專利名稱：方法和包含環(huán)烷酸鐵的燃料添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒添加劑和該燃燒添加劑用于保護(hù)和改進(jìn)柴油燃料燃燒系統(tǒng)的操作的用途。該添加劑包含一種或多種含鐵化合物。該添加劑可以在燃料被導(dǎo)入燃燒室之前加入燃料中或者加入燃燒室后面的排氣中。該添加劑通過(guò)例如改善排氣后處理性能而提高柴油燃料燃燒系統(tǒng)的操作。
背景技術(shù)：
燃料包含的金屬添加劑被用于各種燃燒設(shè)備，用于例如提高辛烷值、改善發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物控制、氣門座磨損控制、降低尾氣排放和保護(hù)排氣后處理系統(tǒng)。這些添加劑可以在煉油廠摻入燃料，或者作為濃縮物帶在車上，在需要時(shí)加入燃料流。
車載金屬添加劑濃縮物由于能夠降低顆粒的點(diǎn)火點(diǎn)而被用于保持柴油機(jī)顆粒捕捉過(guò)濾器(DPFs)的壽命。通過(guò)降低點(diǎn)火點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在較低排氣溫度下捕捉器的再生。這是有用的特征，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的排氣很少達(dá)到捕捉器熱點(diǎn)火所必需的高溫(超過(guò)450℃)。結(jié)果，顆粒負(fù)荷變得如此之高，以至于背壓的提高會(huì)妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)的正常操作。此外，隨后的點(diǎn)火是十分劇烈的，以至于產(chǎn)生的熱量會(huì)燒結(jié)和/或熔化作為DPF的組成部分的催化劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使捕捉器能在相對(duì)較低的排氣溫度下得到經(jīng)常再生，車載金屬添加劑的使用能夠降低背壓和減少燒結(jié)。
鐵是供DPFs使用的金屬添加劑中的一種金屬。使用的最普通的有機(jī)金屬形式是二茂鐵。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，二茂鐵作為鐵源并不總是有利的，特別是作為添加劑濃縮物時(shí)更是如此，因?yàn)槎F在各種溶劑中具有有限的溶解度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的添加劑和方法是基于使用含鐵化合物，并且特別是基于使用包括環(huán)烷酸鐵的含鐵化合物。添加劑中的鐵能夠促進(jìn)作為燃燒副產(chǎn)物的碳顆粒物質(zhì)的氧化。在被引入排放物流時(shí)，鐵與顆粒的碳級(jí)分接觸，加速碳的氧化反應(yīng)，因此有助于后處理系統(tǒng)的再生。由于有助于后處理系統(tǒng)的再生，含鐵添加劑防止了無(wú)法接受的排氣背壓的增大，否則由于在后處理系統(tǒng)、例如柴油機(jī)顆粒捕捉過(guò)濾器(DPF)中產(chǎn)生高的顆粒負(fù)荷，因此排氣背壓將增大。由于限制了DPF結(jié)構(gòu)對(duì)源于高顆粒負(fù)載DPF的破壞性高放熱量的暴露，因此含鐵化合物還能提高DPF的壽命。
在一個(gè)實(shí)施方案中，燃燒添加劑包含環(huán)烷酸鐵和烴溶劑。該添加劑具有大于大約55℃的閃點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，添加劑中的鐵濃度大于15g/L。
在另一個(gè)可選方案中，減小源于排氣后處理系統(tǒng)上顆粒負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓的方法包括幾個(gè)步驟。這些步驟包括提供具有排氣后處理系統(tǒng)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒燃料以形成燃燒排氣，將含鐵化合物加入該燃燒排氣，其中所述含鐵化合物包括環(huán)烷酸鐵。含鐵化合物可以通過(guò)在燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒之前將含鐵化合物添加到燃料中而加入到燃燒排氣中，或者在燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒后加入到排氣中。
另一種可供選擇的提高柴油機(jī)微粒過(guò)濾器操作的方法是以類似的方式進(jìn)行的。該方法的步驟包括提供具有柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，在該發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒柴油燃料而形成燃燒排氣，和將含鐵化合物加入到該燃燒排氣中，其中含鐵化合物包括環(huán)烷酸鐵。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬添加劑濃縮物預(yù)計(jì)被貯藏在車載的特殊容器中，該容器滿足超過(guò)50,000英里的車輛壽命的需要。因此，車載容器必須容納足夠的活性金屬，以便能夠維持所要求的運(yùn)行時(shí)間。此外，添加劑濃縮物必須在車輛性能的極端狀況下是穩(wěn)定的。作為鐵源的二茂鐵在柴油燃料中的有限溶解度事實(shí)上妨礙了其被用于車載添加劑濃縮物。
環(huán)烷酸鐵已經(jīng)被認(rèn)為是可與金屬添加劑濃縮物的車載容器聯(lián)合使用的適合的含鐵化合物。特別地，環(huán)烷酸鐵與烴溶劑結(jié)合使用已經(jīng)被認(rèn)為是有效的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，包含環(huán)烷酸鐵的燃燒添加劑可以具有大于大約15g/L的鐵濃度。在可選擇的實(shí)施例中，鐵濃度大于大約22g/L。在一個(gè)實(shí)施例中，添加劑中的鐵濃度是大約23.6g/L。在具有大約23.6g/L的鐵濃度的添加劑實(shí)施例中，所使用的環(huán)烷酸鐵的量可以是例如196.66g/L溶劑。在某些例子中，添加劑中鐵濃度可以高達(dá)125.0g/L，或者更高。
在此，可以與環(huán)烷酸鐵添加劑結(jié)合使用的溶劑包括烴溶劑。在一個(gè)實(shí)施例中，該溶劑是閃點(diǎn)為大約150°F的芳香族溶劑。具體的可接受的溶劑可以ShellSol AB(ShellSol A150)購(gòu)得。閃點(diǎn)高于大約130°F的其他溶劑是可接受的。該溶劑可以具有大約150-400℃的沸程。在一個(gè)實(shí)施例中，溶劑的沸程在170-300℃范圍之內(nèi)。
在其中添加劑被保存在車載特殊容器中的所討論的實(shí)施例中，添加劑適合于在燃料在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒以前被加入到燃料中?？蛇x擇地，含鐵化合物可以被加入到由燃料在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中燃燒產(chǎn)生的排氣流中。
因此，本發(fā)明還提供了一種方法，其中燃料是柴油燃料，該柴油燃料包含至少一種低溫流動(dòng)改進(jìn)劑或者防蠟添加劑，并且還包含選自硝化物和過(guò)氧化物的點(diǎn)火改進(jìn)劑，并且其中燃燒添加劑具有0.3到125.0g/L的鐵濃度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度和低于-40℃的濁點(diǎn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中提供了一種方法，其中燃料是柴油燃料，該柴油燃料包含低溫流動(dòng)改進(jìn)劑或者防蠟劑，并且燃燒添加劑具有22.3到25.0g/L的濃度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶劑沸程和低于-40℃的濁點(diǎn)。
另一個(gè)實(shí)施例提供了一種方法，其中燃料是柴油燃料，該柴油燃料包含至少一種選自硝化物和過(guò)氧化物的點(diǎn)火改進(jìn)劑，和其中燃燒添加劑具有22.3到25.0g/L的鐵濃度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶劑沸程和低于-40℃的濁點(diǎn)。
本文的另一個(gè)實(shí)施方案提供了一種方法，其中燃料是柴油燃料，該柴油燃料包含低溫流動(dòng)改進(jìn)劑或者防蠟添加劑，并且還包含選自硝化物和過(guò)氧化物的點(diǎn)火改進(jìn)劑，和其中燃燒添加劑具有22.3到25.0g/L的鐵濃度、在40℃下不大于1.70mm2/s的粘度、170-300℃的溶劑的沸程和低于-40℃的濁點(diǎn)。
鐵(環(huán)烷酸鐵)的處理率可以根據(jù)需要和給定系統(tǒng)的要求而變化。處理率必須是足夠的，以便能夠有效地防止由柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器的高顆粒負(fù)荷產(chǎn)生的無(wú)法接受的排氣背壓。通過(guò)限制DPF結(jié)構(gòu)對(duì)由高顆粒負(fù)載DPF產(chǎn)生的破壞性高放熱量的暴露，該處理率必須足以延長(zhǎng)DPF的壽命。
可以從本發(fā)明中獲益的燃料燃燒系統(tǒng)包括所有燃燒柴油燃料的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。在此“燃燒系統(tǒng)”指任何和所有內(nèi)部和外部燃燒設(shè)備、機(jī)器、發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐、焚燒爐、蒸發(fā)燃燒器、靜態(tài)燃燒器等等，它們可以燃燒柴油燃料，或者在它們中可以燃燒柴油燃料。
柴油燃料燃燒系統(tǒng)正在進(jìn)行工程化，以引入一種或多種新的組成部分，這些新的組成部分可能導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)中新的、高水平的顆粒負(fù)荷的積累。新的柴油燃料燃燒系統(tǒng)組成部分包括，但是不局限于排氣再循環(huán)系統(tǒng)，它可以是熱的或者冷的；可變渦管(scroll)渦輪增壓器/可變幾何形狀渦輪增壓器；普通-軌道(rail)燃料噴射系統(tǒng)；液力-起動(dòng)電子控制組合式噴射器；渦輪增壓的和冷卻之后的燃燒空氣系統(tǒng)；提高平均燃油噴射壓力和注射率可調(diào)系統(tǒng)(capablesystems)；用于燃燒空氣、燃料和排氣的電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)；調(diào)節(jié)閥動(dòng)作系統(tǒng)；均勻注油壓縮點(diǎn)火系統(tǒng)；和在發(fā)動(dòng)機(jī)表面上的低摩擦涂層(例如碳基的和PTFE)。
在配制用于本發(fā)明方法和添加劑的添加劑時(shí)，使用足夠量的含鐵化合物，以提高在此描述的柴油燃料燃燒系統(tǒng)的操作。添加劑的量或者濃度可以根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行選擇，被引入具體的燃燒系統(tǒng)的特定組分，以及它們對(duì)例如它們所引起的負(fù)載到后處理系統(tǒng)中的煙炱量的影響。添加劑的量或者濃度還可以根據(jù)柴油燃料中的硫濃度進(jìn)行選擇。
在排氣后處理系統(tǒng)例如柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器的操作的敘述中，還引用了術(shù)語(yǔ)“提高”。術(shù)語(yǔ)“提高”指后處理系統(tǒng)的操作相對(duì)于在其中不燃燒鐵化合物的相似系統(tǒng)的操作的改進(jìn)。“提高”的操作性能包括，但是不局限于，延長(zhǎng)柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器壽命和減小燃料消耗。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一個(gè)特定的車輛制造商為特定的含鐵添加劑制定了一系列性能規(guī)范。這是一種添加劑濃縮物，其將被保存在車載容器中。表1舉例說(shuō)明了含鐵添加劑特性的規(guī)格的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，環(huán)烷酸鐵以196.66g/L的ShellSol AB的濃度加入。
表1

ShellSol AB的規(guī)格包括以下表2

應(yīng)當(dāng)理解，在說(shuō)明書(shū)或者權(quán)利要求中，以化學(xué)名稱表示的反應(yīng)物和組分，無(wú)論以單數(shù)或者復(fù)數(shù)表示，是指它們?cè)谂c另一種用化學(xué)名稱或者化學(xué)類型表示的物質(zhì)(例如，基礎(chǔ)燃料、溶劑等等)接觸之前它們存在的形式。與在得到的混合物或者溶液或者反應(yīng)介質(zhì)中發(fā)生什么化學(xué)變化、轉(zhuǎn)化和/或反應(yīng)(如果有)無(wú)關(guān)，因?yàn)檫@樣的變化、轉(zhuǎn)化和/或反應(yīng)是將特定的反應(yīng)物和/或組分加到一起后在本發(fā)明所要求的條件下的自然結(jié)果。因此，所述反應(yīng)物和組分被表示為在進(jìn)行希望的化學(xué)反應(yīng)中或者在形成希望的組合物(例如添加劑濃縮物或者加添加劑的燃料混合物)中要被混合在一起的成分。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，添加劑組分可以單獨(dú)地和/或作為用于形成預(yù)制添加劑混合物和/或亞混合物(sub-combinations)的組分加入或者混入基礎(chǔ)燃料中或者與基礎(chǔ)燃料混合。因此，按照本發(fā)明的公開(kāi)，盡管以下權(quán)利要求可能以現(xiàn)在時(shí)描述物質(zhì)、組分和/或成分(“包含”、“是”等等)，該描述是指剛好在其最初與一種或多種其他物質(zhì)、組分和/或成分共混或者混合之前所述物質(zhì)、組分或者成分的狀態(tài)。因此，在這類共混或者混合操作期間或者緊接著其后，所述物質(zhì)、組分或者成分可能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或者轉(zhuǎn)化已經(jīng)失去了其最初本性的事實(shí)，對(duì)于正確理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明的公開(kāi)和權(quán)利要求，是完全不重要的。
本發(fā)明在實(shí)施中可以有許多變化。因此，上述說(shuō)明書(shū)不是用于將本發(fā)明限制到在上文中給出的特定例證中，因此不應(yīng)該將其理解為是限制性的。相反，所要包括的是在權(quán)利要求中提出的內(nèi)容和法律所準(zhǔn)許的其同等物。
申請(qǐng)人不打算將任何公開(kāi)的實(shí)施方案奉獻(xiàn)給公眾，并且因此任何所公開(kāi)的改變或者變化，雖然字面上可能不在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，但是在同等原則下也被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種燃燒添加劑，其包含環(huán)烷酸鐵和烴溶劑，所述添加劑具有高于大約55℃的閃點(diǎn)。
2.一種減小由排氣后處理系統(tǒng)上的顆粒負(fù)荷產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓的方法，所述方法包括以下步驟提供具有排氣后處理系統(tǒng)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒燃料以形成燃燒排氣，將具有含鐵化合物的燃燒添加劑加入燃燒排氣中，其中所述含鐵化合物包括環(huán)烷酸鐵。
3.一種改善柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器的操作的方法，所述方法包括以下步驟提供具有柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒柴油燃料以形成燃燒排氣，將含鐵化合物加入所述燃燒排氣，其中所述含鐵化合物包括環(huán)烷酸鐵。
全文摘要
將燃燒添加劑用于保護(hù)和改善柴油燃料燃燒系統(tǒng)的操作。該添加劑包含一種或多種含鐵化合物。該添加劑可以在燃料被導(dǎo)入燃燒室之前加入燃料中或者加入燃燒室后面的排氣中。該添加劑通過(guò)例如改善排氣后處理性能而提高柴油燃料燃燒系統(tǒng)的操作。
文檔編號(hào)F02B1/12GK1590517SQ20041005667
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者T·J·布倫南, S·D·施瓦布 申請(qǐng)人:乙基石油添加劑有限公司