專利名稱：無鉛mmt燃料組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于噴氣發(fā)動機、渦輪發(fā)動機、柴油發(fā)動機及其它燃燒系統(tǒng)的燃料組合物。更具體地說，本發(fā)明涉及能夠改善燃燒和/或降低燃燒溫度，從而改善熱效率及減少有害排放物的有機錳燃料組合及機械和/或化學方法。
各種有機錳化合物(如甲基環(huán)戊二烯基三羰基錳-MMT等等)摻合到烴類燃料中作為抗爆劑是人所共知的。見USP2,818,417；2,839,552；及3,127,351(在此引證以供參考)。有機錳用于較重的燃料類中，如煤、柴油及噴氣燃料，也是人所周知的，而且被認為有助于減少冒煙及固體顆粒物排出。參見USP3,927,992；4,240,802；4,207,078；4,240,801。
無論有機錳的抗爆震作用及其它好處怎樣，它用于烴燃料中仍然引起了另外一系列環(huán)境及實際問題。即在烴燃料燃燒時有機錳化合物產生了有害錳氧化物(Mn3O4及Mn2O3)，它們復蓋在引擎部件、燃燒系統(tǒng)、渦輪，排氣管表面及排放物/排氣管催化劑等上面，從而引起諸如早期疲勞、破損、過度磨損、金屬顆粒排出物，長期烴排放物剝蝕等等問題。參閱USP3,585,012；3,442,631；3,718,444及我的EPO專利0235280。
例如，氧化錳沉積在噴氣引擎、渦輪等等上面早就成為使用錳的一個主要障礙。由于這些沉積的嚴重性，曾經開發(fā)過各種方法，以便從噴氣引擎上除去這些氧化物。參閱USP3,556,846；3,442,631；3,526,545；3,506,483。不幸的是，由于很不見效，最后錳的這種應用只得暫停。
眾所周知，這些沉積物在催化劑表面上產生一種擴散障礙層，降低了催化效率。參閱Williamson、Gandhi、Weavec“燃料添加劑MMT對污染物滯留及催化劑性能的影響”SAE Paper821193，1982。
因此，乙基(Ethyl)公司從70年代至80年代做了大量的努力，試圖尋求解決這個問題的辦法。他們的工作包括采用各種含氧化合物與有機錳組合一起。參見實施例USP Re29,488；3,950,145；3,948,618；4,028,065；4,052,171；4,141,693；4,191,536；4,317,657；4,175,927；4,082,517；3,958,955；3,926,581及3,926,580。但是，解決這個基本問題的任何工藝方法都沒有取得商業(yè)化的成功，盡管這樣的需求十分迫切。
因此，一段時間以來，本領域技術人員都知道，有機錳即使用量很少時，也會導致違反美國制訂的排污控制法，并且在美國國內對在無鉛汽油中添加任何數(shù)量錳，法律上都是禁止的。
雖然如些， 乙基公司上一次根據(jù)清潔空氣法ζ211(f)要求獲得E.P.A對MMT的讓步的失敗償試是要求一種非常適中的錳濃度1/32克(1992年1月8日被拒絕。)。
所有的前期努力，包括濃度在1/64至1/8克的范圍，都遭失敗。一般參閱美國環(huán)保局、RE、拒絕對MMT要求讓步的申請、聯(lián)幫登記冊43卷No.181，星期一，1978年9月18日，乙基公司；拒絕對燃料要求讓步的申請，決議總結，聯(lián)幫登記冊46卷230期，星期二，1981年12月1日。
近來，汽車生產者重新開始關注錳易于形成有害氧化物傾向問題，即使在很低的錳濃度1/32克條件下也生成有害氧化物，據(jù)被稱為“OBD-II催化劑效率監(jiān)視器”的車載催化劑監(jiān)測新系統(tǒng)由于氧化物沉積在催化劑沖洗涂層上而遭損害。參閱Hurley，Hansen，Guttridge，Gandhi，Hammerle及Matso“燃料添加劑甲基環(huán)戊二烯基三羰基錳對排放及排放物成分持續(xù)性的影響”，SAE，Paper 912437，1991；Hurley等“在燃料添加劑MMT影響下汽車催化劑的特性” SAE，Paper，890582，1989；Hubbard等“MMT對OBD-II催化劑監(jiān)視器的影響”SAE，Paper，932855，1993。
于是那些本領域技術人員繼續(xù)認識到在法律上及環(huán)境方面長期禁用MMT，使可將錳用于規(guī)定的無鉛汽油及排放系統(tǒng)的概念被放棄。
甚至乙基公司(MMT唯一生產廠家)由于缺乏有效辦法減少或控制有害氧化物，看來似乎在這種意見一旦批準后，也不得不予以屈從，只有濃度很適中(例如至多1/32克錳)，但是仍在催化劑上涂敷上“很低濃度”的氧化物。參見“乙基公司最近的關于ζ211(f)讓步要求申請書及其歐州專利申請，EPO Applications 92302679.3；91306359.0；91306360.8及92307609.5(與讓步要求努力同時遞交)。
在此領域中，采用多種的燃料可溶性碳酸酯類也有披露，參見USP2,331,386(在目前對氧化錳關注之前1939年頒布)。這篇專利披露了范圍很廣的烷基、同系烷基、芳基及酰胺碳酸酯類，用于燃料油爐及內燃機中。
在此技術領域后來發(fā)現(xiàn)的碳酸酯類的披露，一般都涉及在無金屬/錳的燃料或組合物范圍之內。例如，USP4,891,049；4,904,279；和5,004,480披露了在中間餾份燃料中添加無金屬的烷基碳酸酯，用于壓燃式，柴油及噴氣發(fā)動機中。
USP4,600,408(1986頒布)披露了一種烷基苯基碳酸酯作為抗爆劑。這篇專利注意到了前述有機錳氧化物問題，同樣披露組合物必須不含錳。
自從本領域技術人員放棄了長期的解決有機錳固有的氧化物不適用問題的希望以來，就認為錳只有在美國加鉛汽油中才是合法的，專業(yè)人員們已不打算把MMT與使用鉛添加劑分割開來。參見如歐州專利申請EPA91306278.2，它涉及“非對稱二烷基碳酸酯燃料添加劑”，明顯地認識到這一點而將四乙基鉛、四甲基鉛及環(huán)戊二烯三羰基錳連在一起進行披露，而并未建議分別使用它們。
申請人發(fā)現(xiàn)一種新型的高能冷卻燃燒組合物及方法。
申請人發(fā)明要點在于發(fā)現(xiàn)重金屬氧化問題的根源，也就意味找到了預防金屬燃燒時重氧化物生成的方法。
申請人已發(fā)現(xiàn)引起燃料含有金屬包括有機錳化合物在燃燒時產生有害重顆粒/復蓋錳氧化物的操作機理，這就是由于未達到理想燃燒過程所致，其中燃燒速度及燃燒溫度未達到最佳條件。
通過有效地增加燃料燃燒速度，同時合理地降低燃燒溫度，申請人不僅控制或避免了有害金屬氧化物的生成，還釋放了非鉛金屬的能量，得到一種新的清潔“高能源”類型的推進劑/燃料及燃燒過程的方法。
實質上申請人已發(fā)現(xiàn)了一種燃燒過程，包括有某種化學結構/子結構，及/或機械結構/子結構，它們同時1)、增加燃燒速度；2)、維持可稱之為自由能的高釋放速度；處于3)降低了的燃燒溫度之下。
附圖的簡要說明

圖1，燃燒溫度差異。在不同引擎負載下通過測量排氣溫度比較了不同燃料組合物的燃燒溫度間的差異。
圖2，燃燒溫度與烴排放量。比較了燃燒溫度差異及其與生成烴排放量的關系。
圖3，燃燒溫度與NOx排放量。比較了燃燒溫度差異及其與產生NOx排放量的關系。
圖4，指示燃燒速度。比較了不同負載下不同燃料的燃燒速度。
圖5，燃燒速度與HC排放量。比較了燃燒速度與HC排放量生成的關系。
圖6，燃燒速度與NOx排放量。比較了燃燒速度與NOx排放量產生的關系。
圖7，技術貧油操作(Eenleanment)。說明維持含氧化合物燃料的最低餾出溫度導致熱驅動能力及燃燒改善。
申請人的發(fā)明在于發(fā)現(xiàn)了重金屬氧化物問題的根源及其解決辦法，如增加燃燒速度和/或降低燃燒溫度，這是本發(fā)明之精髓。
申請人發(fā)現(xiàn)加速及改善燃燒，以達更優(yōu)狀態(tài)，同時又降低燃燒溫度和延長燃燒周期的方法及組合物。
申請人還進一步發(fā)現(xiàn)，在這些改進了的燃燒條件下，最沒料到的是，金屬本身變成為一種燃燒過程中必要和有效的物質，未料到地改善了熱效率，燃料經濟性，凈有效功，功率產生及推力等等，同時又減少了有害污染物。
在本發(fā)明正文中，申請人一般均涉及熱效率，包括在化學及機械范圍內的，如化學反應效率及系統(tǒng)內產生的有用功的量，如自由能。
申請人實際上對每種情況均已發(fā)現(xiàn)，熱效率，特別是在作為系統(tǒng)產生的凈有效功的函數(shù)測量時，是增加了。通常這是非常可觀的。同時，因為重金屬氧化物沒有生成，由于燃燒溫度的冷卻性，燃燒系統(tǒng)將得到使用壽命延長的好處，及易于操作的好處。
例如，申請人未預料到地發(fā)現(xiàn)，熱效率超過現(xiàn)用燃料及燃燒系統(tǒng)的2.0％至20％數(shù)量級。而且，根據(jù)具體情況(如燃燒系統(tǒng)，燃料結構)平均改善范圍可以從2.0％至5.0％，5.0％至10.0％，或者更高，對于最普通的改善范圍，也是從0.05％至1.0％至2.0％。特別的改善范圍可以從10％，25％至40％，30％至80％或更高。
另外，由于申請人改進了燃燒及燃料注入系統(tǒng)的設計使申請人發(fā)明的獨特的燃燒特征最佳化，因而最終期望得到更多一些改善，達到5％至25％或更高。
申請人期望對于航空噴氣系統(tǒng)及航空汽油引擎在高空情況下有明顯的燃燒及能量轉換的改善，也考慮到了在廣范圍應用中，如在柴油、汽油、燃料油，瓦斯渦輪機等應用中具有同樣的改進。
申請人的燃燒方法、燃料化學、燃燒器、燃料注入系統(tǒng)、空氣交換及排放系統(tǒng)，對于實施本發(fā)明都是重要結構。
申請人發(fā)現(xiàn)未曾預料到的協(xié)同作用及多項優(yōu)點，在本發(fā)明的應用這將會變得更為明顯，正如下文所詳述。
因此，有關引擎、燃燒器、燃燒系統(tǒng)、注入、空氣噴氣及/或排放系統(tǒng)的，以增強本發(fā)明燃燒為目的新設計、新方法及/或操作，都是本發(fā)明的實施方案。
同時操作一臺或多臺所述系統(tǒng)，或獨立應用單個系統(tǒng)，或所述系統(tǒng)的成分或子成分，在本發(fā)明實施中都予以考慮。而且可以單獨將此類結構用于申請人的增強燃燒的燃料，亦即用它單獨可完成增加燃燒速度及/或降低燃燒溫度，這也是一種實施體現(xiàn)。但是連接此類系統(tǒng)就可實現(xiàn)協(xié)同作用，否則就不能達到此目的。
本發(fā)明基本上在于，與使用含金屬組份的燃料結合一起達到1)通過a)、提高層流燃燒速度(ECS化學及/或蒸餾改進方法)，.b)、提高紊流速度(化學的及/或機械的方法)的手段增加燃燒速度，2)、降低燃燒溫度(化學的及/或權械的方法)。
因此，申請人的發(fā)明綜合了多方面相互關連的化學及物理的因素，都是對實施本發(fā)明至關重要的因素。
本發(fā)明的一種實施方案在于，應用任何數(shù)目的非鉛金屬(但是環(huán)結構(cyclomatic)錳化合物是初期優(yōu)選的)作為申請人的燃料組合物的一個成分。
但是，往下將愈來愈明顯，使用金屬并非必要，因而可以立即想到，披露的金屬可以理解成是另外的東西。
設想到采用能用來增加燃燒速度的化合物/成分及/或化學的及/或機械的過程、方法及手段，包括它們的組合物及子組合物。即使是在沒有要求時，優(yōu)選燃燒溫度同時也降低。
實踐本發(fā)明時，當采用含氧化合物時，氧含量愈大愈好。氧含量按重量計可以在0.0001至80％的范圍。個別燃料組合物及燃燒系統(tǒng)有所限制的。但是，只有在氧含量達到1.0％、1.5％、2.0％或更高后，才會得到有益的效果。更優(yōu)選的濃度在2.0％或更高。但是對于應用了共燃料的情況，較低一些的濃度也是可以接受的。理想的氧濃度(按重量計)范圍是0.001至30.0％。氧的另外重量濃度包括有0.001至15.0％；0.5％至1.5％；0.3％至2.7％；2.0％至3.7％；0.2％至0.9％；1.0％至4％；2.0％至8.0％；1.8％至12％；2.0％至10.0％；3.0％、5.0％至40％；2.0％至53％。
預計在凈燃料及火箭應用中氧濃度將會更大一些。在共燃料初期使用時(見下述)濃度可以更適中一些。但是，在申請人的燃料中目的仍在于包含較高的氧濃度，尤其是活性氧，以便能夠迅速及強烈地與金屬進行反應。
在實施本發(fā)明中，這種燃料燃燒速度超過未調節(jié)燃料或燃燒系統(tǒng)的增加率的可接受的范圍從1.0％到約800％，或更高。速度增加從0.2％、0.5％、1.0％、2.0％、3.5％、5％到10.0％；從7.0％至15％；從9.0％到25％；從5.0％到20％；從12％到30％；從15％到40％；從20％到50％都是理想的。更理想的增加范圍是從5％到60％，從10％到80％，從20％至100％，從30％到150％。其它的增加為從約100％至200％，從100％至300％。增加200％至400％，300％至600％，400％至800％，500％至900％也是考慮范圍內的和理想的。增加300％或更高是特別理想的，尤其對于申請人前述燃料及燃燒系統(tǒng)。超過這些范圍的增加也是預計到的和理想的。
不同的化學方法也將影響不同燃燒速度的增加和燃料應用。本發(fā)明的一個明確目標，就是根據(jù)燃料化學、燃燒系統(tǒng)、燃料注入及空氣噴氣系統(tǒng)、操作條件、所要求的熱效率以及成本使燃燒速度最優(yōu)化。
燃燒速度的提高及/或燃燒溫度的降低都將隨燃料組合物、燃燒及機械系統(tǒng)的改進而變化。
為有利于利用、增強、或造成可能的提高燃燒速度及/或降低燃燒溫度的效果，明確可考慮到壓縮比、壓縮壓力、燃燒壓力、燃燒室設計、未燃氣組合物的溫度、等值比、點火時間，殘余氣體分數(shù)、燃料注入壓力及時間、空氣噴氣系統(tǒng)，空氣入口溫度、排氣系統(tǒng)、排氣催化劑，熱交換方法/系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻劑系統(tǒng)、和/或相關方法及/或機構，包括它們的組合及/或子組合等都可加以改進。
爆震傳感器技術可以有望用于較高壓縮點火引燃的汽油引擎，在需要時控制火花同步時間，以避免爆震。因而，應考慮到申請人優(yōu)選的較高壓縮引擎同時應用爆震傳感器技術。
設想到本發(fā)明的許多應用，只有在達到某種操作界限時，才有可能得出充分的肯定。例如，如前所述及后面還將更詳細介紹的，只有在引擎操作達到適度至中等重負載條件后，改善燃料經濟性的效益才可能完全表現(xiàn)出來。而且沒有其它調整機械改進，如對汽油減少MBT火花提前等，本發(fā)明的全部優(yōu)點不可能得到。
增大汽化餾份的預點火或后點火分壓，對于促使燃燒速度增加是特別有效的，因而汽化餾分的預點火/后點火特性及那些與在未燃氣中的熱量及活性反應中心的擴散相關的因素等等是決定性的，需要加以最優(yōu)化，這也是本發(fā)明的一個目標。
申請人發(fā)明的一個目的在于，通過預/后點燃預燃燒氣體的擴散作用，增加未燃氣體的動量/粘度，使之盡可能地接近已燃氣體的粘度，減小已燃氣與未燃氣間的粘性阻力。消除這樣的阻力，增加燃燒速度的主要目的就可達到。
因此，蒸發(fā)或注入或壓縮未燃燃料蒸汽，以此方式在燃燒之前增加它在氣體混合物中的蒸汽分壓是理想的和預以考慮的。
而且，化合物/成分及/或機械的及/或其它增加燃燒室內后點火/預燃燒的氣體混合物的溫度及速度的方法是優(yōu)選的。
在蒸汽狀態(tài)下，某一給定燃料的燃料密度差未必會直接影響燃燒速度的改善。換句話說，一旦蒸發(fā)了及/或一旦按照本發(fā)明設想的方式及理想的顆粒大小的燃料注入到燃燒室/燃燒器內之后，申請人發(fā)明的燃燒速度的改善未必就一定對燃料類型敏感。
因之，由于部分蒸發(fā)改變引起的蒸汽組合物的變化，未必本身就會產生可測量的效果。
在實際的燃料-空氣-殘余氣體的混合物中，相對而言未燃氣體的火焰?zhèn)鞑ニ俾适且粋€直接影響本發(fā)明有益目的的基本參數(shù)。因而，使發(fā)生于火焰中的基元反應最大化，使含有增強燃燒(見下述)組合物的各種氣體的質量及熱量擴散系數(shù)適應于增加燃燒速度，是本發(fā)明明確的實施方案。
正如所指，本發(fā)明目的之一是增加紊流燃燒速度，紊流燃燒速度是熱力學及紊流參數(shù)兩者的函數(shù)。紊流度與引擎設計、燃燒室設計、燃料注入操作以及引擎操作參數(shù)，如等值比及火花時間等是相關的。
本發(fā)明的一個直接實施例，是通過增加層流燃燒速度來增加紊流燃燒速度，因為增加層流是與紊流速度復合一起的。
本發(fā)明的一種具體實施方案，在于通過改進熱力學因素增加層流燃燒速度，包括但不局限于改進熱、擴散、燃料組合物中的支鏈增強化學方面的特性；改進蒸餾溫度；改進ECS化學(見下述)；改進燃料等值比；改進火花提前；減小注入燃料顆粒大??；改進注入角度、注入壓力及壓縮壓力；以及改進空氣噴氣能力等等。
本發(fā)明的一種具體實施方案，在于通過改進燃燒系統(tǒng)、燃燒器、燃燒室的形狀及設計，及/或改進在燃燒之前、之中及之后的，如預燃燒室之后的氣體流入燃燒室的速度及/或方向來增加紊流程度。
那些增加燃燒壓力及/或壓縮壓力的運作方法也都是需要的。
對于火花點火內燃機的情況，火焰速度也是與進氣速度成比例的。但是過高的進氣速度會大大降低吸入到氣缸的燃料與充入空氣的重量。要獲得高紊流度而無高進氣速度，燃燒室設計成在壓縮沖程接近結束時產生紊流是理想的。紊流預燃燒室、超前燃料-空氣混合系統(tǒng)以及其它手段都是優(yōu)選的。
但是，本發(fā)明的一個具體實施方案，是采用高進氣速度來增加紊流，因為ECS化學是能夠大大抵消充氣重量減少的影響，因此汽輪增壓(turbo-chargring)及超增壓，都是明白的具體實施方案并都是優(yōu)選的。
采用對辛烷值(ONR)要求相對較低的，或壓縮比要求較低的，或允許使用具有一定辛烷值的對燃料又有較高壓縮比的燃燒系統(tǒng)，這是明顯要考慮到的。
化學的及/或機械的手段，例如包括用以調節(jié)燃料空氣當量比的排出氧傳感系統(tǒng)(包括EGO傳感器)，因而能夠有利于實現(xiàn)本發(fā)明燃燒速度的目的，這些都是需要和應考慮到的。
顯然，有許多的化學的和機械的方法及其變化的形式，當按申請人的發(fā)明進行組合及利用時，就會達到本發(fā)明的目的。
沸騰溫度降低及改進實施設想到另外一些降低燃燒溫度，改善燃燒速度的方法。一種方法是降低組合物的終沸點。申請人發(fā)現(xiàn)，減少或消除燃料中較高沸點的烴類，燃料的平均蒸發(fā)潛熱有所增加，而不損失功。申請人意外發(fā)現(xiàn)了燃料的經濟性有所改善。
申請人的意圖是，減少及/或修改烴類的重質部分的流出，降低及/或調整T-90、T-50、 T-10點的蒸餾溫度。
因此，降低沸點溫度，如終沸點及T-90溫度，結合申請人的發(fā)明，燃燒溫度及/或燃燒速度得以改善。
對于寬沸程燃料，包括汽油，瓦斯油渦輪燃料、燃料油、柴油及車用汽油等，降低其終沸點、T-90點及T-50點溫度，都會得到好處。也可有限用于窄沸程燃料。
例如，對于寬沸程石油餾分，如柴油、重柴油、瓦斯油渦輪燃料、寬切割的噴氣燃料(JetB、JP4)、燃料油、汽油等，降低燃料的蒸餾沸騰溫度，特別是降低終沸點及/或T-90點溫度5°F至20°F，10°F至30°F，20°F至50°F，25°F至60°F，40°F至70°F，50°F至80°F，60°F至90°F，70°F至100°F，80°F至120°F，40°F至150°F，75°F至175°F，60°F至200°F，70°F至225°F，80°F至250°F， 90°F至275°F，100°F至280°F，110°F至300°F，120°F至320°F，140°F至350°F或以上，對于提高燃料固有的蒸發(fā)潛熱，降低燃燒溫度，增加燃燒速度等是特別有效的。
因而，本發(fā)明的一種特別的實施方案在于，降低共-燃料的終沸點及T-90沸騰溫度，它與ECS燃料共用及/或為單獨燃料使用降低T-50，T-10點溫度，以這樣一種方式改善燃燒，也是本發(fā)明的一種實施方案。
在實踐本發(fā)明中，考慮到了終沸點/T-90點溫度降低與金屬的應用結合在一起，而沒有使用ECS化合物；從而減少了在主燃燒區(qū)的游離碳的生成，減少了有害排放物，減少或控制了在排氣管催化劑床上的錳氧化物的生成等等。對于車用燃料，這種T-90點的降低有助于降低VOC、烴及/或NOx排放物。
十分意外的是，申請人發(fā)現(xiàn)，當汽油T-90點溫度降低至270°F以下，摻混少量的Mn，表現(xiàn)出明顯的燃燒優(yōu)越性。申請人意外地發(fā)現(xiàn)，即使在具有較高熱值的成分由于降低T-90點溫度而被除去，燃料的經濟性及/或里程數(shù)得以提高。
顯然，對燃料和對在T-90點降低時被除去的成分及保留下來的那些成分這種效應是敏感的。
實施例1一種增加用傳統(tǒng)的或重新配方的汽油運作的車輛的燃料經濟性的方法，包括降低汽油沸程溫度，使其T-90餾出溫度不高于270°F；混合MMT到組合物中達1/32克錳/加侖；在汽油動力裝置的車輛中燃燒所述組合物，燃料經濟性因此提高0.5％或以上。
實施例2
按照實施例1的方法，此法的燃料經濟性提高，超過了沒有降低T-90點溫度的清潔燃料及含有MMT的同樣燃料。
優(yōu)選的沸點減少實施包括除去較高沸點的烷烴、芳香烴、環(huán)烷烴及烯烴。
同樣的降低及/或控制T-50點溫度也是理想的，只要不影響技術貧油的方法，或不影響熱驅動能力。
申請人注意到，中間范圍的沸點控制，在使用充氧的燃料時是特別重要的，尤其是對汽化器系統(tǒng)。
在實踐本發(fā)明中，所述沸點改進/控制，改善了燃料燃燒及/或燃燒速度的特征。
當所用含氧化合物量使在燃料中含氧量(重量)超過0.5％，尤其在用近代引擎運作時，中間沸程溫度應當從約160°F/170°F/180°F至約205°F。中間沸程溫度偏離這些范圍，看起來都不太有效。
重要的是，申請人發(fā)現(xiàn)，當采用降低T-90點溫度及控制中間沸程溫度兩種手段，含錳燃料(沒有加入充氧化合物的)會獲得最大燃燒好處，如改進了燃料經濟性，降低了氧化錳的形成及/或提高了熱驅動能力。
而且，加入某種充氧化合物會進一步增強這種收益的效果。ECS含氧化合物愈好，其收益效果愈大。
申請人知道，未來的汽車引擎及燃料都將會改進，以達到更好的性能及排放效果，因此申請人考慮到了在未來采用更低一些的T-90及中間沸程的沸點溫度。
實施例3一種降低了終沸點和/或T-90點溫度的燃料組合物，其作用在于提高平均蒸發(fā)潛熱。
實施例4按照實施例3，一種降低了T-90點溫度到270°F，或更低一些的含錳燃料，其燃燒排放物及燃料的經濟性都比同樣沒調整T-90點溫度的燃料有所改善。
實施例5按照實施例4，其燃料的T-90點溫度低于280°F，更優(yōu)選的是低于270°F，并加入有MMT達1/32克錳/加侖，其燃料的經濟性超過未加調整的同樣燃料的0.2％以上。
實施例6按照實施例5的組合物，減少了的排放物包括有毒及/或NOx排放物。
實施例7按照實施例5，其中MMT數(shù)量在每加侖1/32克錳或更少，其燃料經濟性提高0.2％(優(yōu)選的是1.0％，1.5％或以上)實施例8按照實施例7，這里用了一種含氧ECS化合物，其重量超過0.5％，在近代汽車引擎中運轉，汽油的中間沸程溫度從170°F到大約205°F。
實施例9按照實施例8，其中組合物的ECS化合物有足夠的濃度，以使該組合物的平均燃燒速度在用層流本生燈測量時超過了清潔燃料5％或以上。
實施例10按照實施例9，其中添加的ECS化合物量足以使平均燃燒溫度降低25°F，測量是在至少指示馬力(ihp)20的負載下進行。
申請人注意到了本發(fā)明用于汽油時(如帶有/未帶有金屬時添加ECS化合物)出現(xiàn)的情況，當T-90點溫度等于或低于約300°F、280°F、270°F、260°F及任意的當T-50點溫度處在大約160°F至205°F或170°F至205°F、180°F至205°F；或另一種情況處在160°F至190°F、或160°F至180°F的范圍內(特別是在后期應用中)時特別有好處。
中間沸程溫度控制的應用一般是可以用于所有寬沸程燃料。
燃燒溫度的改進在實踐本發(fā)明中，優(yōu)選的燃燒溫度降低范圍是從10°F至500°F。降低25°F至50°F或以上，是理想的。降低100°F或以上是理想的。降低5°F至15°F、10°F至25°F、15°F至30°F、20°F至40°F、25°F至45°F、30°F至50°F、35°F至60°F、40°F至55°F、45°F至60°F、50°F至65°F、55°F至75°F、65°F至75°F、70°F至95°F、85°F至105°F、100°F至120°F、110°F至140°F、100°F至130°F、110°F至150°F、120°F至160°F、150°F至250°F、250°F至450°F、200°F至500°F、300°F至600°F、200°F至800°F、400°F至1000°F、300°F至900°F、500°F至2000°F、600°F至2500°F，或以上，都是優(yōu)選的，特別是燃燒速度同時增高的情況。降低在上述范圍之外的是完全可以預料到的，特別是在申請人的增強燃燒的化合物(參下文)的濃度增加為燃料組合物一個百分體積的時候。
對于汽油，降低的排氣溫度，變成為增加的功率及/或降低的排氣管催化劑入口溫度。本發(fā)明的一種簡明實施方案在于，減少排氣管催化劑入口溫度，以避免催化劑阻堵。因此，一種直接的目的就是，降低催化劑入口溫度至約1400°F或以下，1350°F、1300°F、1250°F、1200°F、1150°F、1100°F、1050°F或以下，其它溫度要足以確?？山邮艿拇呋瘎┗钚?，避免很可能的氧化錳堵塞。
這樣的特點，甚至當燃料中所含金屬濃度低時，也是顧及到了的。如前所述，對于不太高的至多1/32克錳時的含量，也有無可爭議的證據(jù)表明有少量氧化錳復蓋于沖洗涂層表面上。這樣少量錳復蓋引起氧積累，對于在下位設置的用于監(jiān)視在后催化劑排放氣中缺氧狀態(tài)的氧傳感器產生錯誤信號(此傳感器稱為OBD-II催化劑效率監(jiān)視器)。不幸的是，錳沉積物，由于從排氣中積蓄了氧，遮掩了催化劑真實效率。換句話說，OBD傳感器，在錳的蓄氧能力還可以接受的時候，將顯示出有誤的催化劑效率。因此，錳的復蓋行為又另外引起了OBD監(jiān)視器的失效。
因此，燃燒溫度控制設想的是一種控制來自低錳濃度的沖洗涂層沉積物的方法，而勿需借助申請人發(fā)明的任何其它方法。
實施例11一種避免氧化錳堵塞或復蓋排氣管催化劑的方法，所述的方法包括將足夠數(shù)量的一種高汽化潛熱的ECS燃料與一種傳統(tǒng)的無鉛汽油或含有1/32克Mn/加侖或以上的MMT的重配方的汽油混合在一起，這里所述的燃料的燃燒及排氣溫度被充分地降低，以使催化劑的入口排氣溫度低于1400°F，更優(yōu)選的是低于1200°F。
實施例12一種避免氧化錳堵塞或復蓋排氣管催化劑的方法，所述的方法包括改進T-90點汽油溫度，以降低含錳量低的燃料的燃燒溫度，所述燃料的燃燒及排氣溫度被充分地降低，使得催化劑入口排氣溫度低于1400°F。
申請人發(fā)現(xiàn)在較高溫度的系統(tǒng)中溫度降低得更為明顯。
實施例13在某一燃料、某一燃燒系統(tǒng)組合中，這種組合的特征在于所述燃燒系統(tǒng)燃燒所述的含有某一燃燒改善所需數(shù)量的CMT，以及用于降低燃燒溫度和同時增加燃燒速度的化學方法，從而使燃燒溫度至少降低10°F、25°F、50°F，而燃燒速度增加至少10％，以致在負載從14ihp到24ihp范圍內燃料的經濟性至少提高5％(反映在圖1及圖4中的試驗數(shù)據(jù)是對實施例的直接支持，圖中數(shù)據(jù)實際的溫度降低近似72°F，而燃料經濟性增加20％至30％)。
實施例14按照實施例13的組合，其中溫度降低及燃燒速度增加的方法是碳酸二甲酯及金屬濃度范圍為0.01至3/16克錳/加侖的MMT。
化學方法意外發(fā)現(xiàn)了的是，燃燒的某些分子特征與熱量及活性反應中心在未燃氣體中的快速擴散有關，包括未燃氣體在火焰前沿的快速擴散，造成燃燒速度增加。這樣的分子結構有，但不局限于H、H2、O、O2、CO、F、F2、F3、N、B、Be、BO、B2、BF、AL、ALO、CH3、NH3、CH、C2H2、C2H5、Li、ONH、NH、NH2、OCH3(甲氧基)、OCH、OCH2、及OH(羥基)。另外被認為能導致有益效果的化學結構包括有Cl、OCOO、COOH、C2H5OOC、CH3CO、OCH2O、OCHCO及CONH2。
優(yōu)選的是，在燃燒時這些基團不穩(wěn)定，具有能參與化學成鍵的游離的或未用的價電子。非常希望的是，它們在燃燒的主鏈反應中起著鏈反應活性中心的作用，特別是在與某個金屬結合一起的時候。燃燒產生解離的及不穩(wěn)定的分子和原子(如OH、CN、CH、NH等)，接著再締合，導致連續(xù)燃燒，增加了排氣速度，這是優(yōu)選的。
申請人發(fā)現(xiàn)他的優(yōu)選自由基的生成熱相當?shù)?。所述自由基的接受的生成熱一般都低?50、100、75、或50kcal/mole。其它的生成熱包括有34(CH3)、26(C2H5)、9.3(OH)、2.0(CH3O)kcal/mole。負生成熱也是可以接受的，這是考慮到了的。
對于含有所述自由基(ECS化合物)的化合物的正的或低值負生成熱是優(yōu)選的?？山邮艿呢撋蔁岱秶ㄓ心切┐笾碌陀?200、-180、-160、-150、-145、-130、-120、-100kcal/mol，更為優(yōu)選的是低于-90、-80、-75、-70、-65kcal/mol以及最優(yōu)選的是大致低于-60、-55、-50、-45、-40、-35、-30、-20、-10kcal/mol或正值。愈接近正值或愈高的正值愈是優(yōu)選。
那些ECS化合物，在壓縮中易于分解及/或解離產生大量的自由基，提前及/或正常點火或燃燒，是理想的。最理想的是，解離發(fā)生在低于正?；蛘Ｈ紵嚎s，或處于或接近于點火溫度下(除非考慮到預點火)。解離起著在火焰前沿迅速擴散未燃氣體的作用，從而增加了燃燒速度，這是十分理想的。
特別理想之處還在于，這樣的結構及/或ECS化合物具有高汽化潛熱(汽化焓)，特別是汽化潛熱等于或大于28JK/mol。其它的汽化焓(在沸點)是那些等于或大于21、22、24、26、27、30、32、34、36、38、40、42、43、45jk/mol或以上的汽化焓。一般地講，愈高愈好。
優(yōu)選的汽化潛熱于60°F下是等于或大于75、100、140、150、160、200、250、300、350、400、450、500btu/lb或以上。一般優(yōu)選的是，ECS化合物的汽化潛熱至少是等于可能添加這類化合物的任何基質或者共燃料，更優(yōu)選的是高出5.0％、10％、25％、50％、75％、100％、150％、200％、250％、300％或更多。通常是愈高愈好。
申請人發(fā)現(xiàn)，愈高的相對差異，則愈多的，例如，進氣量能被冷卻，和體積效率改善得愈多。
產生高汽化潛熱及/或加快燃燒速度等的分子結構，亦即那些引起未燃蒸汽迅速高動力學擴散等，及/或在燃燒過程中起到加快燃燒速度(和排氣速度)，及/或降低燃燒(或/及排氣)溫度的結構，從此之后都稱之為“增強燃燒結構或ECS”。含有這樣結構的化合物都稱之為ECS化合物。
優(yōu)選的是，ECS化合物在略微或適度的高于點火溫度，而又低于燃燒溫度條件下迅速分解。但是在更高或更低溫度，包括低于點火溫度的條件下的分解也是考慮到了的。然而對于汽油預點火的情況分解卻應當避免。最好ECS化合物在正常處置及操作溫度下，直到150°F-300°F，應當是熱穩(wěn)定的，但是在大致溫度接近300°F至800°F，300°F至500°F下又要易于分解，更優(yōu)選的是400°F至500°F。但是，超出這些溫度和/或例如在注入、壓縮，或點火之前、點火之后及/或燃燒之時，分解或許也會發(fā)生。
優(yōu)選的燃料鏈的特征，對于申請人的有機ECS化合物在于那些在鏈中含有有限數(shù)目的碳原子的化合物，3個或更少原子是優(yōu)選的，2個碳原子或單碳原子是最優(yōu)選的。
為申請人所確認了的含有ECS結構及很有可能對實現(xiàn)本目標會有效的無數(shù)化合物范例包括有氫、一氧化碳、亞甲基二甲醚(也稱為甲縮醛、二甲氧基甲烷)、碳酸二甲酯(又稱為二甲基碳酸酯)、碳酸二乙酯、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲基叔戊基醚、甲醇、乙醇、丙醇、叔丁醇、二甲醚、其它C3至C6低分子量醇類、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二甲醚、二乙醚、異丙醚、二異丙基、硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷、氧化氮、二氧化四氮、一氧化二氮、臭氧、水、石油氣體水化物(甲烷水合物)、過氧化氫及類似化合物。申請人相信還有許多其它ECS化合物存在，但至今尚未鑒別。
這樣一些化合物今后統(tǒng)稱為“ECS化合物”，因為它們含有ECS結構及/或具有在汽化/壓縮/燃燒/排氣時導致產生所述ECS結構的能力。
申請人承認ECS化合物之間的行為及特征存在著很多差異，在某些凈及/或者共燃料應用中，有一些ECS化合物會比另一些不太令人滿意，或都不滿意。例如，幾種在非限制的飛行、超前注入應用，柴油機應用中可能是非常有效的，但對于汽車中的應用卻是不能接受的。也要承認，不同ECS化合物在相同的燃料及/或燃燒系統(tǒng)中會表現(xiàn)出不同的效應。例如，可以預計到，醇類在某些應用中會表現(xiàn)出較醚低的燃燒及排氣溫度，這是由于汽化潛熱差別的緣故。
ECS化合物可以是固體、液體、氣體、及混合物，可以選自醇類、胺類、酯類、雙酯類、甘醇、醚、醛、酮、乙二醇類、乙二醇醚類、過氧化物、酚類、羧酸類、硝酸酯類、二硝酸酯、碳酸酯、二碳酸酯類等等。
ECS化合物可以是含有乙氧甲?；⒓籽跫柞；Ⅳ驶?、碳酰二氧基、羧基、乙草酰基、乙醛?；?、甲氧基、亞甲二氧基、乙醇?；?或羥基成分的及/或基團的醚類、酯類、胺類及其它的化合物。
ECS化合物的另外無數(shù)的范例包括乙烯、丙烯、叔丁基異丙苯基過氧化物、丁烯、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯；炔烴類包括乙炔、丙炔、丁炔-1、戊炔-1、己炔-1；取代肼類包括甲肼、對稱二甲基肼，不對稱二甲基肼、肼；乙烷、丙烷、丁烷、二硼烷、三硼烷、戊硼烷、己硼烷、十硼烷、氫硼化鋁、氫硼化鈹、氫硼化鋰、硝酸銨、硝酸鉀、硝酸、疊氮銨、過氯酸銨、過氯酸鋰、過氯酸鉀、三氧化氮、二氧化氮、疊氮酸、氰、氫氰酸、單乙基縮苯胺、乙炔、硼氫化鋁、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二甲胺、二乙烯三胺、乙醇、乙胺、亞乙基二胺、環(huán)氧乙烷、乙二胺、硝酸乙酯、甲硫醚、糠醇、庚烯、肼、氫、硝酸乙酯、異丙醇、鋰、氫化鋰、甲烷、甲縮醛、甲醇、硝酸甲酯、甲胺、甲基乙炔、甲基乙烯基乙炔、單乙基苯胺、硝基甲烷、硝基丙烷、硝化甘油、正辛烷、丙烷、環(huán)氧丙烷、硝酸正丙基酯、鄰甲苯胺、三乙胺、三甲胺、三甲基三硫代亞磷酸酯、松油酯、偏二甲肼、二甲代苯胺、2，3-二甲代苯胺、硼氫化鋰、單甲基肼、戊硼烷等等。在其它化學方面，申請人已鑒別了的可能的選擇有OH(CH2)4CHO、CH3CHOHCHOHCH3、(CH3)3CCHOHCH3、CH2CH2C(CH3)(OH)CH3、(CH3)2COOH、CH3CCCOH、(CH3)3CCH2COH、HOCH2CH2OCH2CH2OH、HOCH2CH2OH、OCH2CHCHO、(CH3)3CCHO、(CH3)3CCH(OH)CH3、C5H4O2、HO2CCH2CH2CO2C2H5、C3H7COCO2H、C5H8O2及其它。
另外考慮到的是，某些ECS化合物將會是共-ECS化合物，它要求一種ECS化合物的協(xié)助及/或需要有機械結構去滿意地增加燃燒速度及/或降低燃燒溫度。例如，可能需要摻混某種醇、碳酸酯及/或摻混水，例如獨立注入方式，以求降低某些高速ECS化合物的燃燒溫度。預料在ECS化合物間還存在某些協(xié)同作用，很可能會增強各自的能力。
申請人的ECS化合物的另一特點是它們的較高火焰?zhèn)鞑ニ俣忍卣?。作為一種規(guī)律，當它們在空氣中燃燒時(作為它們自身組成的函數(shù)及采用在層流本生燈火焰條件下測定)，其火焰速度應當?shù)扔诨虼笥?0、43、45、48、50、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140、150、cm/sec。ECS化合物的火焰速度在這里可以是單獨地或在有優(yōu)選金屬存在條件下進行測定的。在有某種金屬存在條件下測定的ECS化合物的火焰速度估計一般都是大于沒有所述金屬存在下的火焰速度。
一般地，優(yōu)選層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葢敵^55cm/sec。愈高愈好。優(yōu)選的是，任何ECS化合物在用層流本生燈火焰法測定時的火焰速度應當至少高于共燃料的0.05％至1.5％，1.0％至3.0％，2.0％至4.0％，3.0％至6.0％，5％至10％，7％至20％，8.0％至30.0％，10％至40％，15％至60％，30％至200％，50％至300％或更高。
實施例15
一種含有擴散增強數(shù)量的ECS化合物的后點火及預燃燒的組合物，在燃燒時其燃燒速度增加。
實施例16一種含擴散增強數(shù)量的ECS化合物的預點火蒸汽組合物，用最大火花能量0.2mJ，優(yōu)選為0.15、0.10mJ或更低點火，達到最小火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?0cm/sec。
實施例17實施例15及16的蒸汽組合物，其中擴散增強ECS化合物蒸汽來自碳酸二甲酯的分解產物。
實施例18按照實施例15及16組合物，其中的組合物是一種燃燒組合物。
因此，那些元素，其中具有增強燃燒結構的ECS化合物/成分，以高的相對濃度存在及/或變成為中間物和/或在初期/預燃燒及/或燃燒的結構/產物，特別是以蒸汽充入及/或蒸汽壓縮及/或燃燒，它們引起火焰前峰快速擴散，及/或未燃蒸汽快速擴散和/或加速及/或改善燃燒，都是最優(yōu)選的。
增強燃燒結構相對體積，以未燃蒸汽部分的容積百分比計，愈高愈好。
因此，本發(fā)明的一種實施方案在于，在蒸汽部分中使用了足夠數(shù)量的增強燃燒結構，以提高擴散速率。申請人發(fā)明的擴散手段另外引入了獨自的層流及/或紊流燃燒速度增加手段，是應當考慮的。
ECS化合物優(yōu)選的應當是可溶于待添加的燃料組合物中的。然而，分散劑或其它手段，包括互溶劑，都是可以采用的。另一方面，不溶或部分溶解的ECS化合物也可采用乳化及/或其它手段預以采用，包括各自注入，及/或混合手段。
在實踐本發(fā)明中考慮到，有些ECS化合物并不需要含有ECS結構，但在使用或組合它們時，在壓縮、點火及/或燃燒過程中會產生或誘發(fā)生成ECS結構。因而在本發(fā)明實踐中，在燃燒過程中能促使形成ECS的化合物應當認為屬于ECS化合物。
較高辛烷值的含氧ECS化合物有助于改進點火質量。高汽化潛熱的ECS化合物，能降低壓縮、后點火(預點火)及/或降低燃燒溫度，都是特別優(yōu)選的。
乳化液或其它組合，包括含ECS化合物，也都是理想的，特別是那些能誘發(fā)蒸氣部分霧滴爆炸或在噴霧外爆炸或引起蒸汽部分快速擴散的。這樣的無數(shù)ECS乳化液化合物有水、甲醇、過氧化氫、菜子油等等。
優(yōu)選的ECS化合物的分子結構應當是相當簡單的。對于液體燃料，不會在環(huán)境或操作溫度下有害地增加基礎燃料蒸汽壓或閃點的ECS化合物都是更優(yōu)選的，可接受的調合蒸汽壓范圍在0.5至約50.0psi。更理想的調合蒸汽壓范圍為從0.5至15.0、0.5至12.0、0.5至10.0、0.5至9.0、0.5至8.0、0.5至7.0psi，或者從0.5至6.0psi，或者0.5至5.0psi，或從0.5至3.0psi，或更低。單個蒸汽壓范圍有5.4、5.6、5.7、5.9、6.1、6.3、6.6、6.8、6.9、7.1、7.2、7.5、7.6、7.7、8.1、8.3psi。
優(yōu)選的是，直接應用于液體燃料的(與例如分別注入相反)ECS化合物不會有害地增加基礎油的閃點。ECS化合物具有的沸點超過50°F的都是可以接受的，高于80°F的是理想的。但是沸點超過90至150°F，或甚至200°F是更為優(yōu)選的。然而，如同蒸汽壓一樣，ECS化合物降低閃點的傾向可用適當方法緩和，本發(fā)明也給預了考慮。因此，這種化合物引起燃燒速度增加及/或燃燒溫度降低都必須針對閃點溫度降低或蒸汽壓增加加以權衡。
ECS化合物，沒有腐蝕性及/或不會對密封或彈性材料產生有害影響的，是優(yōu)選的。但是如有必要，可以考慮用腐蝕抑制劑。例如，一種杜邦(Du Pont)公司的適宜抑制劑“DCl 11”可供使用。這種抑制劑應當在大約濃度20至30ppm下使用，這是設想到了的。
用于液體燃料的優(yōu)選ECS化合物應當具有低的熔點，低于32°F，優(yōu)選的是低于-0°F或更優(yōu)選的低于-40°F，或-50°F以下，最優(yōu)選的是低于-80°F。較低的溫度也是優(yōu)選的。但是，如果需要，也可使用降低溫度添加劑，諸如，乙二醇單甲醚。此外，ECS化合物引起的燃燒速度增加及/或燃燒溫度降低必須根據(jù)所需要的熔點溫度加以權衡。
盡管并不要求，但優(yōu)選的仍是，ECS化合物不是有毒的，至少不是劇毒的，或者與有害毒性相關的。這類化合物低溫下可泵送，有適宜的點火質量，及作為一種燃料添加劑應是熱穩(wěn)定的，盡管可以使用添加劑校正差的熱穩(wěn)定性。這也是優(yōu)選的。
ECS化合物未必含氧，但含氧ECS化合物是優(yōu)選的，那些含氧至少(重量)5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％或以上的ECS化合物是理想的。氧重量濃度大于25％是優(yōu)選的。最優(yōu)選的是大于40％的濃度。
引入到系統(tǒng)中的氧量達到臨界，可以進行先進高速度的應用。預料得到，較高的速度，較高氧含量的ECS化合物，特別是那些汽化潛熱高的化合物，代表在先進應用中更優(yōu)選的化合物。
實施例19一種由僅含一種或多種高汽化潛熱的ECS化合物的燃料制備預燃燒組合物的方法，其中所述的汽化潛熱在60°F時超過200至250btu/lb，更優(yōu)選的是超過300btu/lb(60°F)(或如不是液體，為相當?shù)臉藴?；所述的方法包括，在適當壓力下蒸發(fā)或注入一種有適宜平均顆粒尺寸(小于70微米，更優(yōu)選小于60微米)的霧化了的ECS化合物，進入到空氣噴氣燃燒系統(tǒng)中，并加熱至足夠的溫度以引發(fā)點火，其中在壓縮、預點火、點火、后點火、預燃燒及/或在燃燒中任一情況下，燃料能完全分解為高動能增強燃燒的能迅速地在火焰前峰擴散的蒸汽。
實施例20實施例19的方法，其中所述的增強燃燒的蒸汽是極高動能的后點火預燃燒的蒸汽。
實施例21按照實施例19-20，其中所述的高動能蒸汽汽化潛熱超過26，優(yōu)選的是29至34KJ/mol或以上(在沸點溫度下測定)。
實施例22按照實施例19-21，其中所述的燃燒蒸汽具有的層流燃燒速度超過48cm/sec(55、60、65、70、80或以上，在環(huán)境條件下測定的)。
實施例23按照實施例19的方法，其中預燃燒的蒸汽是源于碳酸二甲酯的產物。
實施例24按照實施例19-23的方法，其中一種燃燒改善數(shù)量的高能釋放的金屬蒸汽，具有高的熱值，大于4,000kcal/kg，優(yōu)選的是大于5,000、7,000、8,000、9,000、9,800、9,900、10,000、10,200、10,400、10,500、10,600、11,000、11,500kcal/kg，及更優(yōu)選的是大于12,000、12,500、13,000、14,000、15,000kcal/kg或更多，另外地引進入所述燃燒蒸汽中。
實施例25按照實施例19及24，其所述蒸汽另外地還包含有一種源于含碳共燃料的蒸汽，以致所述含碳蒸汽以質量為基礎是主要蒸汽，從而所得蒸汽的燃燒速度增加至少5％，燃燒溫度至少低于共-燃料蒸汽本身10°F。
實施例26按照25的方法，其中的共燃料蒸汽是源于另外一種燃料，氫，石油氣，液化石油氣，液化石油氣-丙烷，液化石油氣-丁烷、天然氣、天然氣液體、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙烷-丁烷混合物、燃料甲醇、如M80、M90、或M85燃料、燃料乙醇、生物體燃料、植物油燃料、汽車用汽油、航空汽油燃料、包括80號、100號、100LL號、傳統(tǒng)車用汽油、重配方汽油、低蒸汽壓汽油、低硫汽油、煤油、寬沸程燃料、氣體渦輪燃料、航空噴氣渦輪燃料包括JP-4、JP-5、JP-7、JP-8、JP-9、JP-10、TS、JetA-1、JetA、JetB、軍用航空汽油、導彈燃料、固體及液體火箭燃料、單組分推進劑、多組分推進劑燃料、雙組分火箭燃燃料、瓦斯油渦輪引擎燃料，包括品級0-4號、成層加料引擎燃料，柴油燃料，包括低硫No.1-D、低硫No.-2D、No.1-D、No.2-D、No.4-D及較老的品級C-B型、T-T型、R-R型及S-M型，重配方柴油燃料、燃料油包括品級1、2、4(輕)、4、5(輕)、5(重)及6，船用或鐵路用重柴油，包括那些符合ISO DIS8217及BS MA100標準的，各種餾出油，殘渣型油，循環(huán)油，輕循環(huán)油，輕循環(huán)瓦斯油，重循環(huán)油，加熱油，重循環(huán)瓦斯油，真空油，燃燒器油，燃料爐油，煤液體產物，SRC-II煤中間餾出油，煤燃料油，近煤液體產物，粉煤，油沙燃料，頁巖油燃料，肼，氨基，乙烯，及滿足ASTM規(guī)格的、EPA證書標準的，工業(yè)及/或政府規(guī)格的，目前的及將來的燃料，包括由此得出的混合物。
實施例26a按照實施例19、25、26，其中的共燃料蒸汽是一種燃燒取代的蒸汽，和其中所述蒸汽的燃燒在溫和或較高負載條件驅動引擎，從而燃料的經濟性及/或熱效率增加超過僅僅用共燃料操作時的0.5％至20.0％或以上(2％至30％優(yōu)選)。
實施例27按照實施例19、25、26方法，其中所述的蒸汽另外含有至少一種蒸汽，來自引擎，汽化器或/及引入/注入系統(tǒng)的清潔洗滌劑/分散劑，包括商業(yè)供給的長鏈二元酸衍生物(如丁二酸酰胺如HiTec 4450)、長鏈脂肪多胺(如聚異丁烯多胺)、或長鏈曼尼奇堿，及/或一種無灰清凈劑包括多醚胺，多烯基胺、烯基丁二酸酰胺、多醚酰胺、胺及混合物，及一種抗氧劑，破乳劑，乳化劑，腐蝕抑制劑，芳烴溶劑，清除劑，稀釋油，互溶劑，金屬減活劑及混合物的蒸汽。
實施例28按照實施例19-27的方法，其中所述的蒸汽是在某一引擎或燃燒器中燃燒的，這種引擎或燃燒器選自以下組合群中火箭引擎，布雷敦(Brayton)循環(huán)引擎，瓦斯油渦輪，航空噴氣渦輪，柴油機，船用，機車用及航空引擎，汽車引擎，燃油爐，殘渣油爐，燃油爐，燃氣爐，煤氣爐，內壓縮引擎，火花點火式內燃機，稀混合氣引擎，快燃燒系統(tǒng)，外燃燒斯特林(Stirling)或共今(Ran-kine)引擎，奧托(otto)循環(huán)引擎或催化劑系統(tǒng)。
金屬應用燃料化學、燃燒因素及操作系統(tǒng)決定最大有利金屬濃度。例如，高空脈動推進系統(tǒng)，像火箭發(fā)動機，就很可能需要較大濃度。本發(fā)明考慮到的優(yōu)選金屬濃度要求做到燃燒改善及/或污染物量減少。因此，與燃燒系統(tǒng)、燃燒溫度及燃燒速度、燃料注入因素、氧含量等等因素相關，金屬及它們的各自濃度可以是變化很大的。
在實施申請人發(fā)明中，金屬是一種推進劑或者共燃料。因此應當使金屬的氫含量盡可能程度地達到最大。金屬氫化物或類似化合物都是理想的。
一種清楚的實施方案就是，申請人發(fā)明中金屬的燃燒是采用氣相燃燒的方法，即燃燒過程不發(fā)生在金屬表面上，或在復蓋金屬的氧化物熔融層之上或之內。申請人的汽相燃燒的特征在于高燃燒速率及從金屬表面延伸到某個距離位置存在一個發(fā)光反應區(qū)，以及形成的氧化物顆粒在亞微細粒范圍。
為達到上述目的，作為申請人發(fā)明的一種成分，申請人推薦金屬氧化物的沸點要高于金屬的沸點。金屬優(yōu)選是以蒸汽引入到燃燒器內，但是只要上述目標滿足了，固體的或顆粒狀的引入是可以接受的。在固體燃料應用中，考慮到金屬可以作為一種固體引入，和在混雜應用中作為固體或液體引入均可。
優(yōu)選的是燃燒溫度要高于金屬的沸騰溫度。
已經發(fā)現(xiàn)，在燃料組合物中較高的氧重量濃度，特別是帶有申請人的含氧燃燒增強化合物的燃料組合物允許有較高的可接受的金屬濃度。一般來講，愈高的平均燃料密度，允許的金屬濃度就愈高。
申請人發(fā)現(xiàn)，較高的錳濃度，一般轉變成有較多的熱量釋放。但這不意味沒有上限。燃燒熱力學將規(guī)定了它的上限。
錳濃度變化范圍很大，可以變化從0.001至7.50克Mn/加侖以上，0.001至10.00克Mn/加侖以上，0.001至15.00克Mn/加侖以上，0.001至20.0克Mn/加侖以上。0.001至30克Mn/加侖，0.001至50.00克/Mn/加侖甚至更高。在某些應用中，濃度大于1/32、1/16、1/4、1/2、3/4、1、1.5、2.0、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、5.0、7.5、10、15、20、25、26、27、30、33、35、或40克可以是理想的。在火箭推進劑中，金屬/Mn的濃度的大小可為100、200、200至500、600、800至1000.0克/加侖數(shù)量級，特別是在雙組份火箭發(fā)動機條件下。
然而，對于大多數(shù)傳統(tǒng)應用中，組合物錳范圍將是約0.001至約5.00克Mn/加侖，0.001至約3.00克Mn/加侖，0.001至約2.00克Mn/加侖，0.001至1.00克Mn/加侖，0.001至約0.5克Mn/加侖，0.001至0.375克Mn/加侖，0.001至約0.25克Mn/加侖或甚至0.001至0.125克Mn/加侖，或甚至0.001至0.0625克Mn/加侖。
對于汽油的情況，錳濃度大于每加侖1/32、1/16克錳都是顯然考慮到的和理想的。對于柴油燃料應用，錳濃度大于燃料重量1％，或近似25至33克/加侖都是考慮到了的。
范圍還將隨著燃料重量、規(guī)格、先前應用及為了取得申請人發(fā)明的高能性的好處而對燃燒系統(tǒng)所作改進的程度而改變。本發(fā)明中考慮到的其它金屬范圍類似錳的范圍，但隨金屬不同而改變。
按照本發(fā)明，申請人的燃料含有某數(shù)量的錳及/或其它非鉛金屬，其構成的燃燒改善數(shù)量符合燃料組合物、它的燃燒系統(tǒng)、所需效率、法律及/或環(huán)境考慮的要求。
但是，顯然可以想到，申請人發(fā)明的某些應用中，申請人的燃料會沒有任何金屬，即無金屬。這就是說，申請人的發(fā)明的加速燃燒速度及/或降低燃燒溫度的手段，可以應用于非金屬燃料中，但是由于它們的燃燒化學、及/或操作條件卻要求有害燃燒排放物減少及/或燃料經濟性提高。這樣的燃料通過申請人的發(fā)明也會得到改善。
本發(fā)明的一種具體方案在于取代或組合各種金屬(即混合它們)，包括取代或混合不同族或同一族的不同金屬粒子、或取代或混合同一族或副族彼此之間的金屬或與另一任何族或金屬相互取代及混合。申請人顧及到了各種不同和廣泛的取代范圍及/或混合的范圍，包括混合比、混合成分等等。參見USP 3,353,938，3,718,444，4,139,349的實施例。
因此，可以清晰想到，非鉛的有機金屬、非鉛無機金屬，及/或它們的相關高發(fā)熱的化合物，可以按各種比例混合，及/或彼此取代及/或用任何非鉛金屬或非金屬(有機或無機的)取代，來達到本發(fā)明之目的。
考慮到申請人的金屬可以同一種或多種金屬或非金屬按不同的比例摻合，以達到協(xié)同改善熱釋放、燃燒速度、熱效率、排放物、功率產生等等。
考慮到的金屬包括所有非鉛金屬及相關的化合物，它們的燃燒產物有高的負生成熱?？紤]到的金屬應當具有高的燃燒熱或高的發(fā)熱值，優(yōu)選的是超過3,000、4,000、5,000或6,000 kcal/kg。超過9,000至10,000 kcal/kg的熱值是優(yōu)選的。更優(yōu)選的是那些超過11,000至13,000、14,000kcal/kg或更高的。
優(yōu)選的負生成熱，例如相關的金屬氧化物，應當超過-150,000gr·cal/mol。更優(yōu)選的是-200,000，-225,000，-275,000，-300,000，-350,000，-400,000gr·cal/mol及以上。
理想的元素金屬應當分子量低，如果實用的話。無數(shù)可接受的金屬范例有鋁、硼、溴、鉍、鈹、鈣、銫、鉻、鈷、銅、鈁、鎵、鍺、碘、鐵、銦、鋰、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、鈀、銣、鈉、錫、鋅、鐠、銠、Salane、釩。申請人的金屬可以是有機金屬物或無機的金屬。
過渡金屬及元素周期表中1A、1B、2A、2B、3B中的金屬及其環(huán)狀(cyclomatic)結構化合物，包括環(huán)戊二烯基羰基物，都顯然是理想的。它們的制備方法列于USP2,818,416、3,127,351、2,818,417、2,839,552(在此引證以參照)等專利中。申請人發(fā)現(xiàn)，甲基環(huán)戊二烯基三羰基基團是有效的。
環(huán)狀結構化合物，包括有在4B、5B、6B、7B及8族中的金屬也是考慮在內的。環(huán)狀結構化合物含有一種以上金屬的，也在考慮之中。
元素周期表3A中的金屬及其化合物，尤其是硼及鋁是最明白的考慮到的。金屬可與ECS化合物一起引入燃燒，或以其它許多方式引入燃燒包括經過可溶化合物，互溶的分散劑/溶劑、膠體介質、懸浮介質、分別注入等。
申請人認定，這些一般燃料可溶的，其溶點及沸點范圍與液態(tài)烴類的燃燒相匹配的金屬是最佳的直接選擇。
由于申請人的發(fā)明也考慮到了氣體及固體的ECS化合物與氣體和固體的共-燃料，氣態(tài)及/或固體的金屬及/或其相關化合物也都屬于考慮到了的。
申請人一般優(yōu)選低分子量的元素金屬及其化合物，盡管它們的熱值和任何共燃料及燃燒系統(tǒng)的性質支配著如何選擇。優(yōu)選的還有，元素及/或其化合物的燃燒產物應當是對環(huán)境良好的，即低毒性的。
申請人認為有很多的金屬可供本發(fā)明實施選擇。有限數(shù)目的范例有環(huán)戊二烯基甲基環(huán)戊二烯鐵、二茂鐵、甲基二茂鐵及丁二烯三羰基鐵，丁二烯三羰基鐵、二環(huán)戊二烯基鐵及二環(huán)戊二烯鐵的化合物(參見USP2,680；2,804,468；3,341,311)；鎳，環(huán)戊二烯基亞硝酰基鎳；六羰基鉬、環(huán)戊二烯基羰基鉬(參見USP3,272,606，3,718,444)，锝、鎂及銠的化合物(參見加拿大專利#1073207)，二硼烷，四硼烷、六硼烷及混合物。可以考慮得到，這些金屬的有機的及非有機的物種也可應用。USP2,818,416列舉了許多諸如三甲基鋁、三乙基鋁、二甲基鈹、硼水合物、硼烷、無水硼烷、三乙基硼(C2H5)3B；硼與氫及鋰的化合物、戊硼烷、癸硼烷、barazole、氫硼化鋁、氫硼化鈹、氫硼化鋰、及其混合物；輕金屬化合物(CH3)3NBH(CH3)3、(CH3)2BI、Be(C2H5)2、C4H9B(OH)2、Al(BH4)2、Be(BH4)2、LiBH4、B(OC2H5)3、(BO)3(OCH3)3；Zn(CH3)2。具有多金屬的化合物也顯然是考慮到了的。
優(yōu)選的環(huán)狀結構的三羰基錳是環(huán)戊二烯基三羰基錳。更優(yōu)選的環(huán)狀結構的三羰基錳是甲基環(huán)戊二烯基錳(MMT)。
無數(shù)可接受的取代基的范例有烯基、芳烷基、芳烯基、環(huán)烷基、環(huán)烯基、芳基及烯基團。說明性的和其它無數(shù)可接受的環(huán)狀結構三羰基錳抗爆震化合物范例有benzyleyelopentadienyl manganese tricarbonyl；1，2-二丙基3-環(huán)己基環(huán)戊二烯基三羰基錳；1，2-二苯基環(huán)戊二烯基三羰基錳；3-亞丙烯基三羰基錳；2-甲苯基茚基三羰基錳；芴基三羰基錳；2，3，4，7-丙芴基三羰基錳；3-萘基芴基三羰基錳；4，5，6，7-四氫化茚基三羰基錳；3-3乙基-4，7-二氫化茚基三羰基錳、2-乙基3(α-苯乙基)4，5，6，7-四氫化茚基三羰基錳；3-(α-環(huán)己烯基噻吩基)-4，7-二氫化茚基三羰基錳；1，2，3，4，5，6，7，8-八氫化芴基三羰基錳及等等。這些化合物混合物也可使用。上述化合物一般均能用現(xiàn)有已知技術方法制備。
在實施本發(fā)明中，高熔點重金屬錳氧化物(Mn3O4)、鋁(Al2O3)、鈷、銅、鎵、鋰、鎂、鎳、鈮、錫、鋅、釩等氧化物都不再會成問題的。因此，高能釋放的金屬化合物意外地能夠應用于本發(fā)明之中。
因此，那些具有非常高的燃燒發(fā)熱值的金屬，如果不是因為在引擎及其它表面形成高熔點溫度的氧化物及/或由于產生有害燃燒產物，它們是能夠意外地被采用的。而且，它們能夠被采用的濃度這一點至今也未被認為是實用或可接受的(即在汽油中錳在1/32克/加侖以上)。
申請人發(fā)現(xiàn)，鎂及其有關的燃燒化合物是一種特別有效的金屬，因此是理想的。助劑，諸如鋰及LH，如果情況需要，都是可考慮的。
所有這樣的金屬，它們促進實現(xiàn)了本發(fā)明的目的，又及/或得利于本發(fā)明實踐，是本發(fā)明的一種特別實施方案并在權利要求中加以考慮。
其它無數(shù)非鉛金屬的實施例已列舉于此說明書中。許多另外考慮到的金屬是本行業(yè)共知的。作為本發(fā)明效果，申請人期待著設計金屬的發(fā)展和它們的應用。
ECS化合物的替換申請人在此提到的任何ECS化合物的材料，例如碳酸二甲酯是可被任何其它ECS化合物或組分替代的，因為這種化合物或組分達到了申請人的目的，并且符合燃料、燃燒及/或排放物系統(tǒng)等的要求。因此，通常要考慮到，用這里披露的化合物取代任何ECS化合物是可以做得到的，只要能夠達到申請人發(fā)明的目的。但申請人注意到，所有ECS化合物并不是等同的，而且可能不具有原始或被取代化合物的效率。因此，替換不能不加以適當考慮。
換句話說，本發(fā)明的最明顯的實施方案在于用氫、一氧化碳、甲醇、甲縮醛、乙醇、正丙醇、異丙醇、亞甲基二甲醚、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲基叔戊基醚、二異丙醚、C3至C6低分子量醇類、二甲基醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、水、過氧化氫及任何其它ECS化合物或混合物與碳酸二甲酯進行替換、組合或混合。
另外無數(shù)可能的對碳酸二甲酯替換的ECS化合物包括選自C2-C12醛類、C2-C12醚類(MTBE、ETBE、2，2，-二乙基-1，3，-丙二醇)、C4-C15醇類(furon)、糠基(furfuryl)、1-己醇、2-己醇、3-己醇，及聚乙氧基乙醇)、C2-C12氧化合物(2-甲基呋喃、甲基四氫呋喃)、C3-C15酮類(丙酮、2，3-丁二酮、2，5己二酮、2，4戊二酮、環(huán)戊酮)、C3-C15酯類(醋酸異丙酯、丙烯酸乙酯)、C3-C12雙酯、C5-C12酚類((P-Cresal)、2，4二甲酚、3-甲氧基苯酚)、C5-C20乙二醇醚類(包括二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚，包括二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚)、具有沸點溫度90°F以上或更優(yōu)選120°F的C4-C20碳酸酯，具有沸點溫度90°F以上或更優(yōu)選120°F的C5-C25二碳酸酯，有機及無機過氧化物包括二叔丁基過氧化物，烷基過氧化物，烷基氫化過氧化物，2，5-二甲基2，5-二(叔丁基過氧)己烷、叔丁基異丙苯基過氧化物、二(叔戊基)過氧化物，叔丁基氫化過氧化物、叔戊基氫化過氧化物，烷基硝酸酯添加劑，包括乙基-己基硝酸酯、硝酸異丙酯及其混合物。較重的ECS化合物可用于代替優(yōu)選的碳酸二甲酯或含氧的/ECS的手段，及/或可另外與或不與溶劑一起使用。
本發(fā)明中考慮的替換醚類包括支鏈的及直鏈的醚類、具有兩個氧和雙醚連接的二醚類及具有三個氧及多醚連接的三醚類。無數(shù)的范例包括有甲醚、甲乙醚、乙醚、乙丙醚、甲基正丙基醚、乙基異丙基醚、甲基異丙基醚、乙基正丙基醚、丙基醚、丙基異丙基醚、二異丙基醚、乙基叔丁基醚、乙基仲丁基醚、甲基正丁基醚、甲基異丁基醚、甲基叔丁基醚、甲基仲丁醚、乙基正戊基醚、甲基仲戊基醚、甲基叔戊基醚及甲基異戊基醚。另外無數(shù)可接受的(具有兩個氧及雙醚連接的)二醚的示范例包括亞甲基二甲基醚、亞甲基二乙基醚、亞甲基二丙基醚、亞甲基二丁基醚、及亞甲基二異丙基醚。
在本發(fā)明實踐中，取代的較高分子量的C4醚類是特別理想的，特別在應用于柴油燃料、燃料油及/或渦輪燃料中時。生產醚的技術也是本領域所共知的。參閱USP4,262,145；4,175,210；4,252,541；4,270,929；3,482,952；2,384,866；1,488,605；4,256,465；4,267,393；4,330,679；4,299,999；4,302,298；4,310,710；4,324,924；4,329,516；4,336,407；4,320,233；2,874,033；3,912,463；4,297,172；4,334,890等等。
取代的ECS酮類可以包括低級烯酮。代表性的低級烯酮類包括有二乙酮、甲乙酮、環(huán)己酮、環(huán)戊酮、甲基異丁基酮、乙丁酮、丁基異丁基酮、乙丙酮、及其它等等。其它酮類包括丙酮、二丙酮醇、二異丁基酮、異佛爾酮、甲戊酮、甲基異戊基酮、甲丙酮、及其它等等。一種代表性的環(huán)結構酮是乙基苯基酮。取代ECS的酯類包括苯甲醚(苯的甲酯)、醋酸異丙酯、及丙烯酸乙酯。
取代ECS的碳酸酯，特別優(yōu)選的包括對稱二烷基碳酸酯，其中的烷基是來源于低級無分支的伯醇諸如甲醇、乙醇，例如碳酸二甲酯及碳酸二乙酯。高級對稱二烷基碳酸酯諸如碳酸二正丁酯、碳酸二叔丁基酯、碳酸二異丙酯、以及二碳酸酯類諸如二碳酸二甲基酯及二碳酸二乙酯，烷基苯基碳酸酯諸如叔-丁基苯基碳酸酯，及環(huán)烯碳酸酯諸如丙烯基碳酸酯，乙烯碳酸酯及丁烯碳酸酯，以及其它有機碳酸酯諸如異丙基環(huán)己基碳酸酯、甲基正丁基碳酸酯、異丁烯碳酸酯及二異丙基碳酸酯，也都是優(yōu)選的。偏二烷基碳酸酯也是可以采用的，包括甲基-叔丁基碳酸酯、乙基叔-丁基碳酸酯。甲基叔-戊基碳酸酯、乙基叔-戊基碳酸酯。碳酸酯的混合物也都是考慮到的。
因此，為了達到增加燃燒速度及降低燃燒溫度等目的，在本發(fā)明的披露中列舉了碳酸二甲酯(DMC)，可以理解成是含有一種取代的ECS化合物及/或另外地看成又包括及/或含有其它任何ECS化合物的及/或ECS化合物族的相似物或同系物成分及混合物，包括那些高分子量的化合物(或較高沸點溫度的)，只要它們能夠增加燃燒速度及/或降低燃燒溫度。
還考慮到的是，ECS化合物可以彼此取代或用非ECS化合物取代，或完全不使用，只要采用適合的其它方法達到增加燃燒速度及/或降低燃燒溫度的目的。
ECS化合物可以用它們本身的一種或多種，以不同的比例摻合達到協(xié)同改善燃燒速度及降低燃燒溫度的目的。
在應用ECS化合物的情況下，引起了對閃點、揮發(fā)性、蒸汽壓、腐蝕性、彈性材料的膨脹、溶解性、水解等等的關注，采用高分子量的醇類、醚類、酮類、碳酸酯類等的共溶劑可能是理想的。參閱我的EPO 0235280的專利對共溶劑應用的討論。
另外，申請人注意到他的優(yōu)選的OCH3(甲氧基)燃燒增強結構是與甲醇、亞甲基二甲基醚(甲縮醛、MDME)、及碳酸二甲基酯(二甲基碳酸酯)、MTBE及其它等等結構共同的。申請人優(yōu)選的OH燃燒增強結構是與他的醇類、最值得注意的是甲醇相共同的。
申請人也承認，在本發(fā)明的各種類別之間存在某些重復。例如、 ECS化學可能含有某些金屬，某些金屬可能又是推進劑燃料等。某些化合物可以多處利用是要考慮到的。
機械方法考慮到了用多種機械手段去增強燃燒速度及/或降低燃燒溫度。這樣的機械方法可能是與ECS或化學方法不相關的，或可能是與之協(xié)調的。例如ECS化合物限制了燃燒速度及/或降低了汽化潛熱，卻可用機械方法去增強，如小顆粒噴霧、冷卻系統(tǒng)、紊流壓縮室及渦輪增壓等等。
因此，可以預料，申請人發(fā)明的機械方法將會根據(jù)考慮的燃料及燃燒系統(tǒng)而變化。例如，當用于低壓縮比燃燒系統(tǒng)，應用凈ECS化合物燃料，具有較高的燃燒速度，而不采用例如由ECS燃料與基礎燃料組合具有較低燃燒速度，二者結合不同的機械方法。
本發(fā)明的機械方法包括燃料注入系統(tǒng)、尤其是那些能夠針對在增強動力流速及壓力以理想的角度使細微均一的蒸汽噴霧進入燃燒室(燃燒器，燃爐等)的先進蒸發(fā)器內的注入系統(tǒng)，增強燃燒紊流的燃燒室設計，較高的燃燒室進口壓力(如較高的壓縮比)，漩渦燃燒器、球形燃燒器、分隔燃燒室、增強燃燒效率燃燒器、增強燃料、空氣混合燃燒器設計、強化紊流及/或燃料空氣混合的燃燒室(燃燒器)設計、最大化壓縮(入口壓力)效能的引擎設計、最大化增加動力燃燒壓力(壓力密度)的引擎設計、最大較低燃燒溫度的引擎設計，及/或其它的申請人的發(fā)明的優(yōu)點。
另外一些機械方法能夠采納及/或接受的，包括貧氣燃燒系統(tǒng)、催化燃燒器/燃燒系統(tǒng)、預混燃燒器、擴散火焰燃燒器、貧氣預混合預汽化燃燒器、預汽化預混合燃燒器，可變壓縮比引擎、直接注入分層加料引擎、渦輪增壓器、后冷卻系統(tǒng)、重入燃燒室、預燃燒室、再分配入口處漩渦系統(tǒng)、減少熄火系統(tǒng)、減少熱傳遞系統(tǒng)、增強燃料-空氣混合系統(tǒng)、增強噴射霧化的動能系統(tǒng)、增強燃料-空氣混合注射器設計、注水系統(tǒng)及其它等等。
在實施本發(fā)明中，貧氣燃燒及/或快速燃燒系統(tǒng)對于強化申請人的目的，特別是對于用先進的較高含氧量的燃料，是理想的。
應用燃燒室/燃燒器的機械系統(tǒng)增強紊流度是優(yōu)選的。無數(shù)范例包括有回轉空氣運動系統(tǒng)、四伐關頂燃燒室、漩渦燃燒室、間接注入燃燒室、間接注入漩渦燃燒室、直接注入燃燒室；及起到增強紊流度作用有關幾何形狀、孔眼直徑、噴射角、壓縮比及其它等等的燃燒室，都是優(yōu)選的。
注入時間、燃料計量、注射壓力、注入壓力降、噴嘴設計、進口空氣溫度、進口空氣壓力、液滴大小、注入液滴的速度、溫度及壓力，以及燃燒室?guī)缀涡螤畹榷际前ㄔ谑股暾埲说陌l(fā)明獲得最大效益的有影響的因素中，也是列入本發(fā)明的一種明確的實施方案。
例如，改變噴嘴角、噴嘴喉管角、噴嘴噴霧流中心線偏心大小、在預燃室(漩渦室)中噴霧半徑(球半徑)，及調整注入時間、速率、特續(xù)性等等，申請人能使他的發(fā)明效益特性達到最大。要注意，汽油、柴油、噴氣渦輪、瓦斯油渦輪、燃料油爐的應用都是明顯被考慮到了的。
因此，包括高度霧化蒸汽注入燃燒室/燃燒器等在內的應用，對于本發(fā)明的目的，都是理想的，尤其在渦輪燃油、柴油，及燃料油中的應用。
申請人設想到一種多重注射及霧化方法。不同的燃料、燃料系統(tǒng)及燃燒筒要求不同的注入、霧化系統(tǒng)、壓力、溫度及其它等。顯然、汽油系統(tǒng)是不同于，例如品級No4-6的燃料油，就要在實踐本發(fā)明中要求配備霧化較高粘度的機構，及將它們注進燃燒器或燃燒室中要有較高的壓力。申請人發(fā)明的汽油系統(tǒng)考慮到了注入集合管系統(tǒng)，對于柴油系統(tǒng)考慮到的是間接/直接注入氣缸系統(tǒng)等。
對于申請人的高汽化潛熱燃料，在將進料引入氣缸中時，會產生真空效應。因而，改變注入壓力，包括低的及非常低的壓力都要考慮到。
重柴油燃料、燃料油、及相關燃燒系統(tǒng)，均要求比汽油系統(tǒng)有更高的壓力，負載傳感能力及改善的霧化特征。噴氣航空燃料也是同樣的但仍不同的要求，而且必須考慮到例如燃料流量范圍50∶1。
例如，實踐本發(fā)明中，考慮到的最佳汽油燃料注入壓力是1至5、3至15、5至20、10至30、15至45psi。最佳柴油燃料注入壓力是1500psi至30,000psi。較低的壓力注入，由于注入某ECS燃料的真空效應，是顯然要考慮到的。
申請人的無數(shù)霧化系統(tǒng)的實例包括單流體、多流體及/或液體/氣體霧化噴射機、雙液體霧化、內混式霧化器、壓力霧化器、Y型噴射霧化器、轉盤系統(tǒng)、空氣噴霧系統(tǒng)、噴射霧化器、汽化系統(tǒng)、空氣噴濺霧化器(包括平面噴射、預成膜、平板空氣噴射霧化器)、離心注射器、旋轉霧化、旋轉輪注入、超聲、聲學霧化器及/或其它現(xiàn)有的及/或未來的系統(tǒng)?？諝鈬姙R霧化器在本發(fā)明優(yōu)選實踐中是理想的。
附帶地或另一方面，對于燃料注入系統(tǒng)，使用的汽化元件，包括T-型、L-型等等，都是要考慮到的。汽化器元件通常是附加在火焰管上的，燃料注射器是固定在燃燒器上，注射器頭裝在汽化管內。
實施本發(fā)明的一個主要目的在于，從霧化系統(tǒng)噴射出來(或從汽化系統(tǒng))進入燃燒器/等中的申請人的燃料蒸汽平均顆粒大小分布，是本發(fā)明的最大化的燃燒特性的尺寸，而且它在燃燒室內的分布也是達到最大化的燃燒速度、汽化潛熱特性、燃燒壓力增加等。
因此，一種理想的、明顯的本發(fā)明實施方案在于，在燃燒室內注入或汽化的燃料顆粒(液滴)大小應當是1至70微米。優(yōu)選的平均顆粒尺寸是40至60微米或以下，更優(yōu)選的是30至50微米、20至40微米、5至30微米，或以下，包括1微米或亞微米。對于蒸汽顆粒尺寸的減小沒有限制，只要燃料蒸汽分布特性沒有受到有害影響。如果蒸汽相用其它方法，如化學方法，能產生快速擴散，及/或如果較小的顆粒分布妨礙了合適的燃料分布特性，那么平均顆粒尺寸大于30、40、50、或為70微米的，也是可以接受的。但是，要知道，有某些應用要求有最小的顆粒尺寸，不大于5、10、20、30、40、50、或60微米。
這樣的注入系統(tǒng)，使燃料-空氣最充分混合，達到最大可能程度地增強燃燒，這也是優(yōu)選的。但是申請人并不希望采用太高的混合率，以免引起高的貧氣熄火極限或其它。
在噴氣航空應用中，尤其在高馬赫數(shù)情況下(這時自然對流及擴散均被減弱)，對于不同燃料注入流有不同的壓力是理想的。另外，結合有相互平行及交叉的燃料注射器的燃料注入系統(tǒng)在高馬赫數(shù)情況下已被發(fā)現(xiàn)是有用的。通過組合平行及交叉注入增強混合，也已經發(fā)現(xiàn)是特別有效的，而且在本發(fā)明中是明顯地設想到了的。
注入壓力有很多的變化，較高的注入壓力一般應用于采用較重的柴油及粘度較高的燃料油的場合。但是，對于氣體渦輪，高壓注入是更困難一些，這是由于在燃燒器中高的燃料壓力的需要及控制燃料分布的問題。因此，在許多應用中都考慮較低注入壓力。
因此，使燃料組合物燃燒及冷卻特性最佳化的從而使燃燒速度改進的先進燃料注入系統(tǒng)成為本發(fā)明的基本的及明確的實施方案。
在重質柴油燃料及副引擎的應用中，在全負載條件下滯后計時的較高注入壓力，會達到申請人發(fā)明的產生最大混合能量及增強燃燒速度的目的，因而是最優(yōu)選的。
已發(fā)現(xiàn)，對于較重柴油燃料在高速但低負載條件下應用時，較低的注入壓力有利于使過度混合減至最小及減少烴類排放，因而也是一種優(yōu)選的實踐。
通過充分的方法，應用一個或多個注入系統(tǒng)(如雙燃料注射器)，同時注入相同或不相同物理狀態(tài)的燃料，如氣與液、固與液等等，是在本發(fā)明范圍之內和明顯地被設想到了的。這樣的應用，即將一種ECS化合物與一種不可能先于燃料注入的及/或優(yōu)化燃燒的基礎共燃料混合一起，而最好是分別注入的場合，明顯地是要考慮到的。當燃料混合不能通過其它先于燃料注入及/或燃燒的方法達到時，分別注入是要考慮的。
例如，往燃燒室或燃燒器中引入一種液態(tài)烴共燃料及一種氣態(tài)ECS燃料，如氫，就應當通過分別注入，以適應燃料的特性，和采用設計有最大燃燒速度的燃燒系統(tǒng)的方法來完成。
因此，考慮到了不同狀態(tài)燃料的配料，可以采用單一的及/或分別的方法同時注入燃燒系統(tǒng)。
申請人的ECS燃料、共燃料的各種混合及注入的組合在先進燃料注入系統(tǒng)及方法下都是要考慮到的。
在噴氣航空渦輪應用中，適應高空燃料流量調節(jié)速率是格外優(yōu)選的，因為在較低環(huán)境壓力下燃燒效率會發(fā)生變化。
改進泵路噴嘴注入系統(tǒng)、裝置注射器系統(tǒng)及/或其它與高壓容量相關的系統(tǒng)、注入速率控制，計時控制，及/或其它傳感控制都是特別需要的。能夠控制注入壓力、計時、速率計量及/或燃燒壓力的注入系統(tǒng)是顯然考慮到了的。
在實踐本發(fā)明中，直接及間接的燃料注入系統(tǒng)是可接受的。但是，直接注入系統(tǒng)更為理想，特別對于柴油應用場合。直接燃料注入系統(tǒng)，從使申請人的ECS燃料較高的燃燒速度最大化的角度來看，也是更為理想的。
更進一步的實施方案，如上所述，是渦輪增壓及增壓，這是本發(fā)明的非常優(yōu)選的實踐，特別是對于汽油及柴油應用場合。先進空氣噴氣、空氣壓力裝備及/或增壓進料系統(tǒng)，增大了吸入空氣壓力，與ERG系統(tǒng)連接操作都是特別理想的，因而大大地增強了本發(fā)明的目的。
提前冷卻，后冷卻及/或冷卻劑系統(tǒng)也是可以應用的。例如，降低引擎中冷卻劑溫度、降低進口空氣溫度及/或吸收多種熱輸入等都能使燃燒溫度降低。所有這些方法都在本發(fā)明范圍之內。
實施例29一種燃燒改進燃料，含有一種高汽化潛熱的含氧的基礎ECS化合物及一種燃燒改進數(shù)量的金屬，結合一種燃燒系統(tǒng)及一種廢氣循環(huán)(ERG)系統(tǒng)，其中所述燃料是被燃燒的及廢氣是要循環(huán)回燃燒系統(tǒng)的，構成的組合。
實施例30按照實施例29，其中的ERG系統(tǒng)屬于一種封閉回路系統(tǒng)。
實施例31按照實施例29-30，其中的燃料是無鉛的，燃燒系統(tǒng)要用US規(guī)范的汽油，這種組合另外還包括一種規(guī)范排放物控制系統(tǒng)。
實施例32按照實施例29，其中燃料含有氧，濃度為2.0％(重)及一種燃燒改進數(shù)量的環(huán)狀結構的三羰基錳化合物，濃度為1/32克錳。
實施例33按照實施例32，其中的燃料能增加燃燒速度，及系統(tǒng)熱效率得以提高，從而燃料經濟性增加至少0.5％、1.0％、2.0％、5.0％、10％或以上。
申請人的發(fā)明也考慮到了使用排氣后處理系統(tǒng)，有無數(shù)實施例包括陶瓷襯里、過濾器、陷阱、陷阱-氧化劑及催化劑。采用排放物排氣管催化劑的實踐，特別是在汽車上的應用，是在此領域眾所周知的。
在實踐本發(fā)明中考慮到，特別是對于在汽車應用一種尾氣排放物催化劑(三路催化劑，優(yōu)選的是單片催化劑)及同時應用一種車載氧傳感器，可一定程度測定催化劑效率。
總之，這是一種申請人的先進燃燒改進的燃料與申請人的機械及相關系統(tǒng)的結合，二者一起表現(xiàn)了明顯的技術獨到之處。
因此，本發(fā)明的實施方案之一在于改變及/或采納上述機械方法去實現(xiàn)本發(fā)明的最高程度的實用性。
一般的燃料及燃燒系統(tǒng)本發(fā)明實踐中考慮到的燃燒器包括有幾何圖形的燃燒器(管式、環(huán)狀式、管環(huán)式、球形)、空氣動力燃燒器(擴散火焰、預混合、分級的、催化的)及實用燃燒器(飛機、工業(yè)及車輛)。
在實踐本發(fā)明中優(yōu)選的是，應用一種擴散火焰燃燒器，其中由于采用氣體噴射擴散、提前液滴汽化、加速燃燒及/或噴霧擴散方法，使申請人的燃燒火焰進一步傳播開來。
因此，應用擴散火焰燃燒器，結合ECS燃料，是本發(fā)明的一種實施方案，因此燃燒排放物得以改善，燃燒加速及/或燃燒溫度降低。
申請人的發(fā)明特別可以應用于渦輪場合，尤其是航空燃氣渦輪，工業(yè)燃氣透平，輪船用燃氣透平及其它等等。
本發(fā)明中應用的燃料物理狀態(tài)包括了寬的和窄的沸點范圍的液體、半液體、近似液體、半固體、固體及氣態(tài)燃料以及混合物。
申請人的凈燃料的實施方案(如ECS化合物及金屬)具有優(yōu)異的推動力和環(huán)境特性，不限于應用內燃機、航空噴氣渦輪、瓦斯油渦輪、燃燒爐、燃燒器、空氣噴氣式推進系統(tǒng)或火箭發(fā)動機。
申請人的凈燃料屬于一種獨一無二的燃料，有可應用于任何燃燒系統(tǒng)的潛能。雖然，可能會要求改進現(xiàn)有燃燒器，以適應這種凈應用場合的燃燒最強化及熱力學狀況。
本發(fā)明的又一實施方案在于，引入先進燃燒系統(tǒng)，能夠在較高壓力下更好地轉化較多數(shù)量的自由能及/或由于使用申請人的燃料改善了熱效率?？梢灶A期，將會對系統(tǒng)做出改進及提出新的設計，以最大發(fā)揮申請人發(fā)明的凈的、近似凈、主要凈或少量凈ECS燃料的長處。
因此，本發(fā)明的一種實施方案在于引入這種具有申請人的燃料的先進燃燒系統(tǒng)。
申請人發(fā)明的又一明確實施方案在于，應用一種ECS化合物或混合物，僅僅有自身或具有或不具有某一燃燒改善數(shù)量的非鉛金屬。但是，優(yōu)選的實施方案在于，應用一種ECS化合物，或混合物，與至少有一種非鉛金屬一起(“ECS燃料”)。申請人的ECS燃料可以含有至少一種另外的氧化劑及/或至少一種添加推進劑或一種共燃料，也是一種實施方案。
在共燃料應用中，如ECS燃料與氫及/或含碳燃料結合一起，RVP(雷氏蒸汽壓)降低是一明顯的本發(fā)明的實施方案。但考慮的最后燃料包括那些RVP范圍從0.01psi至1000.0psi，2.0psi至200.0psi，2.0psi至40.0psi，1.0psi至20.0psi，1.0至10.0，1.0至8.0psi，1.0psi至7.5psi，1.0至7.0psi，1.0至6.5psi，1.0至6.0psi，1.0psi至3.0psi，1.0psi至2.0si或更低。
這也是一種明確的實施方案，即對有某個特定閃點溫度的燃料使其閃點的最優(yōu)化?？梢灶A料，通過調整烴餾份(以提高閃點)、鹽、皂及其它添加劑，采用共溶劑技術都會按照要求降低RVP及/或增加閃點。這種實踐是考慮到了的。
實施例34一種組合物包含有一種ECS化合物及燃燒改進數(shù)量的至少一種非鉛金屬。
實施例35按照實施例34的組合物，另外含有一種氧化劑及/或共燃料。
因此，申請人的發(fā)明實施方案了一種凈的，基本上凈的，主要凈的ECS燃料，包括含有多于50％(體積)的ECS化合物的組合物。也體現(xiàn)在一種基本是主要的、一種少量的，或基本少量的應用，即大于0.5％、1.0％、1.5％、1.8％、2.0％、2.7％、3.0％、3.5％、3.7％、4.0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％(體積)或(重量)的ECS燃料，通常結合一種共燃料(基礎燃料或輔燃料”)。
在實踐申請人的發(fā)明中，最優(yōu)選的含錳凈ECS燃料包括碳酸二甲酯、甲醇、氫、甲縮醛、甲烷水合物(Methane hydrate)、肼及其混合物。
初期考慮到的申請人的ECS燃料，可能還少量摻合在市場上的共燃料中。
但是，由于ECS燃料在最終燃料中的較大體積百分濃度，燃燒及排放物性質顯著增加。
在以下更為專門的共燃料應用中，申請人的意圖是，他披露的一種共燃料，應恰當?shù)貞糜谌魏纹渌m宜應用的共燃料(如抗氧劑或一種共燃料類型的清潔劑可以與其它燃料類一起使用等)。
噴氣航空渦輪燃料及相關的渦輪系統(tǒng)本發(fā)明明確地考慮到了噴氣航空渦輪燃料的應用及共燃料的應用。申請人期望對各式各樣的噴氣燃料、航空渦輪引擎燃料，包括用于推進及爬升引擎、起動器及輔助裝置的燃料有廣泛的應用。
本發(fā)明的實踐明確地實施方案了航空渦輪，最終得到的航空渦輪燃料(ECS燃料及共燃料)或共燃料，它們滿足ASTMD1655標準，包括有Jet A，JetA-1(煤油型較高閃點的餾份)，及Jet B-A(相對較寬沸程揮發(fā)性餾份)。對其它噴氣渦輪級別考慮到的，包括那些符合IATA指南手冊規(guī)格及軍用航空渦輪規(guī)格，如MIL-T-5624、MIL-T-83 133及MIL-P-87107等的燃料。因此申請人引證了L.Garkner及R.B.Whyte的“燃氣透平燃料”一書(1990年科學出版社)中第二章“近代渦輪燃燒器設計”第81-227頁中許多有關航空及燃氣渦輪燃料的規(guī)格作為參照。
本發(fā)明的航空渦輪燃料，除這里另有規(guī)定之外，包括精煉石油烴類調合物、天然汽油或它們與合成烴類的調合物。它們一般都是烴類的混合物(亦即石蠟烴、環(huán)烷烴、芳香烴及烯烴，外加痕量雜原子如含硫的化合物)及由經過某些另外方法加工處理過的直餾餾份油。
航空渦輪燃料，大部分及小部分由ECS材料組合物，這里加以披露的是特別考慮到了的。
申請人的發(fā)明明確地考慮了燃氣渦輪及空氣噴氣式推進系統(tǒng)。這樣的無數(shù)系統(tǒng)包括有增壓式噴氣發(fā)動機、增壓推進發(fā)動機、函道風扇發(fā)動機、沖壓噴氣發(fā)動機、急停噴氣發(fā)動機、函道噴氣發(fā)動機、脈沖噴氣發(fā)動機系統(tǒng)及其它許多變型。這些系統(tǒng)在航空渦輪燃料的本實踐中都是考慮到的。
例如，無數(shù)燃氣渦輪結構包括了基礎的、單一中間冷卻、雙中間冷卻、等溫中間冷卻，一次再熱、兩次再熱、等溫再熱、一次中間冷卻及一次再熱、兩次中間冷卻及兩次再熱、等溫中間冷卻及等溫再熱、再生、基本燃氣渦輪再生、一次中間冷卻再生、一次再熱再生、一次中間冷卻及一次再熱的再生、兩次中間冷卻及兩次再熱的再生、等溫中間冷卻及等溫再熱的再生。
無數(shù)“增壓噴氣發(fā)動機”空氣噴氣推進系統(tǒng)的實施例包括有基本的、中間冷卻、再熱、中間冷卻及再熱、后燃燒、中間冷卻及再熱。無數(shù)的“渦輪螺旋漿”系統(tǒng)包括有基本的、中間冷卻、再熱、中間冷卻及再熱、再生、帶再生的中間冷卻及再熱、基本函道風扇、中間冷卻及再熱函道風扇、有后燃燒的函道風扇、基本的沖壓噴氣發(fā)動機、振蕩噴氣發(fā)動機、液體金屬循環(huán)核渦輪噴氣發(fā)動、液體金屬循環(huán)核渦輪螺旋漿發(fā)動機、函道火箭發(fā)動機等。
申請人發(fā)現(xiàn)，沖壓噴氣發(fā)動機及脈沖噴氣發(fā)動機操作代表了本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案。因此，申請人用脈沖噴氣發(fā)動機的熱動力學作參照。參見“噴氣機、火箭，核、離子及電動推進器理論與設計”W.H.T.Loh編著，1968年，P191。
申請人的渦輪燃燒器的理想的燃燒室包括有管式的、管環(huán)式的、環(huán)式的及球形的。
申請人的發(fā)明在上述渦輪燃燒結構及系統(tǒng)有專門的應用，其中意外并顯著地降低了在主燃燒區(qū)內的游離碳形成。還發(fā)現(xiàn)了，在主燃燒區(qū)游離碳的減少反過來減少火焰輻射因而又降低了燃燒套襯的溫度，從而降低了套襯熱負荷，延長了引擎壽命。
而且，申請人的降低燃燒溫度對于高空及高馬赫數(shù)的應用場合極為有用，因為極高的引擎溫度會限制燃燒系統(tǒng)的運作及設計?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，申請人能顯著地降低引擎燃燒溫度25°F至400°F或以上。
實施例36一種控制處于高操作溫度下高空、高馬赫數(shù)及其它條件的噴氣引擎的方法，這里所述的方法包括將一種ECS燃料(含一種ECS化合物及適當?shù)慕饘?與一種航空共燃料按照這樣的比例進行混合，能使得在高馬赫或極高空下的燃燒處于降低了的溫度下進行；在高馬赫或極高下操作噴氣發(fā)動機；其中的引擎及燃燒溫度下降25°F至300°F、50°F至350°F、75°F至375°F、100°F至400°F、125°F至450°F、150°F至500°F、175°F至550°F、200°F至600°F、225°F至750°F、250°F至900°F或更高。
還發(fā)現(xiàn)了，申請人的發(fā)明提高了有用功、推動力、引擎熱效率，從0.5％至2.0％、0.5％至5.0％、1.0％至10.0％、5.0％至20％、10％至40％、或更高，而且通常較多地取決于ECS燃料的濃度、共燃料的組合物及特定的操作。
申請人的發(fā)明，在噴氣渦輪的應用中也在降低有害排放物CO、NOx、及HC的濃度方面有特別的好處，這通常是與空運轉條件相關。
如上所述，未解決的渦輪上復蓋錳氧化物的問題，過去妨礙著錳在渦輪燃料中的應用，現(xiàn)在卻十分意外地控制住了。申請人使燃燒溫度的降低，也有助于減少其它化合物復蓋在渦輪表面上而且還減少了腐蝕。
在本發(fā)明的實踐中，一種優(yōu)選的采用ECS化合物的化學方法包括，在一種航空噴氣渦輪發(fā)動機的基礎燃料中加有一種燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯與一種燃燒改善數(shù)量的環(huán)狀結構的三羰基錳化合物的組合物。優(yōu)選的是最后組合的燃料要符合最低ASTM的規(guī)格，包括閃點、傾點、熱穩(wěn)定性、餾程、芳烴含量、密度、冰點、粘度、凈燃燒熱及其它等。
渦輪燃料組合物(共燃料)組合物烴部分以其優(yōu)選順序包含有石蠟烴、環(huán)烷烴、烯烴及芳香烴。
考慮到了的是，源于ECS化合物燃料中的氧將以不同的濃度摻混至航空渦輪燃料中，其最佳數(shù)量取決于平均飛行高度、速度、爬升/推力要求，燃燒系統(tǒng)結構、燃燒效率、基礎燃料烴組合物、錳濃度及其它等。
如果以一種ECS含氧的方法改善燃燒，推薦的在最后燃料中的氧重量百分濃度在海拔10,000英尺是從0.1％至5.0％，優(yōu)選3.0％至5.0％；在20,000英尺，推薦氧重量百分濃度為0.1％至10％，以3.0％至8.0％為優(yōu)選；在30,000英尺，推薦氧重量百分濃度從0.1％至16.0％，以5.0％至7.0％為推薦的及5％至16.0％為優(yōu)選；在40,000英尺，推薦氧重量百分濃度是從0.1％至30.0％，以11.0％至30.0％為優(yōu)選。推薦的最后燃料中氧的平均重量百分濃度可以大大超過上限30.0％或更高，特別對于先進燃料的應用，極高高空，采用混合含有另外氧化劑的燃料。
對于航空渦輪組合物推薦的平均氧重量百分濃度的一般分布，也涉及其燃料的應用，為從約0.01％至3％，1.0％至約4.0％，1.0％至約7.0％，以最終燃料中氧重量計，2.0％的氧濃度是可接受的。但是，4.5％的重量百分數(shù)是平均優(yōu)選濃度。在共燃料應用中，專門的氧重量百分數(shù)將隨著任何特定的燃料，它的燃燒系統(tǒng)，閃點的考慮及操作條件而變化。
對于航空噴氣渦輪燃料，錳濃度范圍是從0.001克至10.0克/加侖。但是在先進的小部分，大部分及/或凈ECS燃料應用，預計濃度大大高于這個范圍。雙組份火箭燃料的應用也要求較高錳濃度。
看來也是，愈高的高空運行，愈是需要較高指示的錳濃度水平。較高的錳濃度水平，在組合物中配合以較高的氧濃度是允許的。如所述之，較高的氧濃度也是在較高的高空下才要求的。例如在大約40,000至50,000英尺海拔以上操作下，可接受的錳濃度可能是在約0.001至4.00克/加侖的范圍。在低空約5,000至20,000英尺海拔以上，理想的錳濃度在從約0.001至0.5克/加侖的范圍(那些范圍在約0.125至0.5克錳/加侖之內的，應當是更理想的)。但是，超出這些范圍的濃度，顯然是要考慮到的，尤其是對于更先進的操作。
作為本發(fā)明的另外的實踐，金屬及氧濃度是由在系統(tǒng)操作環(huán)境下組合物的燃燒最優(yōu)化所決定的。
實施例37一種符合ASTM1655規(guī)格的航空噴氣渦輪燃料，異丙醚或碳酸二甲酯及混合物，具有0.5％至4.5％，1.0％至2.0％氧重量百分數(shù)的組合物及1/64至1/8克錳/加侖的環(huán)戊二烯三羰基錳化合物。
實施例38一種符合ASTM1655規(guī)格的航空噴氣渦輪燃料、異丙醚及/或碳酸二甲酯或混合物，具有0.5％至20.0％氧重量百分數(shù)的組合物及0.001至5.0克錳/加侖的環(huán)戊二烯三羰基錳化合物。
實施例39如同實施例38，只是燃料是燃燒在航空噴氣發(fā)動機引擎中于海拔5000英尺以上高空。
實施例40同于實施例38，只是此種組合物在20,000英尺海拔以上的高空中航空噴氣發(fā)動機引擎中燃燒。
實施例41同于實施例38，只是組合物中碳酸二甲酯氧重量百分數(shù)為25％，環(huán)戊二烯三羰基錳化合物具有錳重量在1.0克/加侖以上。
實施例42同于實施例38，只是此組合物是在航空噴氣發(fā)動機引擎中，于海拔40,000英尺以上高空下燃燒。
實施例43同于實施例38，其中的組合物有碳酸二甲酯，氧重量約0.1％至約3.0％。
實施例44按照實施例37至43，其中的組合物含乙二醇單甲醚，濃度0.1至0.15％(體積)實施例45按照實施例38，其中所述的操作是在高空海拔超過60,000英尺以上，其所述的DMC的氧重量是3.0％至15％及金屬濃度是0.5至10.0克/加侖；從而引擎溫度降低最少10°F至400°F，或更多，超過了已知傳統(tǒng)方法。
實施例46一種操作高空噴氣發(fā)動機引擎的方法；包括用一種具有氧重量組合物0.01至30.0％的ECS組分的組合物與具有燃燒改善數(shù)量的高能釋放金屬一起同一種航空噴氣發(fā)動機燃料相混合；在高空40,000英尺以上，優(yōu)選的是60,000至100,000英尺或更高操作所述引擎，排出燃燒氣體至渦輪入口；從而使氣體進口溫度降至1200°K以下，即與已知最好方法相比，至少低0.5％至25％或更多；及/或渦輪進口壓力增加，超過現(xiàn)有方法的0.5％至40.0％；及/或熱效率提高至少0.5％至20％，或更高。
實施例47一種符合ASTM1655規(guī)格的航空噴氣渦輪燃料，含有一種含氧ECS化合物，其所得的燃料組合物含0.5至4.0％重量的氧，及至少一種環(huán)戊二烯三羰基錳化合物，為1/8克錳/加侖。
實施例48一種組合包括，一種航空噴氣渦輪引擎和一種噴氣渦輪燃料，此燃料符合ASTM1655規(guī)格，內含一種含氧ECS化合物，其所得的燃料組合物含有0.5至5.0％重量百分數(shù)的氧，及至少一種環(huán)戊二烯三羰基錳化合物為1/8克錳/加侖，從而在主燃燒區(qū)的游離碳形成減少和進口溫度大大下降。
實施例49按照實施例48的組合物，其中的燃燒溫度下降，或套襯熱負荷下降及/或渦輪引擎壽命延長。
實施例50按照實施例48的組合物，其中熱效率提高至少2.0％。
因此，本發(fā)明的一種實施方案在于，應用了申請人的先進ECS基礎燃料與具有比傳統(tǒng)燃燒器較低的燃燒器長度對殼體直徑比例的先進燃燒器相結合；由于較小直徑的鑄造降低了燃料比消耗；由于外殼直徑較小，在較高燃燒壓力下只有較小的壓力損失；較高燃燒壓力的燃燒器，而沒有增加渦輪入口或套襯溫度；減小了焰筒的尺寸而沒有損失燃燒效率、升力，或燃料經濟性；減小了火焰筒尺寸的低壓升力燃燒器并沒有損失燃燒效率，升力，或燃料的經濟性；較大直徑的燃燒外殼，有助于改善升力，由于較短火焰筒的較大直徑燃燒器外殼有助于改善燃燒效率；減少了外殼直徑而沒有增加壓力損失；燃燒器具有降低了的壓力損失；較低壓縮比引擎；較低壓縮比的升力引擎；較高壓縮比的引擎，沒有有害的火焰筒壁溫度增加(因此減少了膜空氣冷卻要求)；燃燒器其主區(qū)燃燒效率高于傳統(tǒng)的效率；燃燒器其中主區(qū)屬于貧氣或為燃料不足燃燒；及其它等等。
實施例51
一種組合包括，一種ECS基礎航空噴氣渦輪燃料及一種噴氣發(fā)動機引擎，其組合特征在于所述的燃料在一個低壓升力引擎中燃燒，其中所述的引擎的火焰筒長度已被減小至少10％，而沒有損害升力或燃燒效率。
實施例52一種組合包括，一種ECS基礎航空噴氣渦輪燃料及一種噴氣發(fā)動機引擎，其組合的特征在于所述的燃料在一個高壓縮引擎中燃燒，其中所述的引擎火焰筒壁溫度降低，燃燒效率至少增加5％。
本發(fā)明的一種明確實施方案在于，應用申請人的燃燒改善的燃料組合物與傳統(tǒng)的或先進的航空噴氣渦輪燃燒器結合，在高空，包括40,000英尺以上，燃燒效率改善比在同樣高空及/或同樣海拔操作的共燃料高約5％或更多。
本發(fā)明的另一實施方案在于，減少了燃燒器稀釋區(qū)總距離，同時降低了出口流的溫度。因此，本發(fā)明的實踐中，理想的稀釋區(qū)長度等于1.5至2.0倍火焰筒寬度，尤其在引擎需要高空巡航時。其它理想的稀釋區(qū)長度等于0.9至1.5、1.2至1.6、1.3至1.7、1.4至1.6倍于火焰筒寬度。
因此，本發(fā)明的一種實施方案在于，應用稀釋區(qū)長度1.4至1.6倍于總火焰筒寬度的燃燒器，而同時又改善了高空燃燒效率。預料到的燃燒效率在20,000英尺以上的高空提高2％。
為了防止渦輪葉局部破損，本發(fā)明的進一步實施方案在于，構造了ECS燃料及操作噴氣發(fā)動機燃燒器，使其出口流的溫度(渦輪入口溫度)低于1200°K。
因此，這是一種進一步的實施方案，即在渦輪入口溫度不會高于大致1200°K、1100°K、1050°K、1000°K、950°K、900°K、850°K或更低的條件下操作這樣的系統(tǒng)。這也是一種實施方案，即在低于800°K或更低的溫度操作這樣的系統(tǒng)，如果可行的話。
但是，為了使申請人發(fā)明的效果最大化，燃燒器的出口流最大溫度(即最大渦輪入口溫度)不超過1100°K是理想的。平均燃氣溫度近似于最大渦輪進入溫度也是優(yōu)選的，為的是要保持引擎的有效輸出功。
實施例53一種減少比燃料消耗的方法，包括在稀釋區(qū)長度約1.5倍于火焰筒寬度的環(huán)形、管形或管環(huán)形燃燒器內燃燒一種ECS燃料及/或一種ECS加共燃料的組合燃料，從而燃料的比消耗降低。
實施例54環(huán)形燃燒器實施例53，其中燃燒器長度對外殼直徑比縮小，和其中升力及/或燃料效率比已知方法有改進。
實施例55按照實施例53及54，其中的ECS燃料包含大部分為ASTM航空噴氣發(fā)動機燃料及少部分為由碳酸二甲酯與一種燃燒改善數(shù)量的至少一種非鉛金屬組合物的部分。
實施例56按照實施例53-54，其中的燃燒器用一種烴類燃料組合物操作，此烴類燃料組合物包含大量的燃料成分烴類和少量的含有碳酸二甲酯及燃燒改善數(shù)量的至少一種環(huán)狀結構三羰基錳的組合物，其中出口流溫度低于1100°K。
實施例57按照實施例53-54，其中的燃燒器用基本上一種凈燃料組合物操作，此凈燃料組合物包含碳酸二甲酯及一種燃燒改善數(shù)量的至少一種的非鉛金屬。
實施例58按照實施例57，其中的燃料組合物另外包含一種商業(yè)噴氣般空燃料的共燃料實施例59按照實施例53-58，其中有用功增加和燃燒器壽命延長至少10％。
實施例60按照實施例51-59的燃燒器，其中的燃燒效率，在高空超過30,000英尺以上，是高于現(xiàn)有引擎的2％。
實施例61按照實施例59-60中的燃燒器，其所達到的壓力及/或渦輪轉速超過現(xiàn)有引擎的5％至20％。
應當考慮到的是，申請人得出的成果及/或航空渦輪共燃料應當是無鉛的或基本上無鉛的。但是已知與ASTM，軍用的或國際標準一致的添加劑可以包含在這種組合物中?？紤]到的是申請人的航空渦輪燃料將符合或基本履行ASTM標準?，F(xiàn)有AS/M燃料規(guī)格D1655-93(包括未來版本)，相關的從前的規(guī)格，有關的ASTM標準、試驗方法、軍用及國際標準都在此引證參考。
申請人發(fā)明的抗氧化劑包括烷基酚、有空間障礙的酚及胺基團的芳香二胺類。
申請人的抗氧劑通常使用數(shù)量不超過24mg話性組分/L(不包括溶劑重量)。這樣的抗氧劑選自N，N-二異丙基對苯基二胺，最小75％2，6-二叔丁基酚加最多25％的叔及三叔丁基酚，最低72％2，4-二甲基-6-叔丁基酚加最多28％的單甲基及二甲基叔丁基酚，最低55％的2，4-二甲基-6-叔-丁基酚和最大45％混合叔及二叔丁基酚。
另外用于本發(fā)明的抗氧劑有2，6-二叔丁基-4-甲基酚、6-叔丁基-2，4-二甲基酚、2，6-二叔丁基酚、最少75％2，6-二叔丁基酚及最多25％叔丁基酚及三叔丁基酚，最少72％6-叔丁基-2，4-二甲基酚及最多28％叔丁基甲基酚及叔丁基二甲基酚、最少55％6-叔丁基-2，4-二甲基酚及最多45％叔丁基酚與二叔丁基酚的混合物、60至80％的2，6-二烷基酚及20至40％的2，3，6-三烷基酚與2，4，6-三烷基酚混合物、最少35％2，6-二叔丁基-4-甲基酚及最多65％甲基-，乙基-，及二甲基叔丁基酚混合物、最少60％2，4-二叔丁基酚及最多40％叔丁基酚混合物、最少30％2，3，6-三甲基酚及2，4，6-三甲基酚混合物和最多70％二甲基酚混合物、最少55％丁基化乙基酚及最多45％丁基化甲基及二甲基酚、 45％混合4，6-二叔丁基-2-甲基酚、最少40％6，-叔丁基-2-甲酚混合物、最多15％其它丁基化酚混合物。還有抑制劑，其總濃度不大于每5000加侖燃料1磅(不包括溶劑)，包括有2，4-二甲基-6-叔丁基酚、2，6-二叔丁基-4-甲基酚、2，6-二叔丁基酚、75％2，6-二叔丁基酚、10-15％2，4，6-三叔丁基酚、10-15％鄰叔丁基酚、最小72％2，4-二甲基-6-叔丁基酚及最大28％單甲基及二甲基叔丁基酚、最小60％2，4-二叔丁基酚，及最大40％混合的叔丁基酚。超過上述范圍限制的添加劑濃度也是要考慮到的，特別是在本發(fā)明的其它應用中及/或ECS化合物的性質或濃度需要這樣的用法。
此組合物可包含金屬減活劑，優(yōu)選數(shù)量不超過5.8mg/L(不含溶劑重量)，諸如N，N′-二亞水楊基-1，2-丙二胺、N，N′-二亞水楊基-1，2-乙二胺或N，N′-二亞水楊基-1，2-環(huán)己二胺。但是，超此數(shù)量的濃度是要考慮到的。
電導添加劑，其濃度要足以在注入點處使燃料的電導性增加在每米200至600皮西門子范圍，諸如ASA-3為皇家潤滑劑公司標號，RoyalLubricants Corp.，Roseland，NJ07068)，其濃度最高達1mg/L，和“Stadis”450(為杜幫公司化學部注冊商標及標號，DuPont Petroleum Chemicals Div.，Wilmington，DE19898)，其濃度最高達3mg/L，這是明確考慮到了的。
在本發(fā)明實踐中，在燃料的電導性損失時，需要用電導添加劑進行處理，應用以下濃度極限ASA-3@最大1mg/L；Stadis_450@最大3gm/L。當用同樣電導性添加劑處理時，必須使ASA-3濃度極限限制在累積總量最大2mg/L；對于Stadis_450限制累積總量最大5mg/L。在電導添加劑改變需要處理或確認不清時，ASA-3可進一步添加，但最大不超過1mg/L，Stadis_可以進一步添加，但最大不超過2mg/L。
腐蝕抑制劑是考慮到了的。例如下面的抗腐蝕添加劑可以應用添加劑 濃度Nuchem PCI-105最大每1000桶4磅Apolio PRI-19 最大每1000桶4磅Cooper Hiteo E-515最大每1000桶16磅Cooper Hiteo E-580最大每1000桶8磅Dupont AFA-1 最大每1000桶16磅Petrolite Tolad 245 最大每1000桶20磅Texaco TXA182 最大每1000桶20磅(TRI182)其它適用腐蝕抑制劑可以使用。在軍用場合，可以遵照MIL-I-25017，將腐蝕抑制劑調合至JP-8燃料中。
本發(fā)明實踐明確考慮到使用燃料系統(tǒng)結冰抑制劑，尤其在需要降低結冰溫度的情況下。冰點特別重要，而且必須要足夠的低，以預防主要在高空飛行溫度下阻礙燃料流穿過過濾器的篩網(wǎng)進入引擎。飛機燃料箱中的燃料溫度是以與飛行持續(xù)時間成比例的速度下降的，因此，對于燃料允許的最大冰點是與飛行的類型相關。例如，續(xù)航時間長的比續(xù)航時間短的要求的燃料冰點更低。
優(yōu)選的結冰抑制劑是乙二醇單甲醚，要符合D4171規(guī)格要求。優(yōu)選的濃度范圍，從約0.1至0.15％(體積)。但是濃度超出此范圍亦可使用。另外的抗結冰劑包括Phillips PFA55MB@0.15％(體積)及MIL-I-27686@最高0.15％(體積)。
在實踐本發(fā)明中，預想到的是，另外一些結冰抑制劑可以使用，包括醇類，共溶劑及其它等，特別是對于那些ECS化合物沒有足夠低的熔點及/或當最終燃料傾點或冰點溫度太高時需要使用。
申請人的噴氣航空渦輪燃料的規(guī)格一般要與表1中的要求相一致。
優(yōu)選的是，申請人的航空渦輪共燃料一般應當是無肉眼可見的未溶解水、沉渣及懸浮物。燃料的味道應當不是令人惡心或刺激的。在通常處置及使用條件下，無已知有害毒物出現(xiàn)，除前已列出的以外。
飛機安全及經濟操作要求申請人的燃料在使用前基本清潔、無水和無污染。
因此，申請人的航空噴氣渦輪共燃料應當無水。但是，為了提高燃燒速度和/或蒸汽擴散，水可以通過，例如乳化或其它方法，采取如分別注入方式而引入燃料中。
表1 航空渦輪燃料A代表性要求性質 JetA或JetA-1JetBASTM試驗方法組合物酸度總mg KOH/g 最大0.1… D3234芳烴，％(體積) 最大22C22CD1318硫，硫醇％(重) 最大0.003 0.003D3227總硫，％(重) 最大0.30.3D1266或D1662或D2622或D4284揮發(fā)性蒸餾溫度℃10％餾出溫度最大205 … D8620％餾出溫度最大… 14550％餾出溫度最大報告 19090％餾出溫度最大報告 245終沸點，溫度最大300 …蒸餾殘渣％最大 1.5 1.6
蒸餾損失％ 最大 1.6 1.5閃點℃ 最小 38… D56或D3828密度kg/M3(在15℃) 775至840 761至802 D1298或D4052蒸汽壓，KPa，38℃， 最大… 21 D323流動性冰點℃最大 -40JetAE-50BD2388-47JetA-1E粘度mmG/6SL-20℃，最大8.C D445燃燒性 D4529，D3338或燃燒凈熱值，MJ/kg 最小 42.8G42.8GD4809下述之一要符合(1)發(fā)光計數(shù)或 最小 45 45 D1704(2)煙點mm或最小 25 25 D1322(3)煙點mm及最小 19F19FD1322苯胺點％(體積) 最大 3 3 D1840腐蝕性銅條試驗2h，100℃ 最大 No.1No.1 D130穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性過濾器壓力降mmHg 最大 25K25KD3241H管沉積物小于 3號 3號無發(fā)光或反常顏色沉積物污物原在膠，mg/100ml 最大 7 7 D381水反應界面率 最大 1b 1b D1094添加劑電導性pS/m 參5.2 參5.2D2524優(yōu)選的是，申請人的航空渦輪共燃料，在300°F高的溫度下應是熱穩(wěn)定的。以減少在燃料加熱時在引擎燃料系統(tǒng)中形成的沉積物數(shù)量。熱穩(wěn)定性是航空噴氣渦輪燃料的一個重要性質，而且會潛在地影響引擎的維護及可操作性。沉積物會堵塞燃料噴嘴、降低熱交換器效率，及引起燃料控制失靈。因此，采用的ECS化合物應當對熱穩(wěn)定性沒有有害影響。但是，影響熱穩(wěn)定性的ECS化合物也可以應用，如果有合適的措施如添加劑(見后)及/或某些配方技術。參見Perry W.Kirklin及Peter，David，1992著“航空燃料熱穩(wěn)定性要求”。
優(yōu)選的是，對于實施例中所得到的燃料的高溫穩(wěn)定性應是在ASTM-C8C燃料燒焦管中于300°F(148.9℃)的預熱溫度，400°F(204.4℃)過濾器溫度，每小時6磅(2.70±0.05Kg/hr)燃料流率下運行五小時后再計量確定。優(yōu)選最大壓力改變?yōu)?2英寸汞柱高度(304.8毫米)，而預熱器沉積物低于3號(ASTM1660)。這樣的燃料才會具有內在的貯存穩(wěn)定性。
因此，在本發(fā)明的實踐中，考慮到申請人的燃料將要采用能夠脫除活性烯烴及雜原子化合物的燃料生產方法及/或加工方法，以改善熱穩(wěn)定性。
也考慮到了燃料可以含有對熱穩(wěn)定性的添加劑，包括杜幫公司的JFA-5，最大濃度為每1000桶30磅的濃度。其它添加劑，應符合ASTM D 1655的要求，也都是考慮到了的。
申請人的優(yōu)選燃料組合物的配方，要能有減少煙垢形成，增加燃燒效率及避免熄火的燃燒特性。
一般來講，石蠟烴能提供最理想的噴氣燃料燃燒清潔特性。環(huán)烷烴則是這種用途的其次最理想的烴類。
盡管一般烯烴具有好的燃燒性能，但它的膠質穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性差，通常限制了它們在飛機渦輪燃料中的使用。在本發(fā)明實踐中，它們的用量應限制在5％(體積)，或以下。但是，1％(體積)或更低，是更優(yōu)選的。
沒有申請人的發(fā)明時，芳烴作為航空渦輪燃料一般具有最差的燃燒特性。在航空渦輪中，它們燃燒時火焰易于冒煙，而且釋放出的化學能中非理想的熱輻射部分，要比其它烴類的大得多。萘或雙環(huán)芳烴類比單環(huán)芳烴會產生更多煙、煙垢及熱輻射，因此是最不理想的航空噴氣燃料的烴類。
優(yōu)選的是，申請人的組合物發(fā)光計數(shù)應當有最低值45，發(fā)光計數(shù)是測定在指定條件下火焰輻射及溫升的，是與這種燃料烴類型組合物相關的。
優(yōu)選的是，煙點的最低值為25mm，煙點是噴氣燃料相對發(fā)煙的性質的一種指示，也是與燃料中烴的類型相關的。一般噴氣燃料芳烴含量愈高，火焰冒煙越重。
也優(yōu)選的是萘類組合物不超過3％(體積)。萘類濃度較低是更優(yōu)選的。為了本發(fā)明的目的，萘類將包括萘、二氫苊及這些烴類的烷基化衍生物，在噴氣燃料中這些化合物不超過5％的含量和具有的沸點要低于600°F(316℃)。萘濃度低于3％是優(yōu)選的。較低的萘濃度甚至是更優(yōu)選的。
優(yōu)選的是，芳烴體積濃度應低于22％(體積)。在煤油燃料中最大芳烴濃度應在20％以下。較低濃度是優(yōu)選的。沒有本發(fā)明應用時，高芳烴噴氣燃料燃燒時，一般會造成冒煙及碳或煙垢沉積。
燃料的氫含量也是申請人發(fā)明的一個重要因素。在實踐本發(fā)明中，燃料中總氫含量的質量百分數(shù)不應低于13.4％(質量)。優(yōu)選濃度是13.8％(質量)。更優(yōu)選的超過14.0％(質量)。超出此范圍的濃度是要考慮到的。燃料的密度是大多數(shù)商業(yè)交易中計量流量及質量-體積關系的重要性質。因此，申請人的燃料應當構造成為在正常操作環(huán)境下易于流動的。燃料的密度，在用于與其它諸如苯胺點或餾程一起用經驗方法估計燃料發(fā)熱值時，特別有用。低密度可以表示低的單位體積發(fā)熱值。申請人的噴氣渦輪燃料的優(yōu)選的密度將在大致從750至840kg/M3(于15℃下)范圍。
同樣，申請人的燃料凈燃燒熱是基于熱能可轉化為機械能的性質，對飛機及其引擎產生影響的。如上所述，在本發(fā)明的優(yōu)選的實踐中，凈燃燒熱是較高的。
但是，最低的凈燃燒熱是本發(fā)明的一種基本的實施方案。考慮到了的是，最低凈燃燒熱是42.8MJ/kg。較高的凈燃燒熱包括那些超過了43MJ/kg的，也都是可接受的和常常是優(yōu)選的。但是，申請人發(fā)明的未能預料到的將熱能轉化為機械能的能力允許使用凈熱值低于42.8MJ/kg的燃料，尤其是當ECS組分的體積組合物增加時。
燃料的揮發(fā)性及在不同溫度的蒸發(fā)性是受餾程決定的。10％點餾出的餾份應當保證易于啟動。90％餾份應當限制難于汽化的較重餾份。最優(yōu)選的T-90點溫度應當不超過225℃，較低的溫度是略更優(yōu)選的。
燃料的蒸汽壓應當足以避免發(fā)泡、燃料阻塞及輕餾份在高空時經飛機油箱氣孔而逸出的損失。這對于Jet B燃料是重要的，因它的揮發(fā)性較高。
流體粘度是它對流動阻力的一種尺度。在渦輪燃料中，它很重要，因為它表征燃料是否相對易于流動或泵送，及易于通過燃料噴嘴而霧化。最低粘度是有限制的，因為有些燃料泵，如果燃料粘度過分低于某一數(shù)值，將難以令人滿意地進行工作，特別是在低溫條件下。最大粘度也是有限制的，因為太高的粘度會引起過度的在管道系統(tǒng)壓力損失及較差的燃料噴霧性能。因此，申請人的燃料優(yōu)選的粘度應當是足以保證在預期的溫度范圍內的泵送能力及保持一致的噴嘴噴霧模式。
限制硫醇含量是需要的，以防止它對彈性材料的有害反應及減小令人不愉快的硫醇氣味。在本發(fā)明實踐中，燃料優(yōu)選硫醇的重量濃度為0.003％或以下。
在本發(fā)明的實踐中，限制硫含量是需要的，因為燃燒時形成的硫氧化物，對噴氣渦輪部件是有腐蝕性的。優(yōu)選的硫重量百分濃度為0.3％、0.02至0.001％(或無硫)。
在本發(fā)明的實踐中，燃料的優(yōu)選的銅條腐蝕數(shù)，為在100℃下2小時，不超過No.1號。這將保證燃料不會腐蝕燃料系統(tǒng)各種部件中的銅或任何銅基合金。
降低酸度，對于避免潛在的某些含氧化合物的水解，避免腐蝕及/或材料的不匹配性，及/或避免熱穩(wěn)定性問題都是重要的。因此，任何殘余礦物酸、苛性的、酸性的或形成酸性的材料/試劑都應當從此過程中除去或消除掉。如果采用的是酸性的或形成酸的ECS化合物，抗氧劑及/或中和添加劑是要考慮到的。在本發(fā)明的實踐中，優(yōu)選的申請人燃料的酸度應當被降至最低，而且不超過0.1mg KOH/g。
也優(yōu)選的是，原在膠，燃料蒸發(fā)留下的不揮發(fā)殘渣，應當減至最少。大量的膠質是表示燃料被高沸點油或顆粒狀的東西污染，而且一般反映出燃料的操作性差。
申請人的優(yōu)選的噴氣航空燃料，在各種不同氣候條件經過不同時期的貯存之后是可用的，而且應當符合ASTM的要求。
申請人的理想閃點，是燃料裝卸及貯存時不會有嚴重火災危險的最大溫度的一種表征，應當在約38℃或以上。但是，較低閃點的燃料顯然也是要考慮到的。
在申請人的發(fā)明實踐中，閃點的控制是重要的。如果添加ECS化合物使閃點溫度降低，顯然考慮到的是，取代的ECS化合物及/或添加物應當用來升高閃點溫度。其它達到可接受的閃點溫度的方法都是要考慮到的。例如，共燃料可以在較高閃點溫度分流，再與ECS化合物及基礎燃料結合起來以滿足可接受的ASTM閃點溫度要求。已發(fā)現(xiàn)，降低某些閃點較低的ECS化合物的總濃度水平也是有效的。其它添加劑，包括鹽、表面活性劑及其它等用以增高閃點是可以考慮的。互溶劑的實用也可考慮用于閃點、蒸汽壓、水溶性、水解及其它這類問題(見EPO 0235280專利)。
一般優(yōu)選的是，燃料是無表面活性劑。但是，某些情況下，例如作為產生乳化液，或提高閃點溫度的手段，表面活性劑是可以使用的。
申請人ECS渦輪航空噴氣燃料的說明性實施例如下性質 極限 極限 試驗方法比重API度 37 57 ASTM D287蒸餾溫度10％汽化的 最大400°F(204.4℃)50％汽化的 190.2℃ 450°F終沸點最大 572°F損失％最大 1.5殘渣％最大 1.5硫％(重) 最大 0.30ASTM D1266硫醇硫％(重) 最大 0.005 ASTM D1323或D1219(見說明1)凈燃燒熱BTU/1b18,400最小ASTM D240J/kg 42.8×106最小D2382冰點°F(見說明2)雷氏蒸汽壓Lb m 3 ASTM D323芳烴含量％(體積) 5.0 20 ASTM D1319(見說明3)燃燒質量發(fā)光計數(shù) 45最小ASTM D1740(見說明4)銅條腐蝕試驗分級 最大 40 ASTM D1300溫度100℃＝212°F＝18°
時間2h粘度 Cs，-30°F-34.4℃ 最大 15ASTM D445水反應，體積變化(ml) 最大 1 ASTM D1094水反應，界面率評分 最大 1-b ASTM D1094ECS燃料/化合物(O2重％碳酸二甲酯) 2.0％2.0％CMT(克/加侖) 1/8 1/16說明1如果按ASTM D484進行了Doctor試驗且得到結果是負的，可省略硫醇硫的測定。
說明2冰點溫度將至少比最低引擎燃料入口溫度低6°F。
說明3芳烴含量可以達到25％(體積)說明4如果它們滿足下列另外要求或組合要求之一，燃料就是可接受的。
a、在用ASTM方法D1322測定時，煙點不低于25mm。
b、如果燃料在用ASTM D1840方法測定燃料含萘沒有超過3％(體積)時，煙點按ASTM D1322測定不低于20mm。
c、如果用ASTM D1840方法測定萘在燃料中含量不超過3.0％(體積)，在用ASTM方法D1322測定時，由于滿足B項要求遇到意外困難，在必要時最小煙點可以放寬到18mm。
采用芳烴和其它這里提出的方法來調整蒸餾及揮發(fā)性，一般對于Jet A及Jet A-1燃料是受到限制的，但還是有某些適用性的。但是，仍然可以應用于某些有保證的情況。
申請人提出，盡管芳烴化合物在維持燃料穩(wěn)定性及/或改進燃料揮發(fā)性方面有特別的好處，但它們在Jet A或Jet A-1燃料中用于改進溫度是要受到限制的，因為對所述燃料的T-10及終沸點溫度變化只能約100℃在一般與使用芳烴相關的有害條件，如游離碳形成，通過本發(fā)明的實踐得以很大程度的控制時，然而另一方面，這樣的芳烴又傾向于加劇火焰輻射、冒煙及侵蝕彈性材料。因此，它們可能應用的范圍，就應當加以限制或避免。然而，在那些優(yōu)選濃度之外，應用芳烴，仍然還能做到適當?shù)亟档突鹧孑椛浼皽p少排放物等，是本發(fā)明的一種明確的實施方案。
燃氣渦輪燃料油及系統(tǒng)申請人的發(fā)明明確地考慮到了燃氣渦輪燃料油及燃氣渦輪燃料油及其他等的共燃料的應用，包括那些能滿足工業(yè)、瓦斯油渦輪生產、ASTM D2880標準及其它等適宜要求的。ASTM燃料規(guī)格D2880-92，D396及D975(包括未來版)，與以前規(guī)格相關的，有關的ASTM標準、試驗方法，軍用及國際標準都加以引用作參照。
申請人的燃氣渦輪油燃料也同航空噴氣渦輪一樣，降低了碳生成，降低了溫度和具有較高的熱效率。因此，未預料到的輻射能的降低，內套襯溫度的降低及由此瓦斯油渦輪壽命延長是本發(fā)明考慮到了的。另外，由于較高的凈燃燒熱，有用功大大改善也是意外的實踐。
在燃氣渦輪燃料實踐中，與航空噴氣發(fā)動機的相比較，強調的是燃燒效率、低壓力損失、長期耐用性、在寬燃料范圍內排放污物減少，包括所謂“臟的燃料”，灰分沉積及渦輪葉槳腐蝕及其它等。
在申請人的瓦斯油渦輪中考慮到的基本渦輪燃燒系統(tǒng)，包括那些以前在航空噴氣渦輪系統(tǒng)中提出的及那些應用于各種工業(yè)、船舶產生動力場合的其它燃燒器。
因此，燃燒器包括了擴散火焰，催化燃燒器、預混燃燒器，及其它。申請人發(fā)現(xiàn)，催化燃燒器在本發(fā)明的實踐中是理想的。
不同于航空渦輪，重量及緊密程度都不是重要的，因此，長期可靠性及較大單復頭燃燒器的可及性是普通的。
因此無數(shù)在這種應用中考慮到的燃燒/燃料系統(tǒng)包括主區(qū)處于貧氣或燃料不足燃燒的燃燒器、燃燒重質船用燃料的增壓船用渦輪引擎、具有中間燃氣稀釋的高溫燃氣渦輪，具有中間高溫熱交換器的高溫燃氣渦輪，具有中間熱交換器及燃氣稀釋的高溫燃氣渦輪，具有再加熱的高溫燃氣渦輪及其它等。
申請人的瓦斯油渦輪燃料及燃燒系統(tǒng)主要目的在于，改善熱效率、減少有害污染，減少有害灰分沉積及控制對渦輪葉槳的腐蝕。
本發(fā)明的燃氣渦輪燃料油無數(shù)范例包括4個級別的符合ASTM規(guī)格D396及D975的燃料油。其中有No.O-GT級別，它包含了低閃點石腦油。一般與主要用于航空的燃料，尤其像煤油的應用情況，都有共同的相似性，但是對于申請人的燃氣渦輪燃料油的應用有些不同，這些將列舉于后。
但是，噴氣渦輪的燃燒原理及固定的瓦斯油渦輪卻都是相同的。因此也就是說前面所披露的實踐及/或有關航空噴氣渦輪，或列舉披露的或任何其它的燃料，只要是可能應用的，都應當在申請人的燃氣渦輪燃料油的實踐中加以應用。
實施例62一種燃氣渦輪燃料油組合物，包括少部分ECS燃料，優(yōu)選的包含燃燒改進數(shù)量的碳酸二甲酯和燃燒改進數(shù)量的非鉛金屬或化合物，以及大部分的瓦斯油渦輪燃料，從而得到的組合物符合可應用的ASTM D2880、D396及D975標準，包括現(xiàn)在的和未來的。
實施例63按照實施例62，其中得到的組合物中氧濃度范圍從約0.1％至約20.0％(重)，更為優(yōu)選的氧范圍是從2.0％至約6.0％(重)，甚至更為優(yōu)選的是4.0％(重)。
實施例64按照實施例62，其中的終沸點或T-90點溫度降低50°F、100°F、150°F、200°F，以致使燃燒溫度降低。
實施例65按照實施例62，其中終沸點或T-90點溫度降低50°F、100°F、150°F、200°F，以便與存在的ECS化合物組合一起，使燃燒溫度降低。
實施例66按照實施例62，其中的環(huán)結構錳化合物在組合物中的數(shù)量從約0.001至2.00克錳/加侖，0.001至0.5克錳/加侖是優(yōu)選的，0.125至0.375克錳/加侖為更優(yōu)選的。
實施67一種燃氣渦輪燃料油組合物，包括大部分的ECS燃料，優(yōu)選的包含一種燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯和一種燃燒改善數(shù)量的環(huán)戊二烯三羰基錳化合物，以及少部分的瓦斯油渦輪燃料，從而得到的組合物符合可應用的ASTM D2880、D396、D975標準。
實施例68按照實施例67，其中最終組合物的氧濃度范圍在約0.1至約50.0％(重)，優(yōu)選氧范圍為6.0％至40％(重)。
實施例69按照實施例67，其中環(huán)狀結構的錳化合物存在于組合物中，其數(shù)量從約0.0625至3.00克錳/加侖，優(yōu)選0.25至1.50克錳/加侖，也優(yōu)選0.125至0.375克錳/加侖。
實施例70一種ECS燃料及一種從由No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、No.3-GT或No.4-GT組合物的燃氣渦輪燃料組中選出的共燃料，其所組合物的燃料符合ASTM D2880規(guī)格。
實施例71一種含有燃燒改善數(shù)量的環(huán)戊二烯三羰基錳的化合物的ECS燃料，及一種選自No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、No.3-GT，或No.4-GT的燃氣渦輪燃料油的烴類共燃料，其所組合物的燃料中氧含量為4.5％重量百分數(shù)。
實施例72按照實施例71的組合物，其中所說的組合物符合AS/M D2880規(guī)格。
實施例73按照實施例71的組合物，其中所述組合物的終沸點、T-90及T-50點溫度降低至少10°F至50°F，從而改善了燃燒及/或減少了排放污物。
實施例74一種組合，包括一種選自由No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、No.3-GT或No.4-GT組合物的燃氣渦輪燃料組合物的燃料組合物，一種燃氣燃料油渦輪燃燒系統(tǒng)，所述的組合特征在于所述燃料含有燃燒改進數(shù)量的碳酸二甲酯及燃燒改進數(shù)量的環(huán)戊二烯三羰基錳化合物，從而在主燃燒區(qū)內在所述組合物燃燒時減少了碳生成。
實施例75按照實施例74的組合，其中應用了一種燃料霧化方法，使得平均燃料液滴尺寸小于70微米。
實施例76按照實施例74的組合，其中采用了一種燃料霧化方法，使得燃料液滴平均尺寸小于40-60微米。
實施例77按照實施例75-76，其中游離碳生成減少，以致內套襯溫度下降，并伴隨渦輪壽命延長。
實施例78按照實施例74，其組合進一步包括一種降低組合物終沸點、T-90、或T-50、或T-10溫度的方法，使得有害排出物減少。
實施例79按照實施例62-78，其組合物在一種燃氣渦輪火焰筒中燃燒，和渦輪進口燃氣溫度低于650℃。
實施例80按照實施例62-78，其中的組合物在一種燃氣渦輪火焰筒中燃燒，和其中的渦輪進口燃氣溫度低于550℃實施例81按照實施例62-80，其中的組合物是在稀釋區(qū)長度1.4至2.0(1.4至1.6)倍于總火焰筒寬度的一種燃氣渦輪火焰筒(燃燒器)內燃燒的，其中渦輪進口燃氣溫度低于650℃。
實施例82按照實施例62-81，其中的組合物是在稀釋區(qū)長度約1.5倍于總火焰筒寬度的一種燃氣渦輪火焰筒(燃燒器)內燃燒的，其渦輪進口燃氣溫度低于650℃，和其中進口壓力及/或渦輪轉速超過了現(xiàn)有系統(tǒng)2％至10％。
實施例83按照實施例62-82，其中的組合物是在燃氣渦輪火焰筒中燃燒，使其渦輪入口燃氣溫度約550℃，或以下，和其中入口壓力及/或渦輪旋轉速度比現(xiàn)有組合物及燃燒器在同樣條件下所達到的要高2％至10％。
申請人的共燃料及所構成的燃氣燃料油的物理性質一般都與ASTM規(guī)格D2880，D396及D975規(guī)定的那些相同。
例如，燃氣渦輪操作經驗表明，燃料在灰分含量會是有問題的。因此，燃料油灰分的某些化學性質必須加以控制，因為在油的灰分中存在有形成熔渣的物質，會引起必須操作在表面溫度593℃以上的那些渦輪部件上的腐蝕及沉積。低/無灰分燃料是本發(fā)明的明確實施方案。
上述各種級別的ASTM瓦斯油渦輪燃料包括從0-GT至4-GT的級別。級別0-GT包括石腦油、Jet B及其它特征是與煤油及燃料油相比閃點低及粘度低的輕質烴液體。級別1-GT屬于輕質餾份燃料油，適宜用于幾乎所有的燃氣渦輪。級別2-GT是比級別1-GT更重一些的餾份油，能夠用于不要求有級別1-GT那樣的清潔燃燒特征的燃氣渦輪。
對于級別2-GT，可以要求有燃料加熱設備，這取決于燃料系統(tǒng)設計或環(huán)境溫度條件或它們兩者。
另外的燃氣渦輪燃料油級別包括級別3-GT，它可以是比級別2-GT更重的餾份油，或者滿足低灰分要求的殘渣燃料油，或者餾份油與殘渣燃料油的調合油。對于級別3-GT，幾乎每套裝置都要求有燃料加熱。
級別4-GT包括大部殘渣及某些拔頂原油。由于級別4-GT的性質變化范圍寬和缺乏控制，可適當?shù)厥褂们皺z驗一下這種級別燃料的性質。
在本發(fā)明的實踐中，配有不同規(guī)格及以不同牌號銷售的各種不同的燃氣渦輪燃料都是可接受的。但是，那些滿足ASTM規(guī)格D2880規(guī)定的燃料是優(yōu)選的。
本發(fā)明理想的燃氣渦輪共燃料屬于烴類油的均勻混合物，沒有無機酸及無過量固體或纖維等外來雜質，否則必需頻繁地清掃適用的過濾器。優(yōu)選的是，所有級別的渦輪燃料油在正常貯存條件下保持均勻，而不致由于重力使之分離為輕質及重質油成分，從而又使粘度超出級別限制范圍。
申請人的渦輪燃料油應當主要是烴類。也優(yōu)選的是，申請人的共燃料渦輪燃料油是無污物的。在本專利說明書中，污物被認為是外來的致使燃料不太適用或不能適用于所需用途的物質。
為申請人發(fā)明所考慮到的各種級別的燃氣渦輪燃料油，都要符合表2所示的限制要求。級別No1-GT及2-GT的要求大多數(shù)都與ASTM規(guī)格D396的No.1及No.2燃料相對應，和與ASTM規(guī)格D975中的級別Nos1-D及2-D相對應。級別Nos3-GT和4-GT燃料的粘度范圍同ASTM規(guī)格D396中的級別Nos4，5及6號及ASTM規(guī)格D975中的級別No.4-D是并列的。
本發(fā)明的意圖在于，要采用符合ASTM規(guī)格D396及D975要求的燃料。無數(shù)的可接受的燃料實施例包括了符合表2要求的燃料。
表2在監(jiān)視輸送給用戶的時間及地點條件下對燃氣渦輪燃料油的詳細要求性質 ASTM試驗方法C級別DNo.No. No. No. No.
0-GT 1-GT 2-GT3-GT4-G閃點，℃(°F)最小 D93 E38(100) 38(100) 65(130) 66(150)水及沉渣％(體積)最大 D1798 0.050.05 0.051.0 1.0蒸餾溫度℃(°F) D8690％(體積)收集的，最小 …… 282 … …最大 … 288 338 … …運動粘度2mm/gFD455在40℃(104°F)最小 G1.3 1.9 5.5 5.5最大 2.4 41 … …在100℃(212°F) 最大 …… 50.0 50.0拉氏殘?zhí)?，餾出10％D524 0.15 0.16 0.35 … …殘余物計，％(質量)灰分％(質量)，最大D482 0.01 0.01 0.010.03 …密度，15℃，Kg/m3，最大 … 850 876 … …傾點F℃(°F)，最大 D97…-18 -6 ……A為滿足特殊操作條件，在用戶、銷售者及生產廠家之間取得一致可對個別極限要求進行修改。
B具有廢熱回收設備的燃氣渦輪可以要求燃料硫的限制，以預防冷凍及腐蝕。在美國及其它國家選擇的地區(qū)，對環(huán)境限制也可以應用于燃料硫。
C表示的試驗方法是經過批準的參比方法。其它可接受方法表示于6.1中。
DNo.0-GT包括石腦油、Jet B及其它揮發(fā)烴類液體。No.1-GT，一般相當于規(guī)格D396級別No.1燃料及D975級別1-D柴油燃料的物理性質。No2-GT一般相當于規(guī)格D396 No.2燃料及D975級別2-D柴油燃料的物理性質。No.3-GT及No.4-GT粘度范圍與規(guī)格D396級別No.4，No.5(輕質)、No.5(重質)及No.6以及D975級別No.4-D柴油燃料的物理性質相當。
E當閃點溫度低于38 ℃(100°F)或當運動粘度在40℃(104°F)時低于1.3mm3/S或者當兩者條件同時存在，應當詢問渦輪生產廠家關于安全輸送及燃料系統(tǒng)設計方面的問題。
F冷天操作，傾點應規(guī)定低于渦輪操作所處環(huán)境溫度6℃，除非設有燃料加熱設備。當傾點低于級別No.2-GT規(guī)定的-18℃，最低粘度應當是1.7mm3/s及最低90％收集溫度應當放棄。
從渦輪共-燃料中排除非錳金屬是理想的，除非考慮作為一種ECS金屬組分。盡管從腐蝕的觀點來看，在燃氣渦輪燃料油中使用其它較少痕量的某些金屬可能有助于延長渦輪壽命，但是，使用過分低的非ECS金屬水平會限制燃料的使用價值或在材料上增加了它的成本。因此，在本發(fā)明的實踐中，應當不包括上述痕量水平的金屬(除非考慮作為一種ECS金屬)。例如，在燃料瓦斯油No.0-GT至No.3-GT中，釩(除非作為一種ECS金屬應用)應當不超過0.5mg/kg，鈉加鉀(除非作為一種ECS金屬應用)應當不超過0.5mg/kg，鈣(除非作為一種ECS金屬應用)應當不超過0.5mg/kg。也優(yōu)選的是，這些金屬的極限不超過0.05至0.001mg/kg。但是申請人發(fā)現(xiàn)由于ECS燃料的加入，此種危害得到大大緩和。
鉛不是本發(fā)明實踐優(yōu)選的，而且只要可能應當預以排除。但是，由于在上述燃料中正常的輸送，它可以痕量濃度存在于燃氣渦輪共燃料中，只要它不超過0.5mg/kg，優(yōu)選的是0.001mg/kg。
值得注意的是，鈉和鉀可以與釩結合形成低熔合金，在溫度低達566℃即熔化，及/或能夠與燃料中的硫結合，在燃氣渦輪操作范圍內的熔點溫度下產生硫酸鹽。
這些化合物會引起嚴重腐蝕，而且因為燃氣渦輪在燃氣進入溫度達650℃以上操作，一般這時還不使用控制這種腐蝕的添加劑。同樣，鈉加鉀水平必須限制，而且對每種元素都要分別測定。
對于燃氣渦輪，操作在渦輪入口燃氣溫度低于650℃(1200°F)下，由于鈉化合物引起的腐蝕，是不太重要的，而且如果必要，采用硅基添加劑還可以進一步減輕，因而是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
在某些渦輪應用中，鈉可能是有益的，因為它增加了沉積物的水溶解性能，從而使得燃氣渦輪用水沖洗可以更為容易，有利于恢復操作性能。
本發(fā)明實踐中考慮到的是，要采用足夠的鈉加鉀的水平，這是由于降低了采用含ECS的燃氣渦輪燃料的燃氣入口溫度的緣故。
從腐蝕觀點來看，鈣并非有害的，實際上它起著抑制釩的腐蝕作用。但是，鈣能導致沉積物結合堅硬，乃至燃氣渦輪停機時不能自己剝離，而且還不易用水沖洗渦輪除去。由于本發(fā)明有降低燃燒溫度的能力，鈣沉積物還未成為問題。但是，燃料中的鈣濃度不應過高。
沒有申請人的燃燒及溫度的性能，釩能構成如五氧化二釩類的化合物，其熔點691℃，并對于渦輪葉槳上的所有高溫合金都會引起嚴重的腐蝕性的化學反應。如果在燃料中有足夠的鎂，它會與釩結合，形成高熔點化合物，從而有助于降低腐蝕速率。此外，在燃氣渦輪中形成灰分沉積物也是問題。因此，優(yōu)選的實施方案是，在申請人的發(fā)明實踐中降低燃燒溫度至650℃以下。
當存在的釩超過痕量，或者0.5mg/kg以上，或者超過渦輪生產廠家推薦水平時，維持燃料中鎂對釩重量比不低于3.0，以控制腐蝕，仍然是合理的。
甚至，由于本發(fā)明的渦輪入口燃氣溫度在650℃以下，其高溫合金腐蝕不太重要。預防性地使用一種硅基添加劑，通過對釩化合物的吸收和稀釋，進一步降低其腐蝕速率，也是恰當?shù)摹?br> 本發(fā)明的一個明確的目的及優(yōu)選的實施方案在于，運用ECS燃料操作所述引擎，其中的入口溫度被降至650℃或600℃以下。如果情況保險的話，所述的引擎操作在渦輪入口溫度降低至550℃以下，甚至400℃，也是可以接受的。要考慮到的是，這些降低了的渦輪入口溫度是在采用了申請人的ECS燃料及/或降低了終沸點及T-90餾份，用本發(fā)明方法實現(xiàn)的。
這也是一種明確考慮，即可以另外采取渦輪葉槳的膜冷卻(擴散冷卻)，如果必要的話可用以減輕高溫腐蝕。
在本發(fā)明的實踐中，申請人瓦斯油渦輪燃料的優(yōu)選最低閃點為100°F，對于3-GT及4-GT燃料是最低優(yōu)選閃點為130°F。閃點低于100°F及130°F都是可以接受的，但不太優(yōu)選。
申請人的瓦斯油燃料的優(yōu)選傾點是要比渦輪操作下環(huán)境溫度低6℃，除非提供有燃料加熱設備。
殘?zhí)渴窃跊]有空氣存在下所有揮發(fā)成分汽化之后保留在燃料中的含碳物質的一種量度。它是一種燃料在燃氣渦輪的燃燒器中形成碳沉積物趨勢的粗略近似。設計使用級別3-GT及4-GT的燃燒系統(tǒng)對于這個性質都是不敏感的，但是其它燃氣渦輪(包括航空噴氣渦輪)通常都要求有殘?zhí)肯拗?。在本發(fā)明的實踐中，在10％餾出殘余物中發(fā)現(xiàn)的殘?zhí)?，以灰分質量百分數(shù)計(采用ASTM實驗方法)，在No.0-GT及No.1-GT燃料中，一般不應超過0.15。在No.2-GT燃料中不應超過0.35。但是，較低質量濃度是優(yōu)選的。
由于申請人發(fā)明的燃燒速度增加及燃燒溫度較低，使碳沉積物得到了有效的控制。因此燃料中的殘余物濃度超出上述那些數(shù)值很可能是可以接受的，因為它們有害的影響，通過申請人的發(fā)明很可能會被減輕。
在申請人發(fā)明的實踐中，調整蒸餾溫度，這里所涉及的，是特別要考慮的，尤其是這樣的做法結果是降低了終沸點/T-90點、控制或降低了T-50及/或T-10蒸餾分溫度，進而又改善了燃燒，減少了游離碳形成、排放污物及/或冒煙。申請人發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性/蒸餾的改進會進一步減少主燃燒區(qū)內游離碳的生成，特別是在與ECS燃料諸如碳酸二甲酯與有機金屬結合使用時。
在本發(fā)明實踐中，運動粘度應近似于或超過前述ASTM D2880規(guī)格的粘度。
硫通常燃燒為二氧化硫，能被部分氧化為三氧化硫，三氧化硫能與燃料灰分中的鈉及鉀化合物結合，形成硫酸鹽、焦硫酸鹽，以及諸如三硫酸鈉鐵或三硫酸鉀鐵。焦硫酸鹽及三硫酸鹽的熔點在燃氣渦輪操作范圍內。因此，這些化合物對燃氣渦輪葉槳會構成嚴重腐蝕。
從歷史上看已發(fā)現(xiàn)，用限制燃料硫含量的方法防止腐蝕是不實際的，因而這樣的腐蝕要通過限制鈉及鉀來控制。具有廢熱回收裝置的燃氣渦輪可以要求附加的硫控制以預防冷端腐蝕。
然而，在申請人的發(fā)明實施中，限制硫濃度到最大可能程度是理想的。硫濃度低于0.4質量百分數(shù)是理想的。但是，較低的硫濃度，從0.1質量百分數(shù)降至0.05質量百分數(shù)，或更低一些，是更為理想的。這些甚至低到0.01質量百分數(shù)也是優(yōu)選的。燃料無硫或基本無硫是特別優(yōu)選的。
但是，在申請人發(fā)明的實施中，實現(xiàn)了燃燒溫度降低，硫的氧化及相關的腐蝕就不那么顯著了，因而能夠被有效地控制住。因此，如果實際情況有保證的話，較高硫濃度是容許的。
柴油機燃料油及系統(tǒng)如所述的，本發(fā)明考慮了廣范圍的柴油機燃料油及有關系統(tǒng)的應用。無數(shù)柴油機共燃料及組合燃料實施例，包括符合ASTM D975(在此引證以作參照)、工業(yè)、國際規(guī)格及/或EPA規(guī)格、鑒定標準及/或規(guī)則、目前的及將來的、合成柴油機、生物柴油機等的燃料。見表3。申請人的發(fā)明中考慮到的有關柴油機燃料引擎的無數(shù)實施例包括間接注入、改進間接注入及先進點火助推柴油引擎系統(tǒng)、直接注入及其它等等。
表3ASTM D 975柴油機燃料油詳細要求A性質 ASTM 低硫 低硫試驗方法BNo.1-D2-D1-DC2-DC4-DC閃點，℃，最小 D93 3852 38 52 55水及沉渣，％(體)，最大 D17960.05 0.050.05 0.050.05蒸餾溫度℃90％， D86％(體積)收集的，最小 …282D…282D…最大 288 338 288338...運動粘度mm2/s在40℃D445最小 1.3 1.91.31.95.5最大 2.4 4.12.44.124.0灰分，％(質量)，最大D4820.01 0.01 0.01 0.010.10硫，％(質量)， 最大ED2622F0.05 0.05 … … …D129…… 0.50 0.502.00銅條腐蝕評級最大(3h)50℃D130No.3 No.3 No.3 No.3 …十六烷值， 最小GD61340H40H40H40H30H下列性質必須滿足其中之一(1)十六烷指數(shù)，最小 D976F+ 40 40… ……(2)芳烴性，％(體積)，最大 D1319F35 35… ……云點，℃，最大 D2500II I I I蘭氏殘?zhí)吭?0％餾出殘余中，％(質量)，最大 D5240.15 0.35 0.150.35…A要滿足特殊操作條件，買方、賣方及生產廠方間取得一致，可修改個別極限要求B所示試驗方法是經過批準的參比方法。其它可接受方法示于4.1中C級別No.1-D，No.2-D及No.4-D要求含有足量的1，4二烷基氨基蒽醌(蘭色染料)，它的存在是肉眼明顯可見的。D在規(guī)定了云點低于-12℃時，最小閃點應當是38℃，40℃下最低粘度是1.7mm2/s，而最低90％點溫度就放棄了。E其它硫限制在美國及其它國家選擇的地區(qū)可以采用。F這些試驗方法是規(guī)定在CFR40第80部分中的。G在沒有測定十六烷值的試驗方法D613的地方，可以用試驗方法D4737作為近似。H低環(huán)境溫度下及高空條件下操作的引擎可以要求使用較高十六烷估值的燃料。I在全天候條件下規(guī)定低溫性質來保證滿意的操作是不現(xiàn)實的。但是，在大多數(shù)情況下如果云點(石蠟出現(xiàn)點)規(guī)定比在附錄X2中所示美國地方環(huán)境溫度地區(qū)十分之一百分位數(shù)的最低環(huán)境溫度高6℃，應當能夠達到滿意操作。這種指導是一般性的。某裝置設計或操作可以允許較高的或要求較低的云點的燃料。適宜的低溫可操作性應當在燃料供應商及購買方之間取得一致，以便于滿足使用和所期望的環(huán)境溫度要求。
+編輯上的校正本發(fā)明進一步實施方案在于，申請人的燃料包括了未來受到工業(yè)或政府限定的重配方柴油燃料的等級。
因此，本發(fā)明的實施方案在于，組合了ECS燃料及柴油共燃料，以便組合的燃料滿足現(xiàn)在和未來的上述規(guī)格。
在本發(fā)明的實施中，在組合的柴油組合物中Mn的操作范圍可以從0.001至約10.00，0.001至7.0，0.001至5.0，0.001至4.0，0.001至3.5克Mn/加侖。看來，最佳錳水平低于5克/加侖，以那些低于3.0或甚至2.5克Mn/加侖的為更理想的。然而，濃度大于10、12、15、20、22、25、26、27、28、29、30、31、32、35、40、50克Mn/加侖的也是要考慮到的。為了改善燃燒，理想的范圍包括從約0.001至約3.00克Mn/加侖，其它濃度包括那些等于或大于0.015625、0.03125、0.0625、0.125、0.25、0.275、0.375、0.50、0.625、0.75、0.875、1.0、1.125、1.25、1.375、1.5、1.625、1.874、2.0、2.125、2.25、2.375、2.5、2.625、2.75、2.875克Mn/加侖的。理想的范圍包括有從約0.001至約1.50克Mn/加侖。其它理想范圍包括從約0.001至約0.50克Mn/加侖的組合物。較低的濃度范圍從0.001至約0.25克/加侖也是要考慮到的。范圍大于0.0625克Mn/加侖也是要考慮到的。
然而，如上所述，在燃料組合物中的含氧濃度愈高，尤其是對于上等的ECS化合物，可允許的錳濃度就愈高。同樣對于較重的燃料組合物錳的濃可以增加。協(xié)同效應的產生，支持了使用ECS化合物及錳，尤其在T-90點溫度下降的時候。不同的燃料規(guī)格、操作條件、環(huán)境要求及燃燒系統(tǒng)決定最終組合物的結構。
申請人注意到，他的ECS組分在柴油組合物中的理想氧重量濃度，能產生好的結果的，通常都至少超過了1.0％(重)，并且那些等于或超過1.5％、1.75％、2.0％的是理想的。然而，在本發(fā)明的實施中，較低的氧濃度是要考慮到的，包括低于0.01重量百分數(shù)的。
在本發(fā)明的實施中，氧濃度范圍在從0.01至0.5％(重)是可接受的。氧濃度從0.01至1.5％(重)是理想的。氧濃度從約0.5至5.0％(重)及那些略大于1.5％的是更優(yōu)選的。可接受氧濃度的范圍，從ECS燃料構成占相當少的部分，到這種組合物中有較大的百分數(shù)，包括氧重量濃度5.0％、10％、15％、或20％，或更高。在較大的柴油引擎中，包括機車的、船用的及大電站工業(yè)應用，可以預料燃料組合物將含氧濃度2％(重)或以上。在先進的應用中預計沒有最大限制。因此，在本發(fā)明的實踐中，能使得申請人的發(fā)明的好處最大化的氧濃度是要明確地考慮到的。
申請人意外發(fā)現(xiàn)，柴油機排放污物，特別是顆粒物HC、CO及NOx排放物，在實施本發(fā)明中大大減少。這種減少，看來是與本發(fā)明增加了燃燒速度和降低了燃燒溫度密切相關。申請人也意外發(fā)現(xiàn)，由于增加了燃燒速度和較低的燃燒溫度，柴油引擎噪音能得以控制，而沒有損害經濟性及加劇排放污物。
工業(yè)餾份柴油的性質取決于煉油廠所用技術及產出它們的原油的性質。它們之間的差別可能就在于來自生產它們的區(qū)域內或外。這種燃料一般沸騰于163至371℃(325-700°F)之間。它們的性能就是揮發(fā)性、點火質量、粘度、硫含量、比重及其它特性的各種組合。如前所述申請人發(fā)明包括的燃料有低硫組別No.1-D，它是一種專門的輕質餾份燃料，用于要求低硫燃料及要求揮發(fā)性比低硫級別的No.2-D較高的汽車柴油機，和滿足40CFR第80部分的規(guī)則。
低硫級別No.2-D，它是一種一般目的中間餾份燃料，用于要求低硫燃料的汽車柴油機，也適用于非汽車應用場合，特別是變速及變負荷條件。這種級別也是與40CFR第80部分規(guī)則符合。
級別No.1-D及No.2-D，其目的是與低硫的兩個級別的燃料相同，只不過它們的硫含量沒有控制那么嚴格。
級別No.4-D，屬于重質餾份燃料，或者是餾份油與殘渣油的混合物，用于主要為定速定負荷非汽車用的低速及中速柴油發(fā)動機。
C-B型-柴油，用于城市汽車及類似的操作。
T-T型-燃料油，用于卡車，拖拉機柴油發(fā)動機及類同的設施。
R-R型-鐵路柴油發(fā)動機燃料。
S-M型-重餾份及殘渣燃料油，用于大電站及船舶用柴油發(fā)動機可以預料，申請人的柴油燃料的烴族組合物要調制到能最大程度地表現(xiàn)出在點火質量、熱值、揮發(fā)性、比重及氧化穩(wěn)定性等有利的方面，以便對申請人的柴油發(fā)動機的功率、經濟性、磨損、沉積形成、啟動及冒煙等性能產生積極的影響。
由于柴油機燃料是許多各種烴的復雜混合物，實施本發(fā)明中，構成的柴油燃料要最大限度的達到申請人發(fā)明的增加燃燒速度及/或降低燃燒溫度的目的，也是重要的。
應當注意到，應用ECS基礎柴油的實踐通常都改善了點火質量，這又進一步對冷啟動，預熱，燃燒不平穩(wěn)性、加速、在空載及低負荷操作時沉積形成，及排氣冒煙密度等產生積極的影響。對引擎點火質量的要求取決于設計、尺寸、機械條件、操作條件、大氣溫度及高度。但是，增加點火質量超過需求水平并不會大大改善引擎性能。
在實施本發(fā)明中，十六烷值30是理想的。十六烷值40或40以上是優(yōu)選的。特別是對于低硫No.1-D及低硫No.2-D燃料。在實施本發(fā)明中最佳十六烷值是48以上，然而，十六烷值大于60或70是優(yōu)選的。
這也是一種優(yōu)選方案，即在采用低硫柴油級別No.D-1及No.D-2要具有一最小十六烷指數(shù)40(用ASTM D976法測定)，和高的芳烴成分含量限制，芳烴含量不超過35％(體積)(用ASTM D1319法測定)。如前所述，較低芳烴含量是更優(yōu)選的。尤其是那些不超過30％(體積)的，以那些低于20％的更優(yōu)選，那些低于10％的最優(yōu)選。
但是，重要的是，十六烷值不能為了點火應用或十六烷值改善而過分增加，因為這樣會引起顆粒排放物增加而與注入定時無關。點火質量是用ASTMD613法測定，即用十六烷值方法作為測試柴油點火質量的方法。
實施例84一種包含有燃燒改善數(shù)量的ECS燃料(優(yōu)選含有二乙二醇二甲醚或二乙二醇二甲醚)及燃燒改進數(shù)量的環(huán)戊二烯基三羰基錳化合物，和一種柴油燃料基質的組合物。
實施例85按照實施例84的組合物，另外地含有一種燃燒改善數(shù)量的亞甲基二甲醚。
實施例86按照實施例84的組合物，另外地含有一種燃燒改善數(shù)量的二甲醚。
實施例87一種組合，包括一種滿足ASTM975規(guī)格要求的柴油機燃料及柴油機燃燒系統(tǒng)，所說的組合的特征在于所述的燃料含有燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及/或亞甲基二甲醚，及環(huán)戊二烯基三羰基錳化合物，濃度范圍在約0.001至約2.5克錳/加侖；從而組合物的燃料燃燒的熱效率及/燃料經濟性改善。
實施例88No.2號柴油組合物中包含有少部分的燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及環(huán)結構三羰基錳，及大部分的基礎柴油，所組合物的燃料十六烷值42至50(優(yōu)選的實質上要較大一些)、芳烴含量少于28％(體積)(優(yōu)選的是低于20％，更優(yōu)選是低于15％，最優(yōu)選是低于10％)、T-90點溫度560°F至600°F(更優(yōu)選低于540°F、520°F、500°F或以下)。硫含量0.08至0.12％(質量)(更優(yōu)選是0.05％或無硫)、API比重32至37(較高更優(yōu)選)及最低閃點130°F。
實施例89No.1號柴油組合物，含有少部分燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及環(huán)結構三羰基錳，及大部分的基礎柴油，這樣所組合物的燃料十六烷值48至54(更高一些優(yōu)選)、芳烴含量10％或以下(體積)，T-90點溫度460°F至520°F(低于425°F或更低更優(yōu)選)，硫含量0.08至0.12％(質量)(低于0.05％(質量)更優(yōu)選)、API比重40至44(更高更優(yōu)選)、及最低閃點120°F。
實施例90按照實施例88-89，其中燃料符合ASTM D975規(guī)格。
實施例91一種操作柴油引擎的方法，所述的方法包括，采用高壓直接燃料注入系統(tǒng)，注入實施例88-90的燃料(包括一種取代了的No5號重質油)，注入壓力30MPa至120MPa，其中平均蒸汽顆粒大小70微米，更優(yōu)選的是40-60微米，從而燃燒速度增加。
實施例92實施例80-91，其中燃燒系統(tǒng)另外地包含有一種渦輪增壓器，一種ERG系統(tǒng)，和其中的的燃料注入系統(tǒng)應用了傳感器輸入方法，調節(jié)燃料注入速率及/或計時。
實施例93按照實施例80-92，其中得出的排放氣污染物符合U.S.EPA(美國環(huán)保局)及清潔空氣法律的規(guī)定，包括42USC 7545等等。
在本發(fā)明實施中，可以使用點火助劑，單獨地及/或與ECS化合物組合使用，特別是對于要求有較高點火溫度，點火期延長了的燃料。這些助劑包括有二叔丁基過氧化物、烷基過氧化物、烷基過氧化氫、烷基硝酸酯類添加劑包括乙基己基硝酸酯及硝酸異丙酯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁過氧基)己烷、叔丁基異丙苯過氧化物、二(叔戊基)過氧化物、叔丁基過氧化氫、叔戊基過氧化氫及其混合物。
在實施本發(fā)明柴油機中，優(yōu)選的是，只要可能，芳烴濃度及T-90點溫度應當降低。
在申請人發(fā)明的實施中，高混合速率與長點火延遲的組合，只要可能，就應當與預混的、均勻的含ECS燃料結合起來，才是理想的。但是，這樣做不要走至極端，以免由于汽缸壓力增加，引起結構上的問題。
本發(fā)明也考慮到了某些引擎改進，包括改進燃燒室設計，前述的燃料注入計時及特性，鼓風或增壓進氣，尤其是與直接注入引擎結合起來，和使用排氣循環(huán)及排氣后處理系統(tǒng)，包括陷阱、氧化劑陷阱、再生氧化劑陷阱及催化劑。
實施例94一種低排放物No.2級柴油，包括有最低十六烷值52、最大燃料硫350ppm(低于0.05％(質量)更優(yōu)選)、芳烴含量低于30％(體積)(低于15％更優(yōu)選)、燃燒改進數(shù)量的碳酸二甲酯及燃燒改進數(shù)量的環(huán)結構三羰基錳化合物。
實施例95一種低排放污物的柴油，具有最低十六烷值52、最大燃料硫含量低于100ppm、芳烴含量12％、T-90點溫度475°F，溴值0.10，燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯，使含氧量達0.5％至4.0％(重)范圍，及燃燒改善數(shù)量的環(huán)結構三羰基錳化合物。
實施例96按照實施例94-95的燃料組合物，其中苯胺點低于145°F。
實施例97一種低排放污物的柴油，具有最低十六烷值62，最大燃料硫含量0.01％(重)以下，10％的芳烴、41％(重)的烯烴(低于10％的優(yōu)選)、T-90點溫度514°F、溴值0.1、苯胺點145°F以下，燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及/或二乙二醇二甲醚(或二乙二醇二乙醚)、及燃燒改善數(shù)量的環(huán)結構三羰基錳化合物。
實施例98按照實施例97的組合物，其中所述的組合物是在重負荷卡車引擎中燃燒和HC、CO、NOx及顆粒排放物分別為1.3、15.5、4.0、0.1克/制動馬力小時。
在申請人發(fā)明的實施中，其柴油燃料中含有足夠的熱值，能夠在改善熱效率下使柴油機有效運行。燃料的比重/密度，與它的揮發(fā)性一起，提供了關于這種燃料組合物的有用信息，與之相關的依次為它的發(fā)熱值、功率及經濟性、沉積、磨損及排氣冒煙。
一般地講，柴油引擎的功率及經濟性對于揮發(fā)度并非直接地表現(xiàn)敏感，盡管申請人發(fā)明的低揮發(fā)性燃料都有較高的熱值，因而只是間接地影響這些性能因素。另一方面，啟動及升溫將會直接受益于前餾份的高揮發(fā)性，而且在某些發(fā)動機中、沉積、磨損及排氣冒煙將會由于高的90％點及終沸點而加劇的。
因此，在申請人發(fā)明的實施中，明確地考慮到，調整柴油揮發(fā)性，降低終沸點、T-90、T-50、T-10點溫度等，以提高燃燒效率及/或減少有害物排放。降低終沸點及T-90點溫度應是最優(yōu)選的。
本發(fā)明的一種實施方案在于，申請人的燃料包括柴油燃料的排放物符合ASTM、CAA的要求及/或其它政府的規(guī)定，包括現(xiàn)在的和未來的在內。
柴油的粘度能夠影響燃料系統(tǒng)的性能。低粘度會造成某些注入泵的過度磨損和由于泵及注射器泄漏造成功率損失。高粘度會導致過高泵阻力或過濾器損壞。燃料的噴霧特性也會受到粘度的影響。因此，在本發(fā)明實施中，動力粘度在40℃下測定應具有最小值(mm2/s)，對于低硫No1-D，低硫No.2-D、No.1-D、No.2-D、及No.4-D級別的柴油分別為1.3、1.9、1.3、1.9、5.5mm2/s。對于低硫No.1-D、低硫No.2-D、No.1-D、No.2-D及No.4-D的柴油級別最大值分別不應當超過2.4、4.1、2.4、4.1、24.0。但是，應當明確考慮到的是，超出這些范圍的粘度，在本發(fā)明實施中是可以接受的，特別是在與本發(fā)明披露的ECS化合物/燃料及/或機械方法結合一起使用時，是可接受的。
在本發(fā)明實施的燃料中，不含傾點抑制劑，傾點通常是低于云點3℃(5°F)至15℃(25°F)。
在本發(fā)明實施中，最低閃點，對于No.1-D級為38℃，而對No.2-D級及No.4-D級，52℃即是優(yōu)選的。但是在本發(fā)明實施中要考慮在這些溫度之外的閃點。
在本發(fā)明實施中，500ppm的硫含量是可以接受的，但是較低濃度是更為優(yōu)選的。最優(yōu)選的濃度是50ppm或以下。硫重量百分數(shù)在0.05％或以下也是優(yōu)選的。在低硫級別1-D及2-D柴油中要求硫的濃度0.05％(質量)或以下。
在本發(fā)明實施中，10％餾出殘余物中的殘?zhí)?，以質量百分數(shù)計，在No.1-D燃料中不應超過0.15，在No2-D燃料中不超過0.35。但是，較低的質量濃度是更優(yōu)選的。在本發(fā)明的實施中，最大灰分質量百分數(shù)，以ASTMD 482標準，為0.01％，除No.4-D燃料要求0.10％外。較低的灰百分數(shù)是優(yōu)選的。但是，申請人發(fā)明的較低燃燒溫度有傾向緩解與灰分相關的問題。
在本發(fā)明實施中，ASTM銅條試驗應當是最大評估值No.3。
本發(fā)明的實施方案在于，柴油是無水的，或基本無水的，但單獨的燃料/ECS/水注入或乳化液情況除外。
另一優(yōu)選的是，本發(fā)明的申請人的柴油燃料應當減少來自貯存中的氧化產物，這些氧化產物會依次導致沉積物生成、過濾器堵塞以及燃料泵和注射器部件的漆膜生成。
在本發(fā)明的實施中，要考慮的添加劑包括有點火質量改進劑、氧化抑制劑、殺蟲劑、防銹劑、金屬減活劑、傾點抑制劑、破乳劑、冒煙抑制劑、清潔分散劑、電導改進劑、染料、脫冰劑及減少及/或控制燃料注射器沉積物的添加劑。
例如，高分子量的聚異丁烯取代胺衍生物TFA-4681，德克薩斯清潔/分散劑是可考慮的。另外的清潔/分散劑，包括燃料可溶鹽類、酰胺類、酰亞胺類、噁唑啉及長鏈脂肪烴取代二羧酸或它們的羧酸酐的酯類、長鏈脂肪烴(具有一個多胺直接連接其上的)、 由長鏈脂肪烴取代的酚與醛，優(yōu)選的是甲醛，形成的曼尼奇縮合產物，或類似的添加劑是在保持燃料注射器及伐門吸入物清潔的實施中要考慮到的。
冒煙抑制劑，包括鋇有機化合物，特別是碳酸鋇、高堿性磺酸鋇、 N-亞磺?；桨罚约捌渌?，都是可考慮的。
另外沉積物控制添加劑包括一種奧隆耐特化學公司(Oronite Chemical)銷售的稱之為OGA-480的聚醚胺、乙基公司銷售和稱之為HITEC4450的多烯基丁二酰亞胺，及由奧隆耐特化學公司銷售稱之為OGA-472的聚異丁烯胺及其它等。
有關柴油燃料添加劑實施例按類別及功能列于表4中。對于任何可使用各式各樣添加劑的系統(tǒng)，要當心和避免添加劑間互不匹配性及未料到的相互作用，以免產生對燃料的不利影響的問題。
表4 商業(yè)柴油添加劑-功能及類型功能或類型 常用添加劑類型1、點火質量改進劑-提高烷基硝酸酯十六烷值，促進快速啟動及較少冒白煙2、氧化抑制劑-使氧化、烷基胺及含胺類絡合物膠質及沉淀生成最少，延長貯存壽命3、殺蟲劑-抑制嗜食烴 硼化合物，乙二醇醚類，季胺類細菌及真菌生長，有助鹽化合物類于防止這些微生物引起的過濾器堵塞4、防銹劑-使燃料系統(tǒng) 有機酸及胺鹽類、廣泛使用及貯存設備中銹生成最少的類型是基于亞油酸二聚物的5、金屬減活劑-使有強氧N，N’-二亞水楊基-1，2
化催化劑作用的銅離子失 -丙烷二胺去活性6、傾點抑制劑-通過調整 一般由聚烯類、 乙烯-醋酸石蠟結晶生長、結構及/或 乙烯共聚物及乙烯-氯乙烯聚集，使傾點降低，改善低共聚物溫度流動性。
7、破乳劑及防混濁劑-表面活性材料，能增加油/防止水與餾份燃料分離，防水分離速率，通常是十分止混濁。復雜混合物8、冒煙抑制劑-使排氣冒煙催化劑類型一般屬于高堿最少，起著催化含碳物質更性鋇化合物。采用清潔劑完全燃燒或幫助維持噴霧的有助于維持噴霧方式方式。
9、清潔/分散劑-促進引擎 這些一般都是表面活性燃料系統(tǒng)清潔，有助防止噴劑。通常是含胺及其它功嘴沉積物形成和注射器發(fā)粘， 能團的聚合物干擾沉淀物聚集，從而維持最佳過濾特性。
10、電導改進劑改進靜 胺鹽、金屬鹽、及聚合化電負荷逸散性。
合物11、染料-各種識別的目的 油溶性固體或液體染料包括納稅狀態(tài)。
12、除冰劑-降低少量水結 低分子量醇類(乙醇、異丙冰點溫度，防止燃料管線堵醇及/或甲醇)及乙二醇單塞。甲醚或二乙二醇單甲醚注某些物質也可以在市場上以多功能或多用途添加劑，起著一種以上功能的添加劑銷售。
本發(fā)明實施中，推薦在環(huán)境溫度-7℃(+20°F)以上時使用No.2-D或與它的低硫相當?shù)娜剂?。在非常低的溫度時，推薦使用No1-D或與它的低硫相應的燃料，它們通常形成較少的石蠟結晶，因而有非常低的云點及傾點。
在本發(fā)明的實施中，也推薦適用冬季的或全天候的No.2-D燃料。這類燃料可以通過用No.1-D或煤油稀釋No.2-D，降低云點及傾點達到要求的方法配制。優(yōu)選的是，其云點(或石蠟出現(xiàn)點)應當是在使用地區(qū)節(jié)十百分位數(shù)制的最低環(huán)境溫度以上6℃(10°F)。
在本發(fā)明實施中，傾點抑制劑、流動改進劑或石蠟改進劑，都可用于改變石蠟結晶的大小及/或形狀，因而最大限度地減小了冬季氣候的麻煩。添加劑的類型及濃度對于某一具體的燃料必須要最佳，而且必須在云點溫度以上使添加劑在燃料中充分地混合。因此，這樣的添加劑由燃料供應商混合比由設備用戶混合更為有效。這些添加劑不會降低云點，但能夠降低由于石蠟結晶生成堵塞燃料過濾器的溫度。
通常與影響排氣污染物最相關的燃料性質是芳烴含量、揮發(fā)性、比重、粘度、十六烷值及特種元素(如氫及硫)的存在。增加芳烴含量，則產生增加(特別是可溶有機顆粒)了的顆粒的排放物及烴排放物。
但是，應用申請人的發(fā)明，用CMT去增大燃燒速度及/或降低燃燒溫度，從而使與令人厭惡的排放污物，包括與柴油芳烴相關的大部分燃料性質的麻煩得以大大緩解，這是在申請人的意見中可能說得最多的了。參例如“燃料性質對柴油引擎排放污物的影響-供EEC-MVEG集團的信息綜述”SAEpaper910608，3/1/91。
在本發(fā)明實施中，緩和柴油烴類排放物是一個具體的目的，因為申請人并不相信，在此技術領域的人員對柴油HC排放物的光化學反應活性都是充分了解的。
較低蒸汽壓的成分的較高餾出溫度(例如T-50、T-90點)一般都導致較多顆粒排放物，盡管對芳烴含量及揮發(fā)性有各種典型的改變，揮發(fā)性的影響通常是小的。燃料的比重、粘度、十六烷值及氫含量通常是與揮發(fā)性及芳烴含量相關連的。
在申請人發(fā)明實施中，發(fā)現(xiàn)了采取保持局部碳/氧比低于0.5，作為另外地控制顆粒排放物的方法是理想的。
在本發(fā)明的實施中，要考慮先進潤滑油及工藝作為另外一種降低顆粒排放物的方法。
工藝上認為，對燃料性質進行調整，是不會使NOx及CO排放物受影響的。但是，正如申請人發(fā)明披露的那樣，由于它提高了燃燒速度和降低了燃燒溫度，意外地減少了NOx及CO兩種排放污染物。這是另外一條實質性的不同于現(xiàn)有技術之處。
實施例試驗為了說明本發(fā)明的特性及目的，申請人進行了一系列汽油燃料試驗。(申請人提示，這些實施例試驗在火花點火內燃機中進行，但是，本發(fā)明主要之點，即那些導致燃燒速度增加及燃燒溫度降低的要點，都是可以轉移應用到申請人考慮到的所有的燃燒系統(tǒng)中去的，如下所述。)實施例試驗燃料A.甲醇燃料 每立升0.033025克MMT的錳的組合物，5％(體積)甲醇及5％(體積)乙醇及無鉛基礎汽油。
B.異丙醇/己醇燃料 每立升含MMT的0.033025克錳，10％異丙醇及10％己醇(體積)，及無鉛基礎汽油。
C.MTBE燃料每立升含MMT的錳0.033025克，4.6％(體積)碳酸二甲酯(DMC)及無鉛基礎汽油。
D.DMC燃料每立升含MMT的錳0.033025克，4.6％(體積)的碳酸二甲酯(DMC)及無鉛基礎汽油。
E.甲縮醛燃料(此后稱METHYLAL燃料)每立升含MMT的錳0.033025克，7.2％(體積)的甲縮醛，及無鉛基礎汽油。
F.THF燃料，每立升含MMT中的錳0.033025克，1.6％(體積)四氫呋喃，及無鉛基礎汽油。
G.高錳(Mn)燃料，每升含MMT中的錳0.5284克，5％(體積)甲醇，及無鉛基礎汽油。
H.錳燃料 每升含MMT中的錳0.033025克，和無鉛基礎汽油。
I.基礎燃料 無鉛基礎汽油，清潔燃料。
試驗方法在有350CID V-8引擎的1988 Chevrolet C1500pickup卡車中進行上述實施例燃料試驗，此系統(tǒng)還具有喉體燃料注入系統(tǒng)及氧閉路傳感器燃料控制。引入這種氧傳感系統(tǒng)，提供了調整化學計量、補償各種試驗燃料所需氧量變化的方法。這種特點消除了由于氧含量差異易于生成HC及NOx排放物的傾向。換句話說，由于高氧含量的燃料試驗，傾向于貧燃料燃燒，不一定會表面出此燃料含氧少或無氧時有好或差的污染物排放。
每次燃料試驗前，引擎頭及伐門都經過清掃，還裝上一組新的氧傳感器及新的火花塞。
每種燃料都用做兩組(2)主要試驗。第一試驗(稱“試驗一”)間隔40小時，穩(wěn)定狀態(tài)、1000r.p.m及無負載下測定HC及NOx排放物。無負載、穩(wěn)定狀態(tài)試驗的目的在于誘導惡劣情況下烴類(HC)排放物隨時間的排放情況，如產生氧化錳狀況。眾所周知，低載、空運轉條件是最重的加劇氧化物形成的條件，但是它轉化為HC排放物增量中，并隨時間而改變。因而，這樣就加速了試驗Mn氧化物形成和因此使HC排放物量減少。
每次引入新燃料之前，用基礎燃料(“清潔燃料”)處理運轉此清潔引擎，直到排氣污物穩(wěn)定。一般需要大約3至6小時的穩(wěn)定態(tài)操作。利用貝克曼(Beckman)排氣污物分析器定期測定烴類及NOx排放污染物。表5列出了試驗結果總結。
第二試驗(“試驗二”)，用同樣的燃料，在同一引擎上趁熱在第一試驗之后立即進行。第二試驗采用靜底盤拉力計上的車輛進行。在50mph(80.5公里/小時，“kph”)、變化負載條件下如從15至24指示小時馬力(ihp)，進行試驗測定。此試驗測定了燃燒溫度、燃料經濟性、HC及NOx排放的變化。試驗被設計成為能表現(xiàn)熱效率改善情況，然后再將其轉化為燃料經濟性及排放物改善。參見圖1-圖6中有關試驗結果總結。
表5分析表5列出了試驗一關于HC排放結果。表5表明清潔燃料HC有中等程度的增加。這是由于低載空轉的試驗一條件下汽缸壁等上烴類正常沉積的表現(xiàn)?；A燃料結果提供了與其他燃料比較的標準。HC排放物增加超過這個標準就是由于在錳燃料復蓋有氧化錳的原因。
表5表明，除申請人的ECS燃料以外，所有的錳燃料都有比清潔基礎燃料較高的HC增加及/或較高的后期總HC量。最高增加的是高錳燃料。
相反，異丙醇/己醇、甲醇、甲基叔丁基醚、甲縮醛及DMC燃料，都沒有表現(xiàn)出錳燃料(3390ppmc)(D欄)的高HC排放水平。它們的HC排放水平對于甲醇及異丙醇/己醇分別地大大低于從2953至2024ppmc(D欄)。令人驚訝的是，異丙醇/己醇、甲醇、甲基叔丁基醚、甲縮醛及DMC的烴類排放(D欄)也完全低于基礎(清潔)燃料(3076ppmc)。
因而，表5表明，對于ECS燃料的HC排放物的增量是被大大地降低了。換句話說，ECS燃料的HC排放污物情況比基礎燃料好。這是由于它們改善了熱效率及燃燒效率的緣故。
申請人提出，他的ECS燃料乙縮醛及DMC實際上在整個試驗中都表明HC排放物減少。意味著隨著時間，HC排放物實際上改善了。這是任何已知情況下不尋常的結果。
申請人注意到，試驗的后20小時，HC排放物的變化(B欄)是明顯的預期錳燃料氧化物沉積的標志。錳、高錳及THF燃料都表現(xiàn)出后期HC排放物(D欄)(分別為3390、6554、4130ppmc)明顯地高于基礎燃料(3067ppmc)。
總之，錳、THF、高錳試驗燃料表明氧化物沉積和明顯地表現(xiàn)出隨時間HC排放物有較高的增加。相比之下，申請人的ECS燃料卻沒有表現(xiàn)出這樣的增加，表現(xiàn)沒有錳氧化物的沉積。
表5試驗一結果總結錳沉積現(xiàn)象在錳存在下隨時間烴排放物增加情況A B C D燃料HC變化 總HC 后期平均階段后20小時(1) 變化(2) HCppm(3)基礎油38％45％3076(15小時)錳41％31％3390(16小時)THF 41％55％4130(14小時)高/Mn 31％1310％ 6554(12.5小時)ISO/HEX 15％10％2024(16小時)MEOH 15％24％2953(16小時)MTBE 4％ 17％2400(16小時)甲縮醛(9％) (15％) 2600(16小時)DMC (25％) (16％) 2417(16小時)注(1)此欄代表試驗一后一半HC排放物變化％。
(2)此欄表示在整個試驗期間HC排放物總變化％。
(3)表示更為穩(wěn)定的后期HC排放物的平均值。平均值按試驗最后的小時數(shù)計，如所標記。
試驗二圖1至圖6的描述圖1燃燒溫度差異。此圖比較錳、基礎油、甲醇、甲基叔丁基醚、甲縮醛及DMC燃料的引擎排氣溫度“EGT”與引擎負載函數(shù)關系。試驗二將引擎置于負載50mph的條件下，以得出按引擎排氣溫度“EGT”測定的燃料燃燒溫度差。
在15ihp下，基礎燃料及錳燃料都一樣為707°F(375℃)，而DMC、甲醇及甲縮醛燃料分別為717°F(381℃)、722°F(383℃)及724°F(384℃)，均很靠近。甲基叔丁基醚燃料，是在16(ihp)下測定為749°F(398℃)。因而，基礎燃料及錳燃料在15ihp下排放氣溫度低于DMC10°F，低于甲縮醛17°F，低于甲基叔丁基醚(外延的)34°F。在15ihp負載下，甲醇、DMC、甲縮醛比基礎燃料及錳燃料有較低的溫度。在負載大于約16.5ihp下，甲基叔丁基醚料有較低的溫度。因而在適度低的負載下基礎燃料及錳燃料均明顯地具有較低的溫度。
由于負載增加到15ihp以上，對于錳及基礎燃料，溫度增加很快。錳燃料的溫度增加得最高。例如在20ihp下，基礎燃溫度在828°F(442℃)和錳燃料的延伸溫度在同樣ihp下為860°F(460℃)。
對比之下，MEOH、MTBE、METHYAL及DMC燃料具有較低EGT增加速率。例如，在24ihp下，MEOH、METHYLAL及DMC燃料EGT分別為785°F(418℃)、795°F(424℃)及798°F(426℃)，緊緊地靠近一起。同樣地，MTBE表現(xiàn)出甚至更低的增加速率，在22ihp下778°F(414℃)。
圖1最重要的方面在于強烈地表現(xiàn)出MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料比基礎燃料或錳燃料在達到臨界負載15.5至16.5ihp之后，具有顯著的較低溫升。例如圖1表明在20ihp下錳燃料的EGT高于MEOH燃料EGT104°F(40℃)。另外，圖1表明含有錳及一種含氧化合物(即MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料)兩者的燃料也具有比基礎燃料明顯地低的燃燒溫度。例如MEOH燃料比基礎燃料的溫度低72°F(22℃)圖1表明越高的負載，兩類燃料間的EGT差異越大。圖1表示在負載條件下，含氧ECS基礎燃料意外地使燃燒溫度降低。
圖2
燃燒溫度與烴排放量此圖表示試驗二的烴排放物與引擎燃氣溫度(EGT)的函數(shù)關系，表現(xiàn)了HC排放物與引擎燃氣溫度是直接相關的。對于MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料這種關系最為明顯。圖2表明，對于各種含氧化物的燃料，其HC/EGT變化速率要高于無含氧化合物燃料的HC/EGT的變化速率。圖2表明某一給定含氧化合物的燃燒溫度越低，HC排放物越少。
圖2是值得注意的，因為它表現(xiàn)了所有燃料對于改變燃燒溫度對烴排放物變化的敏感性。值得注意的是，基礎燃料及錳燃料并不十分像含有氧化合物ECS基礎燃料那樣的敏感。
圖3燃燒溫度及NOx排放量。此圖表明NOx排放物與EGT有函數(shù)關系。圖3，同圖2一樣，表現(xiàn)了對于MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料的NOx與EGT之間有直接及明顯的關系。此圖清楚表明在較低的EGT，特別是對MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料，NOx排放物比基礎燃料及錳燃料的要低很多。
圖3也值得注意，因為它表現(xiàn)了含氧化合物基礎的ECS燃料對于NOx排放物隨燃燒溫度改變而變化的敏感性。應當注意的是，基礎燃料及錳燃料，也同HC的情況一樣，是不敏感的。但是，含氧化合物ECS基礎燃料在表現(xiàn)出燃燒溫度降低的時候，未曾料到地還表現(xiàn)出NOx排放量減少。
圖4指示燃燒速度。此圖是間接地通過燃料經濟性的測定來量度燃燒速度的。在此行業(yè)之中，眾所周知，燃料經濟性增加，在沒有熱值BTU提高時，是一種火焰速度可能變化的間接象征。圖4表明，燃料經濟性，以每加侖英里路程計(“mpg”)(或每立升0.42566公里計，“KPL”)，是隨負載(ihp)而變的。圖4表明，在變負載條件下基礎燃料與含氧化合物燃料間燃料經濟性(“FE”)的差異是顯著的。在中等負載的條件下，對于MTBE大致低于，12.5ihp，對DMC為14.5ihp及對MEOH/METHYLAL為16.0ihp，基礎燃料表現(xiàn)有優(yōu)異燃料經濟性；但是，在負載大致高于13.0至16.0ihp時，MTBE、DMC、METHYLAL及MEOH的燃料經濟性卻意外地增加了。
同在圖1中觀察到的排出燃氣溫度差異的情況一樣，一旦超過了臨界負載，對ECS燃料燃料經濟性會大大增加?？梢钥闯?，基礎燃料在20ihp時的燃料經濟性為13.2mpg(5.619KPL)，相比之下，對于METHYLAL、MEOH、DMC及MTBE的燃料經濟性則分別為15.7mpg(6.683 KPL)、15.9mpg(6.768KPL)、16.5mpg(7.0234KPL)及17.2mpg(7.321KPL)。
這些材料比基礎燃料的燃料經濟性，在中等至適當高負載條件下，要改善約19％的30％之多。因此，含有METHYLAL、MEOH、DMC及MTBE的含氧化合物ECS基礎的燃料，在負載高于約15ihp條件下，表現(xiàn)出顯著的及未能預料到的燃料經濟性的提高。
圖5燃燒速率與HC排放量。此圖表明HC排放量隨燃料經濟性改變，亦即隨指示燃燒速度而變化。圖4表明在提高燃燒速度與改善HC排放物間有強相關性。圖5清楚表明，對于METHYLAL、MEOH、DMC及MTBE，燃燒速度的增加都促進了HC排放物改善。這種關系對甲醇燃料是最為明顯。
圖5值得注意，因為它表明了含氧化合物的ECS基礎燃料的烴類排放物隨燃燒速度改變而變化的敏感性。應當注意，所有的燃料都顯示出HC排放量隨燃燒速度增加而改變的有利關系。但是，基礎燃料卻對HC改善不太敏感。甲醇看來敏感性最高。因而，由于ECS基礎的燃料而使燃燒速度增加的關系又促進了HC排放物的改善。
圖6燃燒速度與NOx排放量。此圖表現(xiàn)NOx排放量隨燃料經濟性的變化。此圖表明了在增加指示燃燒速度與改善NOx排放量之間非常強的相關性。這種相關性對于含氧化合物燃料存在，但對基礎燃料卻并不顯著。
圖6特別值得注意的是因為它表現(xiàn)了含氧化合物ECS燃料的NOx排放量隨燃燒速度改變的敏感性。應當看到，除了基礎燃料似乎不隨之變化之外，所有的燃料都顯示出NOx的改善隨燃燒速度增加而變化的有利關系。這種ECS含氧化合物燃料看來敏感性非常高，甲醇的敏感程度也是比其它幾種要略高一些。
圖1-6的總結這些圖清楚表明，燃燒溫度降低會導致排放污物減少。燃燒溫度降低與燃燒速度增加結合起來，控制住了有害排放物。這些圖表明，在負載達到一個臨界負載15ihp之后，申請人發(fā)明的好處才最明顯。
圖7
圖7表示了由于為改善MTBE/Mn燃料的燃燒加入MTBE/含氧化物及調整中間餾程及終沸點餾份而得出的不同蒸餾曲線。圖7表明損害了熱驅動能力的MBTE/氧燃料的中間蒸餾區(qū)間(稱之為技術貧油區(qū))。它表示了校正了的中間餾程以避免損害驅動能力，及含MMT至1/32克錳的，其中T-90點溫度降低了的燃料終沸程區(qū)。
圖7表示了對于含氧1.5％至2.7％(重)的DMC及含1/32克錳/加侖MMT而未使催化劑監(jiān)視器OBDII失靈的MTBE燃料的最佳T-10、T-90及T-50點蒸餾溫度。圖7表明，DMC一般具有很寬的T-10、T-50及T-90溫度。例如DMC′的T-90上限是410°F，而MTBE的T-90上限溫度一般在275°F以下。
T-50點溫度對于DMC與MTBE相比，同樣也是寬的，DMC的T-50溫度范圍從250°F至150°F，而MTBT的范圍為200°F至180°F。T-10點對DMC沒有下限，但MTBE卻為80°F。
汽油組合物在申請人發(fā)明中考慮的車用汽油包括有傳統(tǒng)的無鉛的、重配方無鉛的汽油、低雷氏蒸汽壓燃料及其它等。無數(shù)有關汽油引擎/燃料系統(tǒng)實施例包括汽化器、改善汽油、多管進料/注入、直接注入、直接注入分層進油、提前分層進油及其它等。應當考慮到，申請人的車用汽油是要用于有排氣管催化劑、嚴格排放物控制系統(tǒng)及其它等的燃燒系統(tǒng)(包括三通系統(tǒng))。
申請人發(fā)明的特別目的之一是采用排放物催化劑、OBDII型催化劑效率監(jiān)視器及相關排放物控制系統(tǒng)方法，這些東西在有錳存在的燃燒排氣中操作，不應受到損害。
另外的目的是要讓汽油引擎運轉在最低限界負載下操作，這樣有助于申請人發(fā)明的優(yōu)點見效。例如，申請人發(fā)現(xiàn)，在應用ECS化合物及少量金屬，即錳時，在負載達到至少12.5ihp至16.0ihp之后，最佳燃料經濟性及溫度降低才會開始出現(xiàn)。
申請人的共燃料汽油應當構成為最大可能地使有害污物減少。因此，硫濃度應趨于無硫水平，只要可能，有害重質芳烴(在本發(fā)明實施中它們的影響都大大地被緩減輕了)應盡實際可能地減少。共燃料應當盡可能地配方做到減少揮發(fā)性有機物(VOC)、NOx、苯、丁二稀、甲醛、乙醛及多環(huán)有機物。在復雜模式下配制的重配方汽油是要明確考慮的。
申請人發(fā)明的一個重要實施方案，是由于它燃燒的性質，它有超潔凈燃燒排放物的水平。因此，除減少大部分有害排放物外，避免目前需用洗滌劑保持吸氣管伐清潔引起的燃燒沉積物，是本發(fā)明的一種實施方案。
本發(fā)明的另一種實施方案在于減少了顆粒物PM10，這種顆粒物被認為是由于重質芳烴引起。申請人發(fā)明對于減少這種顆粒物是有效的，這也是由于進行了獨有的燃燒。
實施例98a一種運作汽油內燃機的方法，所述的方法包括用一種燃燒改進數(shù)量的ECS化合物及一種燃燒改進數(shù)量的MMT或其它金屬與常規(guī)的、非常規(guī)的、或重配方的汽油混合；在所述引擎中燃燒所述燃料，引擎負載至少12.5ihp(16.0ihp更優(yōu)選)，從而燃料經濟性增高。
實施例98b按照實施例98a，其中的負載達約20ihp，燃料經濟性提高5％至30％及/或燃燒溫度降低50°F至100°F。
實施例98c按照實施例98a，其中所述燃料含氧(重量)0.05％至3.7％，由MTBE、ETBE、DMC、甲醇、乙醇、或甲縮醛，或混合物提供氧，和含有1/64至1/4克錳/加侖的MMT；和其中的引擎是操作在負載16ihp以上；從而燃料經濟性得以提高和/或燃燒溫度下降。
本發(fā)明的另一目的是，通過調整T-90點及/或終沸點餾份來提高燃燒速度、降低燃燒溫度，增強燃燒、改進行程數(shù)、改善驅動能力及/減少有害燃燒排放物。
控制中間沸程蒸餾溫度，改善燃燒也是本發(fā)明的另一目的。T-10的調整以增強本發(fā)明的特點仍然也是本發(fā)明的另一目的。
RVP(雷氏蒸汽壓)降低是要考慮的，優(yōu)選的是，申請人的汽油一般都是有較低的PVP值燃料，4.0至12.0psi，更優(yōu)選是4.0至9.0psi，4.0至8.0psi，4.0至7.5psi，6.0至7.0psi，6.0至6.5psi，1.0至6.0psi，1.0至3.0psi，1.0至2.0psi，或更低?？紤]到的RVP包括6.4、6.9、7.0、7.1、7.2(最大)、7.3(最大)、7.4(最大)、8.3(最大)、7.8、7.9、8.0、8.1(最大)、8.2(最大)、8.3(最大)。
如前所述，本發(fā)明的主要目的是降低燃燒溫度。據(jù)報告，汽油的燃燒溫度是2102℃(J.B.Fenn“第四屆燃燒會議論文集”BaltimoreP231(1953)。因此，很明確地考慮到的在這里指的是，通過一種或多種手段使燃燒溫度降低至少25°F、50°F、100°F、125°F、150°F、200°F、250°F、300°F、350°F、400°F或更多。
在本發(fā)明T-10、T-50、T-90溫度降低或控制的實施中，消除汽油中低蒸發(fā)潛熱及/或低燃燒速度的組分是明確考慮到的。
汽化潛熱150btu/lb或860btu/gal及低一些的高沸組分應當從汽油組合物中減少或除去是理想的，只要能實際做到。
優(yōu)選的是，汽油組合物中最后烴類部分應具有平均汽化潛熱高于150btu/lb或860btu/gal，更優(yōu)選的是，160、170、180btu/lb，如果實際能做到的話。
申請人發(fā)現(xiàn)，調整導致較高汽化潛熱的做法通常能夠做到不損失燃料的發(fā)熱值。通常發(fā)熱值會上升。
優(yōu)選實施的是先除去較高沸點的物質(具有低的汽化潛熱及/或低的燃燒速度)直到所述的無氧/金屬的烴類組合物平均汽化潛熱等于或高于880、890、900、905、910、915、920、925、930、940、950、970、990、1000、1050、1100、1200btu/gal。理想的是，它高于900-910 btu/gal或更高。920btu/gal甚至更優(yōu)選。然而對于所述基礎(共燃料)組合物的汽化潛熱沒有上限，只是由經濟成本及其實際考慮來控制。
另一方面，可以接受的是，降低終沸點及/或T-90點溫度，要降低到使調節(jié)后的燃料平均汽化潛熱高于未調節(jié)的基礎燃料的0.5％至10％或更高。增高1％至20％、40％、或更高也是理想的。
在傳統(tǒng)的燃料中，一般優(yōu)選的是，由于降低終/T-90溫度及/或控制T-50、T-10溫度(而不采用ECS化合物或恒沸共溶劑)使得平均汽化潛熱最小增加，而在這樣情況下，添加1/32克錳/加侖的MMT就改善了同樣含MMT而未調整T-90溫度的燃料的燃料經濟性。在這樣情況下T-90點溫度降低通常要求在調與未調燃料之間要差異最少50°F。
申請人發(fā)現(xiàn)可接受的T-90溫度范圍為240°F、250°F、255°F、260°F、265°F、270°F、275°F、278°F、280°F、285°F、290°F、295°F、300°F、305°F、310°F、315°F、320°F、325°F、330°F、335°F、340°F、345°F。在此范圍之外的溫度也是可考慮的。但溫度280°F以下通常是優(yōu)選的。
最終溫度是改善汽化潛熱及/或改善燃燒速度的函數(shù)，是通過降低的方法得出的，但它又取決于基礎燃油。改進各種不同的燃料(及烴類油流)將引出不同的反響。因此，降低T-90點溫度的實際數(shù)值各不相同，這是可以預計到的。
實施例99一種常規(guī)的或重配方的汽油組合物，其中切去較高沸點燃料餾分，而使汽油終沸點及/或T-90點溫度降低；從而切得的清潔燃料的平均汽化潛熱比未切割的清潔燃料的高至少0.5％和更優(yōu)選1.5％，或更高。
實施例100按照實施例中99的方法，其中加入有1/32克錳/加侖的MMT，表明切割組合物的燃料經濟性比沒有經過切割的燃料(包含金屬)的有所提高。
實施例101按照實施例方法99，其中含金屬經切割的燃料在燃燒后，其排氣通過裝有0BDII型催化劑監(jiān)視器的排氣管催化劑而排出，從而使沉積在催化劑沖洗涂層上的錳氧化物完全得以控制，而催化劑監(jiān)視器還未失效。
實施例102按照實施例99-101方法，其中含氧ECS化合物添加至基礎燃料中使氧含量達0.5％至2.7％、3.0％、3.5％，其中得出的T-50溫度超過155°F、170°F(175°F是理想的)，但低于220°F和因此T-90溫度在不存在含氧化合物時不超過300°F，和更優(yōu)選的是低于280°F、275°270°F。在燃燒后，排出物穿過裝有OBDII型催化劑監(jiān)視器的排氣管催化劑，在催化劑沖洗涂層上氧化錳沉積受到充分控制(或實際上不存在)，而所指的監(jiān)視器并未失效。
實施例103按照實施例102，其中所述調整及未調整的汽油都含有MTBE的氧1.0％至2.0％(重)和具有錳濃度0.001至0.03125克錳/加侖的環(huán)結構三羰基錳，從而使降低了沸點溫度的燃料經濟性改善，超過了沒有調整的燃料。
實施例104按照實施例99，其中調節(jié)過的重配方汽油的T-90溫度大約為260°F至280°F或以下。
實施例105按照實施例103-104，其中的MTBE全部或部分用碳酸二甲酯取代。
限制稀烴是理想的，可以減少冒煙。而且，限制雷氏蒸汽壓(PVP)例如低于8.0、7.5、7.0、6.8、6.5、6.2、6.0、5.8、5.6PSi或更低和硫濃度低于0.002(重)％(包括無硫組合物)，和環(huán)烷烴低于7％(體積)(或低于0.5％，如可能)都是要考慮到的。
在本發(fā)明實施中，應當考慮到，汽油燃料包括那些一般符合ASTM D4814及相關規(guī)格、EPA的簡單及復雜模式的重配方汽油(“RFG”)、滿足清潔空氣法律42USC 7545§211(K)的規(guī)格、RFG許可標準(在此結合參考)、EPA許可規(guī)格滿足42USC 7525§206、任何現(xiàn)在的及未來的其它法律或工業(yè)標準的燃料。
因此，申請人的組合物滿足現(xiàn)在的和所有將來的CAA及/或EPA環(huán)境/排放物標準，包括組合物和性能指標，這是本發(fā)明的一種實施方案。
在本行業(yè)中關注的有些排放物是揮發(fā)性有機化合物(VOC)，它們導致低空臭氧形成。VOC主要是通過蒸發(fā)排放物發(fā)散出來的。排氣VOC主要歸因于非常少量的VOC排放物。
主要關注的排放污物還包括毒性的及NOx排放物。在本發(fā)明范圍內，所述的VOC、毒物、NOx、及其它受控制的排放物都是按照EPA的定義加以限定的。
但是，最為關注的排放物是有毒排放物，本發(fā)明卻使之意外地減少了，以質量計，減少了大約為5％或以上，超過傳統(tǒng)汽油或其它重配方汽油。這是最為沒有預料到的發(fā)展。例如，據(jù)發(fā)現(xiàn)，當烯烴減少及T-90點溫度降低時，在MTBE存在情況下，1，3丁二烯水平(一種受管制的毒物)增加了。此外，還發(fā)現(xiàn)，隨著芳烴含量降低及/或添加MTBE時，甲醛排放污物實際上增加了。另外，已發(fā)現(xiàn)，芳烴減少時，乙醛也增加了。
例如，據(jù)發(fā)現(xiàn)，MTBE體積百分含量從0％增加至15％(體積)，甲醛排放物增加26％。降低芳烴從45％至20％，1，3丁二烯增加11％，而甲醛增加23％，乙醛增加19％。
最不幸的是，由于為了滿足復雜模式要求，煉油者必須引入含氧化合物、MTBE是煉油者最優(yōu)選的選擇。而且他們還另外要求減少芳烴類排放物，因此，很有必要，在MTBE存在時，減少芳烴及/或烯烴時，而不伴隨毒性排放物增加。
不幸的是，在現(xiàn)有MTBE存在的要求規(guī)格下，燃料經濟性有損失。申請人發(fā)現(xiàn)，引入MMT同時又降低終沸點及/或T-90點溫度，按照這里描述的方法，申請人能夠意料不到地改善燃料的經濟性。
申請人還發(fā)現(xiàn)，在MTBE濃度使氧重量含量大于2.0％(重)(如2.7％(重))時，應用MMT至1/32克錳/加侖以上，燃料經濟性得以改善。
但是，看來在MTBE存在下氧濃度低于2％(重)(如1％)，甚至使用1/32克錳/加侖的MMT，燃料經濟性仍然有所損失。申請人發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象與T-90點溫度相關。
申請人發(fā)現(xiàn)，如果T-90點溫度不充分降低(以便提高燃料的平均汽化潛熱)及/或沒有采用諸如DMC之類的另外增強ECS化學的方法，1.0％至2.0％(重)氧含量的MTBE與1/32克錳/加侖MMT(或更低)組合的重配方燃料，其燃料經濟性也遭受損失，而不及沒有含氧化合物(有或無MMT)的基礎汽油。
因此，本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案在于采用MTBE使氧濃度超過2.0％(重)。如果MMT濃度在1/32克錳/加侖或以下，很明確要優(yōu)選的是T-90溫度應當降低至低于320°F、300°F，以280°F優(yōu)選。
十分意外的是，在應用申請人的發(fā)明時，也就是在有燃燒改進/溫度降低的ECS化合物存在下加入燃燒改進數(shù)量的錳及/或降低T-90溫度，預期的燃料經濟性的下降卻沒有遇到過。相反燃料經濟性可能實際上增加了。預期的毒性污染增加也是減少的。
申請人還進一步發(fā)現(xiàn)，用DMC取代MTBE及/或用DMC與MTBE組合，特別在氧重量濃度2.0％(重)或更高時，替代的結果卻意外地進一步增加了里程及改善了排放污物。
因此，本發(fā)明的一種實施方案在于采用降低了芳烴含量的汽油，如芳烴范圍從5％至35％(體積)。但是，濃度接近于20％、15％或更低，是更為優(yōu)選。也優(yōu)選的是降低烯烴濃度(如5％至10％，低于8％、6％、5％是優(yōu)選的)，和特別是用降低了T-90溫度的餾份(優(yōu)選范圍是300°F至260°F或以下。)。
應當考慮到，往這種烴餾份中加入燃燒改進數(shù)量的錳，含氧ECS化合物，特別是MTBE、ETBE、TAME、二異丙醚、乙醇及DMC，包括混合物，從而使燃料的平均汽化潛熱超過880、900、910Btu/lb(于60°F)，以及由此導致燃料燃燒經濟性改善和毒性污染物減少，包括NOx、HC類、1，3丁二烯、甲醛及/或乙醛。
申請人發(fā)現(xiàn)，減少MBT火花提前，以保證平穩(wěn)操作是理想的，尤其是在對于恒壓縮比引擎中，采用其較高燃燒速度的汽油時。燃燒速度增加愈高，愈大的火花提前減小是優(yōu)選的?；鸹ǔ皽p小的可接受范圍從1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、6.5％、7.0％、7.5％、8％、8.5％、9.0％、9.5％、10.0％、10.5％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％至40.0％。減小在0.5％、2.0％、5.0％至10％是更理想的。
申請人也發(fā)現(xiàn)，在采用實施例中2％(重)氧量的DMC及1/16克錳/加侖MMT的汽油組合物時，由于燃燒速度增加及延遲燃燒，最佳壓縮比在8.5∶1至大約13.0∶1。采用這樣的組合時，更優(yōu)選的是壓縮比為9.5∶1至12.5∶1，以11.5∶1至12.5∶1為更優(yōu)選一些。壓縮比10.5∶1是非常滿意的了，而且被認為是優(yōu)選的。較高的由DMC組合物的ECS燃料的濃度及適宜的金屬的濃度本身就傾向于要求較高的壓縮比。
實施例106一種新的運轉引擎的方法，包括混合一種無鉛汽油，內含MTBE以氧重量達到2％表示和MMT添加至1/32克錳/加侖；在MBT火花超前已被延遲了1.0％至2.5％(1.5％優(yōu)選)的引擎中燃燒所述燃料；從而使這種引擎的操作改善了熱效率及/或排放污物。
實施例107一種新方法，動轉引擎包括，混合一種無鉛汽油，內含DMC以氧重量表示為2.0％(重)及MMT(1/32克錳/加侖)；在MBT火花提前減少大致2.0％至10％(8.5％優(yōu)選)的引擎中燃燒所述燃料；從而運轉所述引擎，改善了熱效率及/或排放污物。
實施例108一種無鉛、無磷的重配方汽油，最大雷氏蒸汽壓7.0PSi RVP，最大烯烴含量5.0％(體積)，最大芳烴含量20％(體積)(優(yōu)選的是15％、10％或以下)、最大苯含量0.8％(優(yōu)選的是0.6％或以下，或無苯)，最大含硫量100ppm(優(yōu)選為50ppm或以下，或無硫)、氧濃度范圍以碳酸二甲酯、MTBE、ETBE、TAME、乙基叔戊基醚、二異丙醚或乙醇、或混合物加入至氧為1.8％至2.2％，2.0％至2.7％，或3.5％，環(huán)結構三羰基錳化合物至錳為1/64至3/16克錳/加侖(1/32克錳/加侖為優(yōu)選)，最大T-90溫度260°F至280°F或以下，T-50溫度約160°F至230°F(170°F至205°F)，溴值20或以下，平均汽化潛熱910至930btu/gal或以上。
實施例109按照實施例106-108，其中的燃料含有一種無灰分散劑，引入控制/沉積控制添加劑(符合清潔空氣法律§211(1)及相適應的規(guī)定)；和任選的含有少量共溶劑，以增強水溶解度，如乙醇。
實施例110按照實施例106-108，其中燃料T-90溫度不高于300°F，優(yōu)選是280°F或以下，T-50溫度在引入MTBE為2.0％至2.7之后高于170°F，但低于大致200°F；從而熱天驅動能力不受損失；和其中的燃料汽化潛熱高于900btu/gal，更優(yōu)選為905btu/gal，和錳濃度為1/32加侖；從而所述的燃料所述的燃燒不會引起OBDII催化劑氧傳感器失效。
實施例111一種方法，避免OBD-II排放燃氣氧傳感器失效；所述目標汽油T-90溫度降低，進而導致燃料平均汽化潛熱增加的數(shù)量，足以降低燃燒溫度至少15°F，或更多，及/或使得用層流本生燈測定的平均燃燒速度有可測到的增加；用MTBE1.2％至2.7％(重)與所述燃料進行組合；從而使組合物的T-50溫度至少為170°F(大于175°F及低于210°F、200°F優(yōu)選)；所述燃料在一種引擎中燃燒，和散放出的排氣經過延長時期穿過裝有OBD-II催化劑效率監(jiān)視器的三通排放管催化劑系統(tǒng)；從而在催化劑沖洗復蓋涂層上錳沉積并不足以引起所述傳感器失效。
實施例112按照實施例111的方法，所述燃料T-90溫度大約為300°F，而大約280°F或以下為更優(yōu)選，及/或燃燒速度可測得出的增加，至少為1.0％，或更高，超過未經過調節(jié)的燃料。
實施例113按照實施例111-112的方法，其中的燃料沒有含氧化合物。
實施例114
按照實施例113的方法，其中的引擎運作5,000；20,000；50,000；75,000；或100,000英里下的一段時間。
實施例115按照實施例106、107、108、110、111，其中組合物的平均燃燒速度在環(huán)境溫度下以層流本生燈測定是大于46、48cm/sec，更優(yōu)選為50cm/sec或更高(是以甲醇燃燒速度57.2cm/sec作為尺度)實施例116按照實施例106-107，其中燃料注入燃燒室的顆粒大小小于70微米，更優(yōu)選的是小于50微米。
實施例117按照實施例106-107，其中注入的燃料顆粒具有近似注入壓力為約15至45psi實施例118按照實施例106、107、111，其中的燃燒溫度經充分降低，在例如負載20指示馬力下，排放的燃氣溫度至少下降10°F至50°F(或更多)，從而進入排氣管燃氣入口的平均排放煙氣溫度低于1400°F(或其它溫度，仍致復蓋在催化劑洗滌涂層上的氧化錳并沒明顯發(fā)生)。
實施例119按照實施例106、107，其中降低了溫度的引擎排放燃氣經過一種排氣污物催化劑而被排出，和排放系統(tǒng)車載催化劑監(jiān)視作用并沒因為不正確的催化劑貯氧能力讀數(shù)而失效。
實施例120按照實施例106、107、108及110，其中這樣的方法，按照清潔空氣法§211(K)節(jié)EPA棄權條款中的規(guī)定，是合格的。
實施例121一種低毒燃料經濟性改善組合物，屬于無鉛燃料，含無磷烴類的組合物，具有最大RVP8.0、7.0、6.5、或6.0PSi；最大烯烴含量6.0％、5.0％(體積)；最大芳烴含量25％、20％(體積)(15％、10％或以下優(yōu)選)；最大苯含量0.8％(更低或無苯)；最大含硫量40ppm(更低或無硫)；碳酸二甲酯、MTBE、ETBE、TAME、或乙醇的總的氧濃度范圍1.0％至2.7％(重)或3.5％O2(重)；含有一種環(huán)結構三羰基錳化合物，錳量為1/64至3/16克錳/加侖(1/32克錳優(yōu)選)；最大T-90溫度300°F、280°F(優(yōu)選)；T-50溫度大約170°F至230°F；最小(R+M)/2辛烷值87；溴價20或以下；平均汽化潛熱在60℃下900、910、920英熱單位/加侖，或更高；60°F下發(fā)熱值高于106,000英熱單位/加侖(大于108,000，114,000英熱單位/加侖(60°F下)更優(yōu)選)；從而減少了有毒排放物1，3-丁二烯、甲醛、或乙醛的排放及/或提高了燃料經濟性。
實施例122按照實施例121，其中含氧化合物為2.0％(重)的MTBE，60°F下燃料平均汽化潛熱超過900英熱單位/加侖，高于(60°F下)905英熱單位/加侖是優(yōu)選的；MMT濃度為1/32克錳/加侖；組合物平均發(fā)熱值60°F下超過106,000英熱單位/加侖；環(huán)境條件下平均層流燃燒速度大于48cm/sec。
實施例123按照實施例122的MTBE組合物，其中的MMT濃度超過1/32克錳/加侖實施例124上述實施例，其中的含氧化合物為DMC和MMT濃度為大于1/32克錳/加侖。
實施例125按照實施例108、121組合物，其中的RVP為6.8、6.5、6.0、5.5psi或更低。
在本發(fā)明實施中，為了降低被管制的排放物，優(yōu)選的汽油組合物包括了，但不局限于列于以下的規(guī)格表6 無鉛燃料A B C雷氏蒸汽壓(最大psi) 8.77.0 3.0-6.0烯烴(最大體積％)9.28.0 0.0-8.0芳烴(最大體積％)32.0 20.0-25.0 0.0-10.0苯(最大體積％) 1.51.0 0.0-0.5硫(最大ppm) 339100 0.0-10氧(重％)0.02.0-2.7 2.0-5.0
T-90(最大溫度°F)330.0320.0300-330(R+M)/2(最小)87.0 87.0 87.0-95.0實施例126前述表6中B和C燃料，其中1)、所述燃料包含了申請人的加含氧化合物的方法及2)、燃燒改進數(shù)量的錳，和3)、其中由所述的燃料貯存及輸送至燃燒室的組合蒸發(fā)排放污染物，及發(fā)散至大氣燃燒排放物，都是4)、按照1995年度所述燃料的揮發(fā)有機化合物排放及毒化空氣的污物，以質量基準計，低于清潔空氣法§211(K)條款限定的基線汽油的15％，和5)按2000年度所述燃料的揮發(fā)有機化合物的排放及毒化空氣的污物，以質量基準計，低于所述基線汽油25％。
實施例127一種無鉛、無磷、重配方汽油組合物燃料，具有最大雷氏蒸汽壓(RVP)8.0、7.2、7.0、6.5PSi；最大烯烴含量8.0％、6.0％(體積)；最大芳烴含量20-25％(體積)、最大苯含量1％、0.8％(更低優(yōu)選)；最大硫含量300-40 ppm(優(yōu)選的是較低或無硫)；氧濃度范圍為2.0％至2.7％，或3.5％O2，以碳酸二甲酯重量計的；環(huán)結構三羰基錳化合物或混合物，1/64至3/16克錳/加侖(大于1/32克/加侖優(yōu)選)；最大T-90溫度300°F至320°F(280°F或以下優(yōu)選)，優(yōu)選T-50溫度大約170°F至220°F；最小汽化潛熱900、905英熱單位/加侖(60°F下)(高于920BTU/gal優(yōu)選)；組合物最低發(fā)熱值，假設在O22.0％(重)條件下，為106,000 BTU/gal(60°F下)；環(huán)境條件下最低平均層流燃燒速度48cm/sec，(50至52cm/sec或以上優(yōu)選)。
實施例128按照上述實施例，其中的組合物另外含有沉積控制添加劑，符合清潔空氣法§211(1)條款及相關章節(jié)/規(guī)定。
實施例129按照實施例127，其中的組合物有任選的含有至少一種C4至C6的醇或其它添加劑，以保證吸水穩(wěn)定性(水溶解度)。
實施例130按照實施例106、107、及111，其中的燃料注入系統(tǒng)在可接受壓力下注射燃料蒸汽進入燃燒室，其中的平均蒸汽顆粒大小在60微米以下，其中應用了EGR系統(tǒng)、裝載其上的氧傳感器及注射傳感器；從而燃料經濟性改善至少2％。
實施例131按照實施例106、107及111，其中的燃料注入系統(tǒng)在最佳壓力下注射燃料蒸汽進入燃燒室，其中平均蒸汽顆粒大小為10、20、30、或40，其中還同時采用了渦輪增壓器、EGR系統(tǒng)、裝載其上氧傳感器及注入傳感器；從而燃料經濟性改善至少2％。
實施例132按照實施例106、107及111，其中的燃燒室按照要增加紊流燃燒速度進行設計的。
實施例133按照實施例106、107、111及127，其中的燃燒室按照要增加紊流燃燒速度進行設計的，而其中的壓縮比為2.0∶1至6.5∶1；7.5∶1、8.0∶1、8.5∶1、9.0∶1、9.5∶1、10∶1、10.5∶1、11.0∶1、和更為優(yōu)選的是11.5∶1。
實施例133a按照實施例107、127，其中應用了碳酸二甲酯和壓縮比范圍為9.5∶1至12.5∶1。
實施例134按照實施例106、107及111，其中燃燒室按照要增加紊流燃燒速度設計，其中壓縮比超過17∶1。
實施例135按照實施例106、107及111，其中燃燒系統(tǒng)與采用了排放物催化劑及車載氧傳感器的受控制的排氣/污物控制系統(tǒng)連接一起進行運轉。
實施例136一種操作方法，其中至少30％的美國車隊用所述燃料操作，從而由這樣操作中放散出來的空氣載錳總參比濃度沒有超過0.05ug/m3或EPA標準，甚至總是較低。
申請人的汽油組合物明確地考慮到降低排放污染物及如下表7及表8所述的組合物特征。
表7 RFG復雜模型標準性質時期1時期219952000及以后VOC降低(％)/加侖(1)B類 35.1 27.5C類 15.6 25.9NOx降低(％)(1)夏季 0-1.55.5-6.8冬季 0-1.50-1.5毒物減少(1) 15.0-16.520.0-21.5氧％(重) 2.0-2.1 2.0-2.1苯％(體積)0.0-1.0 0.0-1.0注1減少是從ζ211(K)(10)(B)條款限定的基線汽油算起。
表8按照RFG規(guī)則C類要求做的實施例燃料性質 時期1 時期21995-20002000及以后降低(1)VOC 17.3 27.6Nox 1.66.9毒物25.4 27.6性質RVP(psi)8.06.6氧％(重)(2) 2.12.1芳烴％(體積)25.0 24.0苯％(體積) 0.95 0.95烯烴％(體積)9.29.2硫(ppm) 339185E20041.0 45.0E30083.0 87.0錳(克錳/加侖)(3)1/32 1/32注1減少是從條款ζ211(K)(10)(B)限定的基線汽油算起注2以碳酸二甲酯形式注3錳濃度范圍可從1/64至1/4克錳/加侖在本發(fā)明實施中，在配制汽油組合物要求滿足RFG標準時，可要求進行調整。據(jù)發(fā)現(xiàn)，對于降低目標排放污物效應最大的各個組分，就可以調整VOCRVP、芳烴含量、硫含量；NOx硫含量、芳烴含量、烯烴含量；毒物苯、芳烴、氧。
在實施本發(fā)明中，具有甲基的含氧化合物類，如甲醇、碳酸二甲酯、MTBE及TAME及其它等，似乎比含乙基的含氧化合物如乙醇、ETBE等，在降低有毒排放物方面有較好一點的能力。
在配制傳統(tǒng)或重配方汽油(REG)燃料時，降低雷氏蒸汽壓(RVP)對減少VOC排放物效果明顯。本發(fā)明實施中，最后燃料組合物中雷氏蒸汽壓降低至7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、psi或更低，都是優(yōu)選的。
RVP是蒸發(fā)VOC排放物最強的預示，RVP的降低是減少蒸發(fā)的VOC排放物的最好手段(以質量基準計，按EPA所限定的)。例如RVP從8.7psi降至6.5psi，VOC污物降低約23％，毒性排放物降低約4％，而NOx排放物降低約0.5％。
燃料中氧增加，會顯著減少毒性排放物。在氧含量增加與毒性排放物減少之間，看來有一種線性關系(以重量計)?？磥恚鹾吭黾邮菧p少有毒排放物最強的預示。例如氧增加從0％至3.5％(重)，降低毒性排放物約11％。
重配方燃料規(guī)定認為，氧濃度在2.7％(重)以上，特別是MTBE，直接增加了NOx排放物。在本發(fā)明的實施中，申請人完全意外地發(fā)現(xiàn)，O2重量濃度在2.7％(重)以上完全能夠控制住預期的NOx增加。圖6說明了這一點，氧含量高達4.2％的含氧化合物的燃料(甲醇/乙醇-甲醇燃料)的燃燒速度增加時，卻大大地降低了NOx排放物。似乎這種現(xiàn)象也是隨燃燒溫度而變。例如，圖3表明，在低燃燒溫度下，NOx排放物下降，而與氧濃度無關。如果說有聯(lián)系的話，就是較高的氧濃度，產生較大的燃燒溫度下降，看來是申請人發(fā)明減少NOx排放物的主要試劑。因此，申請人的優(yōu)選實施例，在于應用至少1.5％或以上的氧，并允許用錳量在1/32克/加侖或更多的最佳燃燒。氧濃度低于1.5％至2.0％未使申請人發(fā)明最佳化。
因此，在本發(fā)明的實施中有可能包括在RFG燃料中有適當較高的氧濃度(超出現(xiàn)有規(guī)定允許值)，以減少NOx及有毒排放物，而不會出現(xiàn)預計的燃料經濟性降低及NOx排放物增加等等。
因而，本發(fā)明的一種實施方案在于，應用氧濃度高于2.0％、2.1％、2.7％、3.5％、4.0％、甚至5.0％、6.0％或更高(以重量計)。
減少芳烴含量會強烈地產生對減少毒性物；VOC及NOx排放物的影響。減少看來是線性的，以毒性排放物受到了最顯著的影響，毒物減少類似于苯在減少及/或氧含量增加時所見到的毒物變化的情況。例如，芳烴從33％降至約10％(體積)，毒性物、NOx及VOC排放物分別減少約17％、7％、及6％。
在本發(fā)明實施中，理想的RFG的芳烴含量低于25％，20％優(yōu)選， 以18％至10％特別優(yōu)選。
但是，如上所述，在低的或較低的燃燒溫度下，要達到較高的燃燒速度，如本發(fā)明實施中考慮到的那樣，RFG燃料芳烴濃度高于那些被認為是可以接受的數(shù)值，或者高于規(guī)則允許的數(shù)值，仍然可以達到使與芳烴相關的毒性及其它排放物有明顯的降低。
這些減少是顯著的，沒有意料到的，而且是超過了標準RFG燃料配方可達到的水平的。
同樣，芳烴濃度高于按RFG排放物標準要求，而被認為不能接受的，最終可能還要被采用，而且仍然能夠達到法律要求的性能及/或排放物標準。
苯濃度降低被認為是直接地及線性地影響毒性排放物減少。例如苯從1.5％(體積)下降至0.5％(體積)，毒性排放物減少17％之多。因而苯的減少，就像氧濃度增加一樣，是減少毒性排放物最強烈的預示之一。優(yōu)選苯濃度是1.0％(體積)以下，最優(yōu)選的濃度為接近0％。
但是，同芳烴濃度一樣，苯濃度高于現(xiàn)行規(guī)則允許的數(shù)值，在本發(fā)明的實施中，也可以采用，而且仍然使得毒性及其它排放物明顯降低，并超出RFG燃料目前規(guī)定配方所能達到的水平。這也是最沒有預料到的。同樣，苯濃度高于現(xiàn)有RFG排放物標準而目前被認為不可接受的燃料，最終也可以使用，并滿足性能及/或排放物標準。
硫含量降低使NOx、毒性物及VOC的排放呈線性下降(以它們相對排放百分數(shù)順序下降)。例如，硫含量從340ppm降至約50ppm，引起NOx、毒性物及VOC排放物減少分別為11.0％、8.5％及3.5％。似乎硫含量下降對NOx的減少最為明顯。在本發(fā)明實施中，硫濃度低于40ppm是特別優(yōu)選的。硫含量在30ppm或更低(或無硫)是更為優(yōu)選。再說明一次，本發(fā)明實施將產生環(huán)境可接受的NOx、有毒物及VOC，甚至在硫濃度高于現(xiàn)行規(guī)則允許的硫濃度情況下。
但是，硫濃度大小在200ppm或以上，看來也是可以接受的，這是由于本發(fā)明的燃燒速度增加及燃燒溫度降低，從而抑制了硫的有害NOx及毒性排放物特性。
降低烯烴濃度大約在9.5％以下，引起了NOx及毒性排放物的適度減小，但卻增加了VOC的排放物。烯烴增加至9.2至9.5％以上，表明VOC適度下降，但也使毒性物及NOx有所增加。因此，看來最佳烯烴濃度約為9.2％至9.5％(體積)。但是，與例如芳烴濃度降低造成同樣排放物的減少相比較，烯烴濃度低于或高于9.2％-9.5％引起的排放污物的增加是不明顯的。
因此，烯烴濃度低至9.2％(體積)以下是可以接受的和理想的，特別是在芳烴濃度如果同時降低時。換句話說，烯烴減少至9.2％以下是理想的，只要雷氏蒸汽壓或芳烴濃度的降低補償了VOC的增加。再說一遍，申請人發(fā)明的加快燃燒溫度降低的操作明顯地抵消了這樣的增加。因此，烯烴含量超出規(guī)定的組合物標準，也可以使用，同時也能滿足性能及對排放污染物的要求。
降低E200溫度，或對應的餾份，即在200°F沸騰的餾份，會有利地減少VOC及有毒物排放。換句話說，在E200溫度降低時，或者在燃料蒸餾的該餾份增加至約41％時，VOC及毒性排放物降低是會出現(xiàn)的。然而NOx增加也會出現(xiàn)。當E200餾份增加，即從42％至60％，VOC及毒性排放物都減少約3.0％-4.0％，但是，NOx卻增加約2.0％。但是這些排放污染物的顯著減少仍然會發(fā)生，而與這樣的調整無關。
申請人認為過高的E200餾份(變成了過低的T-50溫度)有它的缺點，熱天驅動能力會由于T-50餾份低于170°F而受到損害，特別是在氧含量為1.0％、2.0％或更高時。這樣損害的驅動能力，由于發(fā)動機啟動困難等，也許會產生比適度降低所達到的更為有害的排放物。因此本發(fā)明的一種實施方案在于，申請人的T-50溫度設為170°F、175°F、180°F、185°F、190°F，只要實際能辦到的。
當E300餾份從84％增加至95％的餾份，VOC及NOx排放物都會適度降低分別約為2.0％及0.5％。毒性排出物增加約1.5％。這點收益看來難說合算。
但是，由于申請人的燃燒改善溫度降低方法的實施，這樣毒性物增加得以減輕，而且燃料較高平均汽化潛熱的好處增強了MMT的作用。
在申請人發(fā)明的實施中，明確考慮到了，基礎RPG汽油組合物有許多方面可作調整。例如完全除去所有多核芳烴，所有C10+的芳烴，如萘、芘、蒽及其它等，用以調整組合物。消除已知有毒組分，如1，3丁二烯及其它等，可用以調整組合物。減少低燃燒速度物質，低汽化潛熱及/或低比熱的組分，也可用以調整組合物。對于申請人發(fā)明的其它燃料，包括實施例，噴氣航空燃料No.2及No.6號燃料油，也都可以采用這種方法。
申請人的最優(yōu)選的錳濃度范圍，對于無鉛汽油包括航空汽油、重配方汽油為1/32克以上，1/16克至大約3/8克錳/加侖。錳濃度1/32克錳/加侖是特別優(yōu)選的，從每克錳成本來看，也是最好抗爆價值的一個。但是，如果采用了含氧化合物的ECS化合物，特別是在氧濃度超過2％的條件下，就要使之處于環(huán)境濃度可接受的低限。
不用ECS含氧化合物，而采用實施例的機械方法，如改善霧化及/或低燃燒溫度汽油，及其它等，例如，降低T-90溫度(及/或減少芳烴)、1/32克錳/加侖，在控制HC排放物中是可以接受的。
然而，目前申請人發(fā)明的實踐中考慮到了少量使用ECS燃料并結合使用汽油共燃料。應當考慮，先進的應用場合將會有大量使用ECS及/或在汽油應用中完全采用ECS的情況。因此，本發(fā)明的一種實施方案在于，應用含有大量碳酸二甲酯的組合物、燃燒改善數(shù)量的CMT及少量的汽油共燃料。
申請人的汽油及其它共燃料，在環(huán)境容許的情況下，也可以進一步或可另外地，含有抗爆數(shù)量的其它試劑，如環(huán)戊二烯基亞硝酰鎳、N-甲基苯胺、N-甲基苯胺及其它等。已知抗爆助劑也可應用。2，4戊二酮也可包括在內。
這種燃料應當含有分散劑、清凈劑、乳化劑、金屬減活劑、芳香胺、補充伐及伐密封凹槽保護劑。無數(shù)這類添加劑的實施例包括硼氧化物、鉍氧化物、CaF2鍵結合陶瓷、磷酸鐵、磷酸三甲酚(tricresylphosphate)及鈉基添加劑等等。
燃料也可以含抗氧劑，無數(shù)實施例包括2，6-二叔丁基酚；2，4，6-三叔丁基酚；4-甲基-2，6-二叔丁基酚；2-叔丁基酚及其混合物；2，6-二叔丁基-鄰-甲酚；及苯二胺類如N，N′-二仲丁基鄰苯二胺；N-異丙基苯二胺；及N，N′-二亞水楊基-1，2-丙二胺；及叔丁基化酚的混合物及/或芳香胺抗氧劑及其混合物。
應當考慮到，燃料還會含有沉積控制添加劑，無數(shù)實施例包括聚醚胺、多烯丁二酸酰胺，或多烯丁二酸酰胺，烴基碳酸酯，諸如聚丁烯醇、聚丁烯氯甲酸酯、聚丁烯胺類配方于礦物或其它載體中，聚異丁烯胺配方在聚醚載體中，及單組分聚醚胺類等等。幾種其它的沉積控制添加劑已另外列在說明書中，而且在汽油及其它共燃料中考慮到的。同樣，這些和這里指的其它添加劑在汽油中也是考慮到了的。應當考慮到，燃料可含一種或多種無灰清凈劑，無數(shù)實施例包括有聚醚胺類，多烯胺類，烯基丁二酰亞胺類，多醚酰胺類等等。燃料還可含有諸如F310、聚丁烯胺類、胺化或聚合清凈劑等等。
這類燃料也可含有驅靜電添加劑。在申請人發(fā)明的實施中，可以考慮其ECS燃料有助于一定程度減輕對靜電的關注。這類燃料可含腐蝕抑制劑等等。
燃料基質可以含有沸點超出正常汽油燃料范圍的烴類，用它來調節(jié)汽油到可接受的范圍內。
航空汽油本發(fā)明也考慮到了航空汽油共燃料的應用和得到的燃料符合ASTM D910規(guī)格(見表9)，尤其是那些無鉛燃料。但是，不同于申請人發(fā)明的其它實施方案，盡管不優(yōu)選的航空汽油可以含鉛，但申請人的優(yōu)選實施方案是無鉛的。
申請人的發(fā)明考慮了航空汽油廣泛應用于民用及軍用，包括那些并不實行ASTM標準的場合。因此，表9意在限定航空汽油適用大多數(shù)火花點火的航空引擎，但是某些所用的設備或條件可能要求燃料具有其它特性。
申請人發(fā)明的主要優(yōu)點在于，它從根本上改善了熱效率，或提高了在給定數(shù)量燃料下的有用功。增加2.0％、5.0％、7.5％、10.0％或更多都是很平常的。因此，應用申請人發(fā)明的航空汽油發(fā)動的飛機巡航范圍應當延展2％至30％，或更多，這取決應用場合。
本發(fā)明考慮到航空汽油三種主要的品級，它們滿足ASTM標準，包括品級80、品級100、及品級100LL。
品級100及100LL代表兩種抗爆質量同樣的航空汽油，但不同的在于最大鉛含量及顏色。顏色標明具有對鉛低耐受性引擎的差異。
雖然品級標志僅僅表明對各種品級的單一辛烷值評分，每種品級的燃料均必須符合最低貧油混合物航空評分及最低富油混合物增壓評分。
表9 ASTM D910航空汽油N詳細要求/A品級80 品級100 品級100 LL ASTM試驗方法B爆震值，最小，辛烷值，貧油評分 80 100100D2700C爆震值，最小，富油評分最小辛烷值 87D909最小功效比值O，P130130 D909顏色D紅E綠 蘭 D2392染料含量(mg/gal)許可蘭色染料F，最大0.54.75.7許可黃色染料G，最大無 5.9無許可紅色染料H，最大8.65無無四乙基鉛I，最大mL/gal 0.5E4.02.0 D2559或3341對所有品級的要求蒸餾溫度°F(℃)10％汽化、最大溫度 167(75) D8640％汽化，最低溫度 167(75)50％汽化，最大溫度 221(105)90％汽化，最大溫度 275(135)終沸點 最大°F(℃) 338(170)10％及50％汽化溫度總和*，最小°F(℃)307(135)*蒸餾收率，最小，％97蒸餾殘渣，最大，％1.5蒸餾損失，最大，％1.5凈燃燒熱J，最小，Btu/Lb(英熱單位/磅)18720D1450/D3388蒸汽壓最小psi(KPa) 5.5(38)D323/D2551最大psi(KPa) 7.0(49)D323/D255 1銅條腐蝕，最大 No.1 D130潛在膠質(5h老化膠質)K，最大mg/100 ml6 D873可見鉛沉淀L，最大，mg/100ml 3 D873硫，％(重)，最大， 0.05 D1266/D2622冰點，最大，°F(℃) -72(-58) D2386水反應 體積變化不超過±2ml D1094允許抗氧劑M，最大，lb/1000bbL(42gal)4.2注A.這里包含的要求是絕對的，不得因遷就試驗方法加以修改。如做了多次測定，應當取平均結果。B.表中所列方法屬于第九節(jié)中C.表1所列數(shù)值代表航空方法評分，馬達辛烷值評分是根據(jù)試驗方法D 2700得到的，應當用轉換表2將其換算為航空評分。D.這些顏色已經得到美國衛(wèi)生、教育及福利部、職業(yè)衛(wèi)生分部、首席醫(yī)學指導批準。E.如果買方與供方相互一致，Gr80號可以要求是無四乙基鉛的。這時燃料不含任何染料，按試驗方法D-156測定的顏色不會暗于+20。F.在最終汽油中存在的唯一蘭色染料主要是1，4-二烷基氨基蒽醌。G.在最終汽油中存在的唯一黃色染料主要是對二乙氨基偶氮苯(顏色指示劑No.11021)或2，2′-[3.3′-二甲基)][1，1′-聯(lián)苯基]-4，4′-雙炔]雙(偶氮)雙[4-壬基]酚[顏色指示劑溶劑黃No.107]，或2，4-雙[(烷基苯)偶氮]-1，3-苯二酚。H.在最終汽油中存在的唯一紅色染料主要是偶氮苯-4-偶氮-2-萘酚的甲基衍生物(甲基衍生物顏色指示劑No 26105)或偶氮苯-4-偶氮-2-萘酚烷基衍生物。I.添加的四乙基鉛是含四乙基鉛不低于61％及足夠量的二溴乙烯達到每個鉛原子有兩個溴原子的混合物，其余為與煤油無差異的添加組合物，批準用的抑制劑及如上所規(guī)定的蘭色染料。J.采用按試驗方法D1405在表1中計算出的數(shù)值。試驗方法D2382可以用作為另外一種方法。有爭執(zhí)時，必須使用試驗方法D2382。后者最小凈燃燒熱，對于Gr80、100、及100LL號為18700英熱單位/磅。*注意，溫度轉換總合為C1+C2＝5/9(F1-32+F2-32)K.如果買賣雙方一致，可以要求航空汽油符合16小時老化膠質試驗(試驗方法D873)，而不用5小時老化膠質試驗。這時，膠質含量不超過10mg/100mL及可見鉛沉淀不超過4mg/100ml。此種燃料中，允許抗氧劑不超過8.41b/1000lb(42加侖)。L可見鉛沉淀只應用于加鉛燃料M.允許的抗氧劑有N，N′-二異丙基對苯二胺N，N′-二仲丁基對苯二胺2，4-二甲基-6-叔丁基酚2，6-二叔丁基-4-甲酚2，6-二叔丁基酚最低75％的2，6-二叔丁基酚加最多25％叔丁基及三叔丁基酚，最低75％二及三異丙基酚加最多25％的二及三叔丁基酚。
這些抑制劑可以單獨地或組合一起地添加到汽油中，其總濃度不超過4.2lb抑制劑/1000桶(bbL)(42加侖)除本說明書另外的要求之外，航空汽油將是由來自石油原油精煉烴類、天然汽油、或由此與合成烴類或芳香烴類，或兩者一起的調合油。
除四乙基鉛外的添加劑、染料及表9中特指的抗氧劑外都是ASTM規(guī)格D910第5.1及7段中所允許的。這些還包括燃料系統(tǒng)結冰抑制劑及特殊用途添加劑。
乙二醇單甲醚，(EGME)符合ASTM規(guī)格D4171(注一)要求，濃度可用到0.10％至0.15％(體積)，1-乙二醇單甲醚及異丙醇，及二乙二醇單甲醚，質量適于ASTM D4171的也可以采用。
在本發(fā)明實施中考慮的航空汽油實施例及其要求均列于表9中。
應考慮的是，本發(fā)明航空汽油應是無水、無沉渣及懸浮物的。燃料的臭味應不引起惡心或刺激。
同汽車應用場合相同，在本發(fā)明方面，爆震是要避免的。因此，在火花式引燃的發(fā)動機汽缸中，在某些條件下，燃料-空氣混合物在局部地區(qū)自發(fā)著火，而不是從火花塞傳播開來。這可能會引起爆燃或爆震，通常在飛機發(fā)動機中聽不到的。這種爆震，如果讓其持續(xù)超過短時期，就會造成功率嚴重損失和飛機發(fā)動機的損壞，甚至報廢。在航空汽油用于其它類型的航空發(fā)動機上，例如用于發(fā)動機生產廠家特別允許的渦輪式發(fā)動機上，對爆震或爆燃特性就不會要求那么嚴格。因而申請人的航空汽油對抗爆性的評分是敏感的，必須給予適當?shù)年P注。
申請人的發(fā)明是應用一橫(-)或某些時候用斜杠(/)分隔開的兩個數(shù)字來標記航空汽油的品級。第一個數(shù)字為“貧油混合物評分”，第二個數(shù)字為“富油混合物評分”。這種規(guī)格說明三種品級的航空汽油80-87、100-130及100-133LL。低于100的數(shù)字是辛烷值，高于100的是功率(performance)比值，在100時功率比值與辛烷值是相等的。后標LL表示含有四乙基鉛低于同一貧油及富油評分的第二品級。貧油混合物評分與富油混合物評分一起，可用作為在滿度引擎巡航(貧油)及起飛(富油)條件下能得到的爆震極限功率大小的指南。
據(jù)觀察，在添加異丙醇(IPA)作為Gr100號航空汽油燃料系統(tǒng)防冰劑時，燃料的抗爆評分會顯著下降。由于異丙醇通常是在使用點區(qū)添加的，操作人員被告誡的是，醇燃料調合油功率比值可能會不符合規(guī)格最低值。由于添加1％(體積)的異丙醇功率比值一般降低，對貧油評分的功率比值大約0.5個，對富油評分的功率比值3～3.5個。因此Gr100號的航空汽油，在生產點爆震試驗引擎中評分功率比值為100/130，添加1％的醇，功率比值可以變成99.5/127。添加3％(體積)時，貧油及富油評分的功率比值分別降低約1.5及7.5個單位。異丙醇添加劑的這種應用可能增加了辛烷評分。
在申請人的發(fā)明實施中，在可能范圍內應當減少使用鉛，甚至不使用鉛。
申請人發(fā)明的航空汽油將具有最低凈發(fā)熱值18,720(最低)英熱單位/磅。申請人發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱值在18000英熱單位/磅以上特別有利于增加產生功率的目的，但是在給定的申請人發(fā)明的特性及嚴格的ASTM標準下，更低一點的發(fā)熱值也是可以接受的，甚至在某些應用場合下是更為理想的。
在許多火花點火航空發(fā)動機中，汽油以液體形式計量穿過汽化器與空氣混合的，并在進入增壓器前汽化，燃料空氣混合物經增壓器進入引擎汽缸。在其它類型的發(fā)動機中，燃料可直接計量進入增壓器或汽缸或燃燒器。揮發(fā)性，即汽化趨勢或由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的趨勢，是航空燃料極為重要的特性。優(yōu)選的是在這里要采用前述的霧化原理。
申請人發(fā)明的航空汽油優(yōu)選的最大蒸汽壓應當不高于7psi(仟帕)。
申請人的航空汽油蒸餾百分數(shù)一般要符合ASTM標準。蒸發(fā)10％點溫度最大值設在167°F，以確保啟動容易及加熱期的合理靈活度。為防止過高揮發(fā)性導致汽化器結冰及蒸汽阻塞，或二者一起出現(xiàn)，要求10％及50％汽化點溫度之和最低值為307°F。
T-90的最低值167℃是考慮到要間接控制比重和與之相關的汽化器計量特性。
但是在這樣要求范圍內要考慮沸點調整，T-90點溫度降低是明確要考慮到，用以改善燃燒特征及/或增加燃燒速度。
實施例137一種航空汽油包含一種烴類基礎油，最低辛烷值或功率比值為87或130，蒸餾餾份的T-10加上T-50餾份溫度之和為307°F，T-40溫度167°F及T-90溫度在250°F以下，燃料硫含量最大值0.05％(重)(0.05％以下優(yōu)選)，及燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯。
實施例138按照實施例137，其中航空汽油是無鉛的，和含有一種烴類調合油，燃燒改善數(shù)量的CMT，范圍在0.001至1.00克錳/加侖，0.001至5.0克錳/加侖，0.001至0.25克錳/加侖，0.001至0.125克錳/加侖(及數(shù)量大于0.25克錳/加侖)，一種燃燒改善數(shù)量的DMC，范圍在0.01％至20.0％O2(重)，從而按ASTM D2700法測定的辛烷值數(shù)為100，其余的燃料規(guī)格嚴格符合ASTM標準。
實施例139按照實施例137的無鉛組合物，其中CMT是大于1/16、1/8、1/4、1/2或5/8克錳/加侖，和燃燒改善數(shù)量的DMC，高于1.0％的O2(重)，優(yōu)選的是高于1.5％，最小凈燃燒熱值大約18,500英熱單位/磅，18,720，18,800英熱單位/磅，或者高于19,000英熱單位/磅則更優(yōu)選。
實施例140按照實施例137的無鉛組合物，其中的CMT大于1/16、1/8、1/4、1/2、或5/8克錳/加侖，和燃燒改善數(shù)量的DMC大于1.0％(重)的O2，大于1.5％優(yōu)選，和凈燃燒熱大約16,500至18,500英熱單位/磅，其中巡航里程至少比清潔燃料高5％。
實施例141一種操作航空汽油動力飛機的方法；所述方法的特征在于，通過混合一種實施例137的燃料，將所述燃料供給一種注入或汽化系統(tǒng)，其中所述燃料是被注入至引擎集合管或燃燒室內，其中平均燃料顆粒大小在60微米以下；從而所述燃料燃燒使得功率提高、熱或燃燒效率提高2.0％或以上。
實施例142按照實施例141的方法，其中的燃料是由能使燃燒溫度至少降低25°F的DMC構成，從而熱效率提高5％至10％及/或航空汽油引擎操作壽命延長至少5.0％。
實施例143按照實施例137至140，其中燃料另外地具有終沸點溫度低于300°F(或另外地T-90點溫度低于250°F)及/或基礎燃料的平均汽化潛熱增加至少2.0％，優(yōu)選的是5.0％或以上。
實施例144按照實施例144，其中另外使燃料含燃燒改善數(shù)量的CMT，表示為1/64、1/32、1/16、1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4及1克錳/加侖(以濃度大于1/4克錳/加侖優(yōu)選)的燃料組合物。
實施例145按照實施例137-145，其中的燃料是無鉛的。
實施例146按照實施例137至146，其中燃料芳烴含量低于20％(體積)，而其中的苯低于1.0％(體積)。
實施例147按照實施例141-142，其燃料在火花點燃內燃機中燃燒，內燃機內裝備有燃料注入、集合管及/或其它手段，其中燃料顆粒平均70微米，或以下，并被傳送/注入至燃燒室中；而且，其中所述燃燒是在高空5,000至10,000英尺海拔或更高的空中進行；和其燃燒效率提高至少5％。
在本發(fā)明的實施中，銅條腐蝕試驗數(shù)為No.1號或以下是優(yōu)選的，以避免燃料系統(tǒng)金屬部件腐蝕。
最高冰點不應超過-72°F，以預防任何烴組分在極低溫度下固化，從而妨礙燃料流向引擎。應當考慮，可以采用添加劑，包括前述所及的那些，以利達到這種要求。
申請人的發(fā)明汽油燃料在經過不同氣候條件下不同貯存時期后必須仍是能夠適用的。潛膠質試驗，是一種加速氧化法，用于評價燃料貯存穩(wěn)定性及抗氧劑的有效性。如果燃料在較溫和條件下短期貯存，用5小時的氧化時期采用ASTM D873方法，膠質不超過6mg/100ml是優(yōu)選的和可以考慮的。
而在16小時的時期內，得到同樣的或更好的結果，對于長期及苛刻條件諸如熱帶氣候下的貯存提供了穩(wěn)定性的保障，是理想的。
前述所列抗氧劑類型可以用于本發(fā)明實施，以預防貯存期內膠質形成。用表觀的燃料氧化穩(wěn)定性方法測定的某給定抑制劑的功效并不能完全確定它在汽油飛機引擎中是適用的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)氧化抑制劑是導致進料系統(tǒng)過量沉積.物的原因，因此它們能否適用還必須最后通過滿度飛機引擎試驗加以確定。
無數(shù)抑制劑及最大允許用量已在ASTM D910規(guī)格中列舉出來。
低沸芳烴，是航空汽油通常的組分，在航空汽油中比其它組分對彈性材料有更大程度的影響。因此同對于其它燃料一樣，限制芳烴含量是優(yōu)選的。幸運的是，苯由于要求最高冰點-72°F(-58℃)最終已被排除，然而其它芳烴卻又受到最低熱值及最高終沸點的限制。因而發(fā)熱值限制甲苯至約24％。二甲苯具有稍高的發(fā)熱值，因而容許有較高的芳烴濃度；但是它們的沸點(在280°F或138℃以上)又限制了它們的含量不超過10％的水平。然而，限制芳烴含量低于25％(體積)的水平仍然是優(yōu)選的實施，20％或以下是更為優(yōu)選的。
實施例148上述滿足ASTM D910規(guī)格要求的實施例的航空汽油和一種燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及CMT，其濃度約0.001克至約0.125克/加侖。
實施例149一種組合包括符合ASTM D910規(guī)格的航空汽油及火花點火航空汽油引擎，所述的組合特征在于所述燃料含有燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及至少一種CMT化合物，其濃度在約0.001克至約1.00克錳/加侖范圍，其中所述燃料的燃燒導致引擎熱效率提高2.0％或更多。
燃料油本發(fā)明考慮到了使用寬譜燃料油作為共燃料或作為終燃料，包括燃燒器燃料、燃料油、爐用燃料油、石油及石油燃料油，以及滿足ASTM D396標準的燃料油，及/或打算用于各類燃料油燃燒設備的燃料，它們在各種氣候及操作條件下使用。無數(shù)實施例，包括ASTM品級1至5號油。
預料可采用申請人燃料油的燃燒系統(tǒng)包括直接的及間接的熱傳遞系統(tǒng)，其中有加熱器、過熱器、鍋爐、蒸發(fā)器、重整器、干燥器、烘干爐、焙燒爐、焚化爐及熱傳遞裝置等。
由于在它們生產中所用方法不同，燃料油分為兩大類餾份油及殘渣油。餾份油有塔頂餾出物或蒸餾出來的餾份。殘渣油是蒸餾后保留底物或這些底物與餾分油的調合油。在此說明書中，品級No.1及No.2號屬于餾份油，而品級4號至6號通常屬于殘渣油，然而有些重質餾份油可以當品級No.4號油賣。
品級No.1號油屬于輕餾份油，用于通過與熱表面接觸或熱輻射使油變成蒸汽的汽化型燃燒器。高揮發(fā)性是必須的，以保證汽化過程進行而殘渣最少。
品級No.2號油屬于比品級No1號更重一些的燃料，用于噴霧型燃燒器，將燃料油噴成霧狀懸浮微細滴粒進入燃燒室燃燒。這種品級油用于多數(shù)民用型燃燒器及許多中等規(guī)模工商業(yè)燃燒器，其操作容易，供應方便，價格高于殘渣燃料。
品級No.4(輕質)屬于重質餾份燃料或者餾份油與殘渣油的調合燃料，符合規(guī)格粒度范圍。它可用于壓力霧化工商業(yè)用燃燒器(不要求有較高成本的餾份油)和裝備有霧化粘度較高油的燃燒器兩種。它的允許粘度范圍要能在相當?shù)偷馁A存溫度下泵送及霧化。
品級No.4號油通常為重質餾份油/殘渣燃料的調合油，但也可以是粘度范圍符合規(guī)格要求的重質餾份燃料。預期用于裝有霧化比民用燃燒器用油粘度高的燃料的設備的燃燒器。允許粘度范圍要能使燃料在相當?shù)偷馁A存溫度易于泵送及霧化。因而，要求在所有冷天氣候，但不是極端冷的天氣下勿需預熱即可使用。
品級No.5號(輕質)油屬于用于燃燒器的中等粘度燃料油，可以在比品級No.4號更粘的燃料條件下輸送而勿須加熱。對有些裝置類型在燃燒或冷氣候下使用可能會要求預熱。
品級No.5號(重質)油是比No.5(輕質)油更粘的殘渣燃料，試圖用于同樣場合。對于某些燃燒裝置在燃燒或冷天氣候使用時可能需要預熱。
品級No.6號油，有時指船用燃料油C型，是一種高粘度燃料油，最通常地用于工商業(yè)的加熱。它要求在貯缸內預熱，以便泵送，在燃燒器處另外預加熱，以利霧化。使用這種燃料要求額外的設備及維護，通常不用于小型裝置。
本發(fā)明考慮到了廣范圍的具有不同硫含量的殘渣油。應當考慮到，申請人的燃料油要符合法定硫最低的規(guī)定。任何情況下，低硫燃料都是更優(yōu)選的，特別是含硫0.5％(質量)或更低的燃料。ASTM試驗方法D1266可以用于品級No.1號，但僅僅能用于硫含量0.4％(質量)及以下(低至0.01％)的樣品。申請人估計他的優(yōu)選低硫含量常常是不實際的，但都是優(yōu)選的。顯然較高的硫濃度是可以接受的，特別是由于硫的腐蝕及其它有害影響，通過申請人發(fā)明的加快燃燒速度及降低燃燒溫度的辦法，使之大大減輕。
申請人燃料的粘度也可變化。優(yōu)選的是，對于品級No.1、No.2、No.4(輕質)及No.4在40℃測得的最小動力粘度分別為1.3、1.9、1.9及5.5(mm2/s)以下。它們優(yōu)選最大粘度分別是2.1、3.4、5.5及24.0。對于品級No.1及No.2燃料的粘度限制的規(guī)定，是要保持燃料在重力流動應用場合下均勻流動和在它穿過家用燃燒器的細小噴嘴時具有良好霧化性能及恒定的流速。
同樣優(yōu)選的是，對于品級No.5(輕質)、No.5(重質)及No.6燃料在100℃下測定的最低動力粘度分別為5.0、9.0及15.0(mm2/s)。它們優(yōu)選的最大動力粘度分別為8.9、14.9及50.0。對于較重品級的工業(yè)用及船舶用燃料油，粘度是相當重要的，以便使之通過適當預熱設備，就能夠容許泵送它們到燃燒器及提供良好的霧化結果。但是，同樣重要的是，在已有條件的最大粘度下，也應當能將油滿意地從貯缸泵送到預熱器。
在申請人發(fā)明實施中，他的燃料油應當是均質烴類油，沒有無機酸，沒有過量固體或纖維外來物。
上述各種品級的組合燃料油一般應當與表10一致。但是，能改善燃燒的調整也是要明確地考慮到的。
在申請人發(fā)明實施中，優(yōu)選的是，品級No.1、No.2、No.4(輕質)、No.4、No.5(輕質)、No.5(重質)及No.6燃料最低閃點分別為38℃、38℃、38℃、55℃、55℃、55℃、60℃。但是較低閃點也是要明確考慮的。
申請人對于燃料油傾點的實施是與他的其他較重質燃料相同。優(yōu)選的是，對于品級No.1、No.2、No.4(輕質)及No.4燃料傾點溫度分別為不高于-18℃、-6℃、-6℃及-6℃。
申請人的燃料油優(yōu)選的是，盡可能程度地做到無水、無沉渣，以避免燃燒器機械故障、流動阻塞及腐蝕。只要需要，申請人燃氣渦輪燃料的實施應考慮到類似燃料油貯存及/或運送等問題。
申請人關于殘?zhí)純?yōu)選的是，采用ASTM D524方法測定殘?zhí)?，對于NO.1燃料油不超過0.15％(質量)，或No.2燃料油不超過0.35％(質量)，以避免引起燃料在蒸發(fā)燃燒器諸如缸式(pot)及套筒式(sleere)燃燒器內由于空氣不足氣氛下汽化時形成沉積物。
優(yōu)選的是，按ASTM D482方法測定的灰分，對于品級No.4(輕質)、No.4、No.5(輕質)及No.5(重質)分別不高于0.05、0.10、0.15％(最大)，以減輕燃燒器泵、伐門的高磨損及鍋爐加熱表面的沉積物。申請人發(fā)明的較低燃燒溫度有助于在一定程度上減少形成灰分。
燃料油沸點調整是本發(fā)明的一種明確的實施方案。明確考慮到的是，T-90點溫度應按實際降低，但不低于最小規(guī)格要求溫度。例如T-90溫度可以低于ASTM規(guī)格最高溫度20℃。降低50℃也是優(yōu)選的，只要如No.2燃料油那樣，T-90點溫度不要降到282℃以下。對于T-10或T-50點溫度降低一般無限制，包括T-90點溫度(除No.2燃料外)也沒限制，只要燃料能夠易于汽化及有效操作即可，尤其是對于汽化型燃燒器。
對品級No.2加熱油的最低T-90溫度的限制目的在于要保持與噴霧型家用加熱燃燒器的使用相匹配。否則，就不必規(guī)定對燃料油No.4、 5、 6的蒸餾限制，和T-90點溫度可按實際可能降低，以改善燃燒及/或減少排放污染物。
實施例150No.2燃料油，動力粘度不低于1.9，也不高于3.4(mm2/s)(40℃下測定值)，最低T-90溫度282℃，最高T-90溫度338℃，最大硫含量0.05％(質量)，最大銅條腐蝕評分No.3，及某一燃燒改善數(shù)量的ECS化合物。
表10ASTM D 396燃料油詳細要求A性質 ASTM試驗方法BNo.1、 No.2、No.4(輕質)、 No.4、 No.5(輕質)、 No.5(重質)、No.6閃點℃，最低D9338 38 3855 55 5560水份及沉，％(體積)，最大 D1796 0.05 0.05(0.50)c (0.50)c (1.00)c (1.00)c (2.00)c蒸餾溫度℃ D8610％(體積)收集的，最大 215 … … … … … …90％(體積)收集的，最小 …282 … … … … …最大 288 338 … … … … …動力粘度，40℃，mm2/s D445最小 1.3 1.9 1.9 ＞5.5 … … …最大 2.1 3.4 55 24.0D動力粘度100℃，mm2/s最小 … … …… 5.0 9.0 15.0最大 … … …… 8.9D14.9D50.0D10％蒸餾殘余物蘭氏殘?zhí)迹?質量)，最大 D524 0.15 0.35 … … …… …灰分，％(質量)最大 D482 … … 0.050.10 0.15 0.15 …硫，％(質量)最大ED129 0.50 0.50…… … ……銅條腐蝕評分，在50℃下，3小時，D130 No.3 No3 … … … ……最大，密度，15℃下，kg/m3D1298最小 ……＞876F… ………最大 850 876 …… … ……傾點℃ 最大GD97 -18 -6 -6 -6… … H注A.這些分類的目的在于，當某一品級的規(guī)格任一要求未達到，不得自動地放到下一品級的燃料中去，除非符合下一品級燃料油規(guī)格的全部要求。但是，在要求滿足特殊操作條件時，根據(jù)買方、賣方及廠方之間的意見可以同意調整修改個別限制要求。B.所指試驗方法是經過批準了的仲裁方法。其它可接受方法表示在第2段及5.1中。C.通過試驗方法D95蒸餾確定的水分量加用試驗方法D473萃取確定的沉渣量之和不超過表中所列數(shù)值。對No.6號燃料油，萃取沉渣量不超過0.50％(質量)。對水份及沉渣的總推算量超過1.0％(質量)。D.在要求低硫燃料油的地方，燃料油粘度范圍降至較低品級號， 包括降低到No.4號油的范圍時，要在買方與供方取得一致前提下才能供應。初次船運需要鑒別粘度范圍，而要從一粘度變至另一粘度時要求提前通知。這種通知要提前足夠的時間，以便讓用戶做出必要的調整。E.其它硫限制可應用于美國或其它國家經過選擇的地區(qū)。F.此限制確保了最低發(fā)熱值，并防止了錯誤表示或誤用這種產品為品級No.2號油。G.只要貯存或使用條件需要，可以規(guī)定較高或較低的傾點。在規(guī)定了傾點低于-18℃時，品級No.2號油40℃下的最低粘度為1.7mm2/s而90％最低收集溫度要放棄。H.在要求使用低硫燃料油的地方，品級No.6號油分為低傾點(+15℃最大)或高傾點(無最大)。低傾點燃料油應當用于無貯缸加熱及無管線加熱的場合。
實施例151No.6號燃料油，動力粘度不低于15.0，不高于50.0(mm2/s)(100℃下ASTM D445法測定值)和燃燒改善數(shù)量的ECS化合物。
實施例152按照實施例150-151，采用沸點調節(jié)，其中終沸點及/或T-90餾份溫度至少降低30℃。
實施例153按照實施例150-152，其中ECS化合物，碳酸二甲酯優(yōu)選，添加濃度為氧在燃料的重量百分數(shù)在0.01至30％O2范圍內。
實施例154按照實施例150-151，其中的燃料含一種燃燒改善數(shù)量的CMT。
實施例155按照實施例151-153，其中的燃料平均汽化潛熱比沸點調整前及/ECS化合物加入前至少要高0.5％至1.5％。
申請人注意到，對某些燃燒設備已經實施一氧化氮排放限制規(guī)定，一氧化氮排放隨燃料中氮含量而變化。為此規(guī)定，餾分燃料、低氮殘渣燃料及高氮殘渣燃料都受到它們氮含量的限制。裝置要求符合按照所用燃料分類的不同排放標準。在規(guī)則要求做出區(qū)別時，燃料氮含量的規(guī)格需要通過買方與供方間的一致協(xié)議。
在申請人發(fā)明實施中，如前所述理由，NOx排放能被大大降低1.0％、2.0％、5.0％、8.0％10.0％(通常甚至更高)，而勿須對燃料進行明顯的調整。在燃料油的實施中，這是一種重大成就。
在申請人燃料油的實施中，燃燒效率，按燃料燃燒碳為二氧化碳的百分數(shù)計，明顯高于未調整的燃料油。例如預計的燃燒效率增加將會在1.0％至15％范圍，通常是2.0％至10％的范圍。
由于申請人燃料油化學性質，優(yōu)選的是，所用燃燒爐，例如，應具有適宜的停留時間或熱釋放速率。優(yōu)選的燃燒器包括具有完整火焰外緣的高性能燃燒器，其釋熱速率10,000,000英熱單位/立方英尺·小時。
應當考慮，燃燒器將會有可接受的漩渦數(shù)，它是紊流的定量表示。另外，空氣通過風箱至燃燒爐，進入燃燒器的適當壓力降是量度紊流性等的一種可接受方法。
因此，在本發(fā)明實施中，優(yōu)選的是，燃燒器具有的壓力降在10至30英寸水柱范圍內。較高的壓力降也是可以接受的。
如前所述，霧化是本發(fā)明的一種優(yōu)選實施。
實施例156一種高性能燃燒器，負荷比為3∶1或更高；一種燃料霧化方法，可以為機械、蒸汽或壓縮空氣法，其中所說的霧化發(fā)生在壓力900psi下，(更低一些的壓力也可考慮)實施例157按照實施例156的較高性能燃燒器，具有完整火焰外緣、釋放熱速率達10,000,000英熱單位/立方英尺·小時。
實施例158按照實施例156-157，其中的燃燒器為高漩渦燃燒器，設計過剩空氣不超過50％。
實施例159
按照實施例156-157，其中燃燒器為低漩渦高過?？諝馊紵?。
實施例160按照實施例156-159，其中所述燃燒器壓力降在10至30英寸水柱或更高。
實施例161按照實施例156-159，其中的燃燒是在二次空氣與燃燒完全后的燃燒產物混合的氣氛中發(fā)生的。
實施例162含有ECS基礎No.6燃料的燃燒爐的操作，包括上述156-159實施例，其中產生的未燃碳的燃燒顆粒為0.1磅/106英熱單位，或更低。
實施例163按實施例159-162燃燒爐中的燃燒器操作，采用一種ASTM品級燃料油，含有燃燒改善數(shù)量的碳酸二甲酯及一種燃燒改進金屬，其預計燃燒爐燃燒效率增加范圍至少1.0％至20％。
申請人注意到他的發(fā)明也考慮到了煤的流化燃燒。例如，采用一種小于10目的煤粉燃燒器會出現(xiàn)同樣的污染減小及燃燒效率提高的效果。
同樣，在重質柴油，機車及船舶應用場合下，本發(fā)明特別有意義。例如，應當考慮到，機車及船舶用燃料要滿足相應的ISO DIS8217及BS MA100標準。而且，由于機車及船舶燃料的硫含量通常都高于大多數(shù)燃料。申請人的發(fā)明，由于它燃燒溫度的目標，有助于緩解硫腐蝕及其它污染物，是特別引人注意的。
實施例164一種操作重質柴油、機車或船舶用燃料組合物的方法，其方法包括混合一種符合ISO DIS 8217及BS MA100標準的燃料和其中所述燃料含硫濃度0.01至3.0％(質量)(低于0.05％是可以接受的)，50℃下應用粘度為10至500厘沲；另外還含有一種ECS燃料，從而所得燃料在所述重柴油機、機車或船舶引擎中燃燒，結果降低了腐蝕，改善了燃料消耗至少1.0％以上。
實施例164a按照實施例164方法，其中所述重柴油機、機車或船舶引擎在中等至高負載條件下操作，從而燃料消耗改善至少0.5％至5.0％或更高，超過了沒有ECS燃料的燃料油。
實施例165按照實施例164的燃料組合物，另外含有一種無灰分散劑，它可以從烯基丁二酸酯、胺的烯基丁二酰亞胺、甲胺、2-乙基己胺、正十二胺等等中挑選。(見USP 3,172,892；3,202,678；3,219,666；4,234,435。)實施例166上述燃料組合物，其中燃料含有抗氧劑。
實施例167按照實施例164-165的燃料組合物，其中ECS燃料含碳酸二甲酯從0.01至約30.0％(體積)及一種燃燒改善數(shù)量的CMT。
實施例168一種在操作機車或船舶引擎運行中改善熱效率的方法，其中所述方法包括把以ECS為基礎的重燃料組合物注入燃燒室，其中燃燒在加速和更有效的速率下進行，而且燃燒溫度降低；從而熱效率提高至少5％。
火箭燃料應用火箭引擎推進是本發(fā)明特別理想的目標。
申請人的火箭引擎應用，把燃料能量轉化適用的形式，噴射貯存的物質，經過引擎產生動量，使申請人的發(fā)明特別理想，特別是由于它降低了燃燒溫度及超音速膨脹的能力。
申請人的火箭燃料應用的一個目標是在降低了的燃燒溫度下產出高脈沖、高推力/功率，這是重要的及十分明顯不同于以往技術之處。這種目標又進一步導致引擎壽命延長，燃燒室尺寸較小，結構重量較輕(避免了某些冷卻零件)等等。
因此，申請人的液體火箭能夠保持同樣的主要脈沖及推力特性，且又使重量減至最輕而不使可靠性受損害。是本發(fā)明的一個特殊的實施方案。
本發(fā)明的一個特別理想的目標是，有能力達到接近以前只有用壓縮液體即氫及氧達到的推力/功率性能。申請人的發(fā)明是能夠達到應用液體燃料或混雜燃料同樣結果，而無需特殊貯存、深度冷凍、液化及運輸?shù)鹊取?br> 要考慮到寬范圍火箭系統(tǒng)。氣態(tài)、液體及固體推進劑系統(tǒng)及混合物、雙組分及非雙組分都是要考慮的。
無數(shù)固體火箭推進劑包括雙基的或膠態(tài)的，柯達炸藥或擠條雙基的，復合的，模壓的、塑性的，具有聚合粘結劑的推進劑，復合改進式雙基的，分子的等等推進劑。
申請人發(fā)明考慮到了一種聚合粘結劑系統(tǒng)，把推進劑都固定一起，大部分是晶體氧化劑及有選擇的一種金屬燃料添加物，以增加比推力及密度。
申請人的雙基復合組合物，其中用硝基甘油-硝化纖維作為與無機粘結劑及金屬添加劑的粘結劑。普通聚合物型，非金屬固體推進劑及金屬固體推進劑是眾所周知的。
在固體燃料實施中，申請人的固體ECS化合物要被采用，及/或可以使用混雜液/固系統(tǒng)。
申請人發(fā)明的火箭引擎推進系統(tǒng)包括火箭及沖壓式火箭推進發(fā)動機。沖壓噴氣及空氣加力式火箭也是要考慮的。
考慮到的液體推進劑包括有雙組分推進劑(燃料及氧化劑)、單推進劑、氣體推進劑及混雜推進劑。申請人發(fā)明的液體火箭推進劑引擎實施例出現(xiàn)于NASA的有人操縱及無人操縱土星、阿特拉斯及大力神計劃。本發(fā)明考慮的火箭包括那些為空間飛船推進，助推器推進，空中發(fā)射導彈、彈道導彈、防空導彈、噴氣助推起飛、彈射加速、飛機動力裝置、高空控制、星際運載推進，潛艇發(fā)射導彈及反彈道裝置等。
申請人發(fā)明的火箭引擎推進系統(tǒng)，包括火箭和沖壓式火箭推進。沖壓噴氣機、超音速沖壓噴氣機及空氣加力火箭發(fā)動機都也是可考慮的。
實施例169一種液體雙推進劑及單推進劑火箭引擎，具有壓力進料系統(tǒng)，用于低推力或高推力飛行器高空控制及/或演習場合，采用有效脈沖運行引擎及火箭燃料。
實施例170按照實施例169，其中所述脈沖性能是在非常短的時間0.020秒或以下極為有效。
實施例171按照實施例169-170，其中所述脈沖運行系統(tǒng)必須至少在每次飛行中再起動1,000次以上。
實施例172按照實施例169，其脈沖控制引擎推力為20.0磅，采用一種燒蝕推進燃燒室，其中系統(tǒng)經歷至少2,000次再啟動，總累計持續(xù)時間至少600秒脈沖運行，和最小一周飛行時期。
實施例173按照實施例169，其中引擎屬于空氣脈沖(aerospike)引擎。
申請人發(fā)明的吸引人的目標之一，就是降低燃燒溫度，在液體推進劑引擎中正常應用時能達到4000°F至7000°F范圍。
適當降低燃燒溫度，有利于改善設計及增加推力，和采用能使推力改善的金屬，如硼、鋰、錳、鋁、鈹、三甲基鋁、二甲基鈹?shù)鹊取?br> 本發(fā)明實施中可接受的氧化劑有液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、氟、三氟化氯、全氯氟化物、亞硝基氟化物、硝基氟化物、三氟化氮、一氧化二氟、氟酸鹽、氧化氯、四氧化氮、過氧化氫、過氯酸鉀、全氯氟化物、五氟化溴、三氟化氯，ON7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不同濃度)、WFNA，四硝基甲烷等。
在本發(fā)明實施中，ECS化合物它們自身可組合為混合物及/或與推進劑燃料組合。無數(shù)考慮的推進劑或共推進劑燃料實施例包括有乙炔、氫硼化鋁、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二甲胺、二乙烯三胺、氰、乙烷、乙醇、乙胺、乙二胺、環(huán)氧乙烷、亞乙二胺、硝酸乙酯、硫化二甲酯、糠醇、汽油、庚烯、肼(包括取代基肼類)、氫、硝酸乙酯、異丙醇、JP-3、JP-4、煤油、鋰、氫化鋰、甲烷、甲縮醛、甲醇、硝酸甲酯、甲胺、甲基乙炔、甲基乙烯基乙炔、單乙基苯胺、硝基甲烷、硝基丙烷、硝化甘油、正辛烷、丙烷、環(huán)氧丙烯、硝酸正丙酯、鄰甲苯胺、三乙胺、三甲胺、三甲基三硫代亞磷酸鹽、松節(jié)油、偏二甲肼、二甲代苯胺、2，3-二甲代苯胺、氫硼化鋰、單甲基肼、戊硼烷及其它等。也考慮到的金屬推進劑包括三甲基鋁及二甲基鈹。
實施例173a一種操作火箭的方法，其中采用一種ECS燃料(如ECS化合物及金屬物)，和任選至少一種氧化劑及/或火箭共燃料；在所述引擎中燃燒所述燃料，從而引擎溫度降低100°F至1000°F，于是推力增加及/或引擎重量可以減輕。
實施例173b按照實施例173a方法，其中燃燒壁溫度得以控制并不超過1300°F至2000°F。
實施例174
一種火箭推進劑，包含有DMC及任選的一種氧化劑(包括前述那些，理想的是硝酸(HNO3)及/或過氧化氫)和一種金屬。
實施例175按照實施例174，其中推進劑含有從前述許多組合成分中挑出來的一種共燃料。
實施例176按照實施例174，其中氧化劑為N2O4。
實施例177一種應用按照實施例169-172中的火箭燃料的方法，其中比推力加大，而沒有使燃燒溫度上升。
因此使用申請人的單推進劑燃料的一個實施方案在于，特別是基于過氧化氫或肼，與前述金屬一起，構成的燃燒壁溫分別不超過1300°F及2000°F。單推進劑采用碳酸二甲酯及/或另外的多燃料推進劑(其中之一為DMC)，及/或一氧化劑及/或多氧化劑，預計也可得到相同的壁溫。
因此，也是本發(fā)明的進一步實施方案，在于作為申請人的方法，控制燃燒溫度的效果，改善了火箭發(fā)動機設計，減輕其總重量，因此可以采用增大了的高熱釋放的金屬數(shù)量及/或其它的推進劑。未曾預料到地可以增加比推力而不另外加大重量成本的方法。
實施例178一種增加火箭引擎的比脈沖功率而不伴隨增加燃燒溫度的方法，所述方法包括提供一種具有實施例173a-177性質的燃料組合物，進入火箭燃燒室系統(tǒng)，其中發(fā)生爆燃，這樣通過維持燃燒室壓力500PSi，所述燃燒的比脈沖超過200Isp Sec(大于250Isp Sec更優(yōu)選)。
實施例179按照實施例178方法，其中采用一種注射器將燃料注入火箭燃燒室，注射器選自撞擊式燃料-氧化劑注射器，預混注射器，“嵌入”可變伐注射器，其中的注射器孔是圓周注入短管、錐形注入短管、銳邊緣錐及銳邊緣孔等的一種。
推力或比脈沖的改善明顯表現(xiàn)比現(xiàn)有系統(tǒng)增加3.0％至15％。最小改善也比現(xiàn)有系統(tǒng)及同樣燃料高1.0％至3.0％。大部分改善為10％至50％的數(shù)量級。
降低燃燒溫度可以改善再生冷卻推力室，它利用液體推進劑的一種循環(huán)通過冷卻夾套，吸收燃燒壁的熱量。
其它冷卻燃燒室壁系統(tǒng)，由于重量附帶減輕而有所改善，包括有輻射冷卻室，其中推力室是由耐熱材料構成，燒蝕推力室，其室壁是由專門的復合材料制作，它可以較慢速率消耗而基本上構成了防護邊界層。還有其它一些，包括渦輪排氣冷卻、散熱片冷卻、絕緣冷卻、堆卸冷卻、燒蝕冷卻、再生冷卻、薄膜冷卻、穿透冷卻及組合方法等。
申請人發(fā)明的另外好處是能改善推進劑的可貯存性。因而應當考慮到可靠而成本低的液體可貯推進劑的預包裝應用。
另一個重要優(yōu)點是，生產申請人的火箭燃料成本比現(xiàn)有燃料低。申請人預計能夠使火箭燃料成本比現(xiàn)有火箭燃料低50％之多。
申請人注意到，采用碳酸二甲酯的優(yōu)選ECS實施方案表明DMC的貯氧能力，表現(xiàn)為一種優(yōu)良的氧化劑及燃料。
如果采用錳，錳濃度是重要的，其范圍從0.5克至1000克/加侖，或更高，視環(huán)境情況需要而定。雙組分火箭燃料中的濃度通常在燃料重量6％以上。最大濃度是由可接受的燃燒極限決定。CMT在與過氧化氫結合使用時，看來也具有令人注意的點火催化劑特性，尤其在雙組分火箭燃料中。
在申請人的火箭應用中，當采用外源點火的氧化劑系統(tǒng)時，點水平穩(wěn)且延遲時間縮短。
在本發(fā)明的實施中，伯芳胺，如苯胺，二甲代苯胺及混合物，都可考慮用于縮短點火延遲，特別是在使用硝酸的時候。
申請人發(fā)明的一種理想實施在于，應用一種ECS化合物(優(yōu)選的是碳酸二甲酯)作為推進劑與一種氧化劑及/或一種金屬組合一起。另外的共燃料也是要考慮的。
申請人知道，DMC具有單組分推進劑性質，特別是結合空氣噴氣增壓的場合。應當想到，DMC可以采用做為唯一要求添加氧化劑的燃料，或者另外作為氧化劑與一種燃料一起使用。對于后一種情況，可能需要另外的氧化劑或空氣噴氣增壓。
DMC與某一金屬一起用作火箭推進過程的主要組分，仍然是本發(fā)明的一個實施方案。
實施例180
一種火箭燃料推進劑，含有ECS化合物，其選自下述化合物碳酸二甲酯、乙炔、氫硼化鋁、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二乙烯三胺、乙烷、乙醇、乙胺、乙烯、乙二胺、環(huán)氧乙烷、硝酸乙酯、糠醇、汽油、庚烷、肼(包括取代基肼類)、氫、異丙醇、鋰、氫化鋰、甲烷、甲縮醛、甲醇、甲胺、硝基甲烷、硝基丙烷、正辛烷、丙烷、硝酸正丙酯、鄰甲苯胺、三乙胺、三甲基三硫代亞磷酸鹽、松節(jié)油、偏二甲肼、2，3-二甲苯胺、氫硼化鋰、單甲基肼、戊硼烷及混合物，和一種推進改善數(shù)量的金屬。
實施例181按照實施例180，其中的組合物另外含有一種已知氧化劑，選自以下組合物系列液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、氟、四氧化氮、過氧化氫、高氯酸鉀、氟化全氯、五氟化溴、三氟化氯、ON7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不同強度)WFNA、四硝基甲烷、氟、三氟化氯、氟化全氯、亞硝?；?、硝基氟化物、三氟化氮、一氧化二氟、氟酸鹽、氧化氯等等。
實施例182一種火箭燃料組合物，包含有過氧化氫及一種金屬，如環(huán)戊二烯三羰基錳化合物，或任選的DMC。
實施例183一種火箭燃料組合物，含有過氧化氫，一種氧化劑及一種金屬，和任選的DMC。
實施例184按照實施例183組合物的火箭燃料，其中的金屬選自由下列組合物的系列環(huán)戊二烯三羰基錳、锝、錸、鋁、鈹或硼化合物，包括戊硼烷、癸硼烷、barazole、氫硼化鋁、三甲基鋁、氫硼化鈹、二甲基鈹、氫硼化鋰和它們的同系物及混合物。
實施例185按照實施例183，其中的氧化劑選自以下液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、氟、四氧化氮、過氧化氫、高氯酸鉀、全氯化氟、五氟化溴、三氟化氯、NO7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不同強度)、WFNA、四硝基甲烷及混合物等。
實施例186一種火箭燃料組合物，含有碳酸二甲酯、肼及環(huán)戊二烯三羰基錳化合物。
實施例187一種火箭燃料組合物，含有碳酸二甲酯及一種氧化劑，選自硝酸或硫酸，加有或沒加有金屬。
實施例188一種火箭燃料組合物，含有碳酸二甲酯、肼或取代基肼，及/或過氧化氫和/或一種金屬。
實施例189一種火箭燃料，含有碳酸二甲酯、肼及煤油，和任選一種金屬。
實施例190一種火箭燃料，含有碳酸二甲酯、氫、一種金屬及任選的一種氧化劑。
實施例191一種火箭燃料，含有碳酸二甲酯、水楊醛及一種金屬。
實施例192一種火箭燃料，適用于空氣噴氣系統(tǒng)，含有碳酸二甲酯、金屬及任選的火箭共燃料，及任選的氧化劑。
實施例193按照實施例5，其中無數(shù)火箭共燃料的實施例包括氫、肼及煤油。
實施例194一種火箭燃料組合物，含有過氧化氫、CMT及一種共推進劑，選自以下系列物碳酸二甲酯、 乙炔、氫硼化鋁、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二乙烯三胺、乙烷、乙醇、乙胺、乙烯、乙二胺、環(huán)氧乙烷、硝酸乙酯、糠醇、汽油、庚烷、肼(包括取代肼類)、氫、異丙醇、鋰、氫化鋰、甲烷、甲縮醛、甲醇、 甲胺、硝基甲烷、硝基丙烷、正辛烷、丙烷、硝酸正丙酯、鄰甲苯胺、三乙胺、三甲基三硫代亞磷酸鹽、松節(jié)油、偏二甲肼、 2，3-二甲苯胺、氫硼化鋰、單甲肼、戊硼烷及混合物；及一種推進改善數(shù)量的環(huán)結構三羰基錳化合物。
熟悉此領域的人們都會明白，對這里披露的發(fā)明，可以做出許多變化及修改，而會由此偏離本發(fā)明的精髓及范圍。
權利要求
1)一種材料組合物，包含一種或多種ECS化合物；和一種燃燒改善數(shù)量的至少一種燃料可溶性高發(fā)熱值的金屬化合物，所述金屬化合物內含至少一種選自以下的金屬鋁、硼、溴、鉍、鈹、鈣、銫、鉻、鈷、銅、鈁、鎵、鍺、碘、鐵、銦、鋰、鎂、錳、鉬、鎳、鈮、磷、鉀、鈀、銣、鈉、錫、鋅、鐠、錸、salane、釩及混合物，其中此組合物特征在于具有最低汽化潛熱200英熱單位/磅(60°F下)或相當?shù)臄?shù)值。
2)權利要求1的組合物，具有最小層流燃燒速度48cm/sec。
3)權利要求1的組合物，另外含有大部分的一種共燃料，此共燃料是選自以下被認可的另外燃料氫、石油氣、液化石油氣、液化石油氣-丙烷、液化石油氣-丁烷、天然氣、天然氣液體、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙烷-丁烷混合物、燃料甲醇，如M80、M90或M85燃料、燃料乙醇、生物體燃料、植物油燃料、車用汽油、航空汽油燃料包括Gr80、Gr100、Gr100LL、傳統(tǒng)車用汽油、重配方汽油，低蒸汽壓汽油、低硫汽油、煤油、寬沸程燃料、瓦斯透平燃料、航空噴氣渦輪燃料包括JP-4、JP-5、JP-7、JP-8、JP-9、JP-10、TS、JetA-1、JetA、JetB、軍用航空汽油、導彈燃料、固體及液體火箭燃料、單組分推進劑、多組分推進劑燃料、雙組份火箭燃料、瓦斯油渦輪-引擎燃料包括Gr.o-4，分層進料引擎燃料、柴油燃料包括(低硫)No.1-D、(低硫)No.2-D、No.1-D、No.2-D、No.4-D及較老品級的C-B型、T-T型、T-R型、S-M型；重配方柴油燃料、燃料油包括品級-1、品級-2、品級4(輕質)、品級-4、品級-5(輕質)、品級5(重質)及品級6；供船舶及機車使用的重柴油包括那些符合ISO DIS8217及BS AM100標準的燃料油，各種餾出油、殘渣型油、循環(huán)油、循環(huán)輕質油、輕質循環(huán)瓦斯油、重循環(huán)油、燃料油、重循環(huán)瓦斯油、真空燃料油、燃燒器油、燃燒爐油、煤液體產物、SRC-II中間餾份、煤燃料、近煤液體產物、粉煤、油砂燃料、頁巖油燃料、肼、氨、乙炔及滿足ASTM規(guī)格、EPA認可標準、工業(yè)及/或政府規(guī)格的，現(xiàn)在及未來的燃料，包括它們的混合物。
4)權利要求3所述組合物，其中的共燃料為寬沸點烴類，其中終沸點及T-90點溫度降低，以增加該組合物平均汽化潛熱。
5)一種產生預燃燒蒸汽的方法，所述方法包括在適宜壓力下蒸發(fā)或注射一種燃料，進入空氣噴氣燃燒系統(tǒng)，燃料含有獨有的至少一種60°F汽化潛熱200英熱單位/磅以上，300英熱單位/磅更優(yōu)選及層流燃燒速度超過48cm/sec的ECS化合物；其中所述蒸汽含有至少一種金屬；和所述ECS化合物及金屬注入或蒸發(fā)時顆粒大小低于70微米；對蒸汽引入足夠溫度，使之點燃，而后未燃蒸汽分解為大量的H、CO、OH、自由基，所述自由基在火焰前峰擴散開來。
6)權利要求5的方法，其中在未汽化燃料中至少含有一種含氧ECS化合物；其中未汽化燃料在其沸點溫度下的汽化潛熱超過26KJ/mol。
7)權利要求5的方法，其預燃燒蒸汽是衍生于碳酸二甲酯及一種環(huán)結構錳化合物的產物。
8)權利要求5的方法，其預燃燒蒸汽是衍生于碳酸二甲酸及選自硼、鎂、錳或其混合物的產物
9)權利要求5的方法，其中所述蒸汽另外包含一種衍生于一種含碳共燃料的蒸汽，以質量基準計，所述含碳蒸汽是蒸汽的大部分；從而與僅有共燃料的蒸汽相比，所得蒸汽的燃燒速度增加至少5％，燃燒溫度至少降低10°F。
10)權利要求5的方法，其中共燃料蒸汽衍生于另外一種燃料、氫、石油氣、液化石油氣、液化石油氣-丙烷、液化石油氣-丁烷、天然氣、天然氣液體、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙烷-丁烷混合物、燃料甲醇，如M80、M90或M85燃料、燃料乙醇、生物體燃料、植物油燃料、車用汽油、航空汽油燃料包括Gr80、Gr100、Gr100LL、傳統(tǒng)車用汽油、重配方汽油，低蒸汽壓汽油、低硫汽油、煤油、寬沸程燃料、燃氣透平燃料、航空噴氣渦輪燃料包括JP-4、JP-5、JP-7、JP-8、JP-9、JP-10、TS、JetA-1、JetA及JetB、軍用航空汽油、導彈燃料、固體及液體火箭燃料、單組分推進劑、多組分推進劑燃料、雙組份火箭燃料、瓦斯油渦輪引擎燃料包括Gr.O-4，分層進料引擎燃料、柴油機燃料包括品級No.1-D(低硫)、品級No.2-D(低硫)、No.1-D、No.2-D及No.4-D；及早期品級C-B、T-T、T-R、S-M；重配方柴油燃料、燃料油包括Gr1、Gr2、Gr4(輕質)、Gr4、Gr5(輕質)、Gr5(重質)及Gr6、船舶或鐵路用重柴油、包括那些符合ISO DIS 8217及BS MA1000標準的燃料油，各種餾份油、殘渣燃料油、循環(huán)油、輕循環(huán)油、輕循環(huán)瓦斯油、重循環(huán)油、燃料油、重循環(huán)瓦斯油、真空燃料油、燃燒器燃料油、燃燒爐用油、煤液體產物、SRCII中間餾份油、煤燃料油、近煤液體產物、粉煤、油砂燃料、頁巖油燃料、肼、氨、乙炔及滿足ASTM規(guī)格的、EPA合格標準的、工業(yè)及/或政府規(guī)格的，包括現(xiàn)在和未來的，以及由此混合的燃料油。
11)權利要求5的方法，其中的蒸汽另外包含一種共燃料蒸汽；其中所述蒸汽燃燒驅動引擎在中等或較高負載下運作；從而所述操作的燃料經濟性高于單純共燃料的0.5％至20.0％。
12)權利要求5的方法，其中所述蒸汽另外含有至少一種來自引擎、汽化器及/或吸氣/注入系統(tǒng)的清凈劑/分散劑的蒸汽，清凈劑/分散劑包括商業(yè)可供給的長鏈二元酸衍生物(如丁二酰亞胺類諸如HiTec4450)、長鏈脂肪多胺(如聚異丁烯多胺)或長鏈曼尼奇堿；及/或一種無灰添加劑包括多醚胺、多烯胺、烯基丁二酰亞胺、聚醚酰胺及混合物；以及抗氧化劑、破乳劑、乳化腐蝕抑制劑、芳烴溶劑、清垢劑、稀釋油、互溶劑、金屬減活劑及混合物。
13)權利要求5的方法，其中所述蒸汽另外含有一種共燃料蒸汽和在下述一種的引擎或燃燒器中燃燒，這種引擎或燃燒器是選自火箭引擎、布雷敦(Bray ton)循環(huán)引擎、瓦斯油渦輪、航空噴氣渦輪、柴油機、船舶及機車引擎、航空燃氣引擎、汽車引擎、燃燒油爐、殘渣油爐、燃油爐、瓦斯燃燒器、瓦斯爐、內壓縮引擎、火花點火內燃機、貧油燃燒系統(tǒng)、快速燃燒系統(tǒng)，外燃斯特林(Stirling)或蘭金(Rankine)引擎、奧托循環(huán)引擎或催化劑系統(tǒng)。
14)權利要求5的方法，其中的蒸汽另外含有一種氧化劑。
15)權利要求5的方法，另外含有一種共燃料蒸汽和其中共燃料的汽化潛熱及/或其燃燒速度的提高是通過降低產生蒸汽的液體共燃料的終沸點溫度/T-90點溫度及/或控制其T-50點溫度而達到的。
16)一種制備傳統(tǒng)或再配方汽油組合物的方法，包括切割較高沸點的燃料餾份，使得切割的清潔燃料的平均汽化潛熱比未切割的清潔燃料的要至少高0.5％和1.5％更優(yōu)選或更高。
17)權利要求16中所述方法，其中將達到1/32克錳/加侖的MMT混合到這個組合物中，從而使得燃料經濟性增加至少1.0％。
18)權利要求16所述方法，其中含有金屬的切割燃料經燃燒并排出燃氣通過裝有OBD-II型催化劑監(jiān)視器的三通排氣管催化劑系統(tǒng)；從而使在催化劑沖洗涂層上氧化錳沉積得到充分的控制，而所述催化劑監(jiān)視器沒有失效。
19)權利要求16的方法，其中一種含氧ECS化合物添加到氧含量達基礎燃料重量的1.1％至2.7％，其中組合燃料的T-50溫度超過170°F，但低于220°F；和從而燃料的T-90溫度，在沒有含氧化合物存在時，不超過300°F；而且燃料經燃燒，排放物經過采用了OBDII催化劑監(jiān)視器的排氣管催化劑系統(tǒng)而排出；這樣使得沉積在催化劑沖洗涂層上的氧化錳受到充分的控制，而使所述監(jiān)視器未失效。
20)一種使用傳統(tǒng)或重配方汽油運作的車輛燃料經濟性提高的方法，所述方法包括降低汽油沸點溫度，使它的T-90點餾份溫度不大于270°F；把MMT混合到組合物中，達到1/32克錳/加侖燃料；在汽油動力車輛中燃燒所述組合物，從而使燃料經濟性改善0.5％或以上。
21)權利要求20的方法，其中的燃料經濟性改善，超過了沒有降低T-90點溫度的清潔燃料及含有MMT的同樣燃料兩者。
22)一種增加汽油引擎燃料經濟性的方法，所述方法包括切割汽油餾份，使之T-90點餾份沸點溫度不高于270°F；混合MMT到組合物中達1/32克錳/加侖；在汽油動力車輛中燃燒所述組合物，從而燃料經濟性改善0.5％或更多。
23)一種避免催化劑排氣管堵塞方法，所述的方法包括使足夠數(shù)量具有充分高的汽化潛熱的ECS燃料與一種含有1/32克錳/加侖或更多的MMT的傳統(tǒng)無鉛汽油或重配方汽油混合；在燃燒所述燃料時，該燃料的排氣溫度被降低；排出所述燃氣進入排氣管催化劑，其中入口燃氣溫度低于1400°F；排放燃氣于大氣中。
24)一種操作汽油內燃機的方法，所述方法包括使一種傳統(tǒng)汽油，非傳統(tǒng)汽油，或重配方汽油與一種燃燒改進數(shù)量的ECS化合物及一種燃燒改善數(shù)量的MMT/及/或其它金屬進行混合；在所述引擎中燃燒所述燃料，其中引擎是在負載至少12.5ihp(16.0ihp更優(yōu)選)，其中的燃料經濟性增加。
25)權利要求24的方法，其中負載大約20ihp時和燃料經濟性改善5％至30％。
26)權利要求24的方法，其中所述燃料含氧按重量計為0.05％至3.7，由MTBE、ETBE、DMC、甲醇、乙醇、或甲縮醛，或混合物，和達到1/64至1/4克錳/加侖的MMT提供；和其中引擎操作負載超過16ihp條件下；從而燃料經濟性改善。
全文摘要
用于噴氣發(fā)動機、渦輪、柴油機、燃料油和汽油燃燒系統(tǒng)的冷卻高能燃料組合物。更特別地，涉及含燃燒改善結構(ECS)的燃料。
文檔編號C10L1/26GK1150447SQ95192858
公開日1997年5月21日 申請日期1995年3月2日 優(yōu)先權日1994年3月2日
發(fā)明者威廉·C·奧爾 申請人:威廉·C·奧爾