過(guò)燃料中任何其它單一組分的含量。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴的質(zhì)量％超過(guò)該燃料的25質(zhì)量％。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴的質(zhì)量％超過(guò)該燃料的50質(zhì)量％。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴的質(zhì)量％超過(guò)該燃料的80質(zhì)量％。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴的質(zhì)量％超過(guò)該燃料的95質(zhì)量％。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中正鏈烷烴是得自費(fèi)托(FT)反應(yīng)的正鏈烷烴。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，其中異鏈烷烴是得自費(fèi)托反應(yīng)的異鏈烷烴。
12.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，該燃料包括下列的一種或多種烯烴、潤(rùn)滑改進(jìn)劑和氧化劑。
13.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的燃料，該燃料基本上不含雜原子例如氮、硫和氧。
14.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的燃料，該燃料具有90℃-270℃的ASTM D80餾分。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的HCCI燃料或者燃料組分作為與傳統(tǒng)燃料的共混組分的用途。
16.用于制備HCCI燃料或者燃料組分的方法，該燃料或者燃料組分至少包括正鏈烷烴和異鏈烷烴，該燃料具有低于7ms的點(diǎn)火延時(shí)，所述工藝包括選自下列的一個(gè)或多個(gè)步驟a)加氫處理至少一部分費(fèi)托(FT)合成反應(yīng)產(chǎn)物的冷凝餾分或其衍生物；b)氫化轉(zhuǎn)化FT合成產(chǎn)物的蠟餾分或其衍生物；c)在單一單元或者分開(kāi)單元中分餾一種或多種經(jīng)加氫處理的步驟a)的冷凝餾分和步驟b)的氫化轉(zhuǎn)化餾分，以獲得理想的HCCI燃料或者燃料餾分；以及d)任選地，以所需的比率共混兩種或者多種來(lái)自步驟c)的所述組分，以獲得理想的HCCI燃料。
17.權(quán)利要求16的方法，其中的氫化轉(zhuǎn)化是通過(guò)加氫裂解進(jìn)行。
18.權(quán)利要求16或17的方法，其中步驟d)的共混是以1∶99至99∶1的體積共混比率共混FT冷凝衍生物和氫化轉(zhuǎn)化的FT蠟衍生物。
19.權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)該工藝制備的燃料是在權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)中的燃料。
20.權(quán)利要求1的HCCI燃料或者燃料組分，基本上如本文所描述和記載。
21.權(quán)利要求16的工藝，基本上如本文中描述和記載。
22.基本上如本文描述和記載的新型HCCI燃料或者燃料組分，或者新方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種HCCI燃料或者染料組分，該燃料至少包括具有7－14個(gè)碳原子的正鏈烷烴和異鏈烷烴，且根據(jù)ASTM D6890，該燃料具有低于7ms的點(diǎn)火延時(shí)。還提供了制備HCCI燃料或者燃料組分的方法。
文檔編號(hào)C10L10/00GK1922292SQ200480041950
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者L·P·F·丹庫(kù)爾特科勒, D·蘭普雷克特, I·S·邁伯勒, C·L·維爾喬恩 申請(qǐng)人:沙索爾技術(shù)股份有限公司