专利名称：汽油组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽油组合物，更具体涉及含乙酰丙酸酯的组合物，还涉及它们的制备方法和用途。
乙酰丙酸酯(乙酰丙酸的酯)及其通过合适的醇与乙酸糠酯反应的制备方法，已经公开在Zh.Prikl.Khim.(Leningrad)(1969)42(4)，958-9之中，特别是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基酯。
WO 9421753(VEBA OEL)公开了用于内燃机的燃料，包括汽油和柴油，其含有部分C4-C6酮基羧酸(优选乙酰丙酸)与C1-C22醇的酯(例如1-90v％，1-50v％，优选1-20v％)。据描述与C1-C8醇的酯特别适合包含在汽油中，而与C9-C22醇的酯特别适合包含在柴油中。
为提高其辛烷值(RON和MON)，WO 9421753中的实施例均在汽油中都包含一定量的乙酰丙酸酯。在实施例1、7和10中，将10v％乙酰丙酸甲酯混合到不同的基础汽油中。实施例2-6分别应用乙酸丙酸乙酯、乙酰丙酸正丙酯、乙酰丙酸异丙酯、乙酰丙酸异丁酯和乙酰丙酸仲丁酯。实施例8和9分别应用10v％比例为1∶1和2∶1的乙酰丙酸甲酯和甲酸甲酯的混合物。实施例11在无铅欧洲特级汽油中应用5-90v％比例范围的乙酰丙酸甲酯。
WO 03002696(AAE Tech.Int.)公开了一种混合有乙酰丙酸或其功能化衍生物的燃料组合物，其目的是较乙醇或传统含氧化物如MTBE或ETBE提供更多的氧，燃料里德蒸气压只有很小提高或没有提高，并且对基础燃料的闪点只有很小影响或没有影响。功能化衍生物优选是烷基衍生物，优选为C1-C10烷基衍生物。据说乙酰丙酸乙酯是优选的，而乙酰丙酸甲酯是优选的替代物。乙酰丙酸或功能化衍生物的优选用量为燃料的0.1-5v％。
WO 03002696公开内容的一个方面还混合有0.1-5v％选自下述物质的另外的添加剂
a)具有8-24个碳原子的任选烷氧基化的直链或支链饱和或不饱和一元醇，每摩尔醇中含有0或1-20摩尔的氧化乙烯和/或1-5摩尔的氧化丙烯，或b)具有2-6个碳原子的多元醇，任选部分地被具有1-24个碳原子的脂肪酸所酯化，或c)具有12-24个碳原子的烷氧基化脂肪酸，且每摩尔脂肪酸具有4-20摩尔的氧化乙烯，或d)乙氧基化的二聚脂肪酸。
这类燃料优选是柴油(第7页，11-22行)。
另一方面，该燃料基本不含烷氧基化的化合物和长链烷基醇，但它含有通式为R-CO-NR1-R2的添加剂，其中R是具有6-21个碳原子的饱和或不饱和的直链或支链的烷基(对应的数均分子量范围为85-295)，R1和R2各自独立地表示C1-C4的羟烷基。替代添加剂(第8页，第9、10行)包括油酸链烷醇酰胺和烷氧化基化油酸。
还提供了一种燃料组合物，它混合有乙酰丙酸或其功能化衍生物及氮化合物形式的氮源(第9页，第8-15行)，该氮化合物选自下述物质氨、肼、烷基肼、二烷基肼、脲、乙醇胺、单烷基乙醇胺和二烷基乙醇胺，其中烷基独立地选自甲基、乙基、正丙基或异丙基。脲是优选的。该氮化合物可为无水化合物或含水化合物，例如水溶液，且可以为高达5％w/w的水溶液。
鲸蜡醇抗爆剂、去乳化剂和生物柴油型燃料也可存在(第10页，第1-29行)。
同时，WO 03002696声明(第11页第31行)“上述内容由下述实施例说明”，组成和试验结果数据包括下述语句“发现含高达5.0％乙酰丙酸乙酯、1.0％水和2.0％非离子表面活性剂的规定汽油混合物具有与基础汽油相似的RVP”，和“发现含高达5.0％乙酰丙酸乙酯、1.0％水和2.0％非离子表面活性剂的规定柴油混合物具有与基础柴油相似的闪点”。
已经令人惊奇地发现，含乙酰丙酸乙酯和特定含氮洗涤剂的汽油组合物，能够令人惊奇地得到提高的发动机清洁性能，而且，较含相似浓度乙酰丙酸甲酯的汽油组合物相比，含乙酰丙酸乙酯的汽油组合物令人惊奇地与某些弹性体密封材料的相容性更好。
根据本发明，提供一种汽油组合物，其包括主要量的适用于火花点火发动机的汽油、1-15v％乙酰丙酸乙酯和20-2000ppmw含数均分子量范围为750-6000的烃基的含氮洗涤剂。
优选地，所述汽油组合物中乙酰丙酸乙酯的浓度符合下述一个或多个参数(i)至少1.5v％，(ii)至少2v％，(iii)至少3v％，(iv)至少4v％，(v)高达12v％，(vi)高达10v％，(vi)高达8v％，(vii)高达6v％，具有特征(i)和(v)、(ii)和(vi)、(iii)和(vii)以及(v)和(viii)的范围分别是逐渐更加优选的。
汽油组合物优选含有50-1500ppmw含氮洗涤剂，更优选含有50-500ppmw含氮洗涤剂。用量为80-250ppmw如100-150ppmw是非常合适的。
含有数均分子量(Mn)范围为750-6000的烃基的含氮洗涤剂可以为胺例如聚异丁烯单胺或多胺，如聚异丁烯乙二胺或N-聚异丁烯-N′，N′-二甲基-1，3-二氨基丙烷，或酰胺例如聚异丁烯琥珀酰亚胺，对它们已经有多种不同描述，例如在US 5855629和WO 0132812中。替代地，含氮洗涤剂可为一种曼尼希胺洗涤剂，例如US 5725612中所述的曼尼希胺洗涤剂。
一种特别优选的含氮洗涤剂是通式为R1-NH2的烃基胺，其中R1表示基团R2或基团R2-CH2-，R2表示数均分子量范围为750-6000的烃基，优选为900-3000，更优选为950-2000，最优选为950-1350，例如数均分子量范围为950-1050的聚丁烯基或聚异丁烯基。
含氮洗涤剂是已知物质，可应用已知方法或与已知方法类似的方法制备得到。例如US 4832702公开了由合适的聚丁烯或聚异丁烯制备聚丁烯基胺和聚异丁烯基胺的方法，其中通过加氢甲酰化作用和随后在加氢条件下使得到的含氧产物胺化而制备。
合适的烃基胺可自BASF A.G.获得，商标为“Kerocom”。
除了乙酰丙酸乙酯和含氮洗涤剂外，汽油组合物另外可含有一种或多种载体流体、阻蚀剂、抗氧化剂、染料、除雾剂、金属减活剂、除如上所定义的含有烃基的含氮洗涤剂(例如聚醚胺)之外的洗涤剂、摩擦改进剂、稀释剂和标记剂。
特别合适的载体流体是聚烯烃例如聚异丁烯和聚α-烯烃以及聚氧化烯化合物。合适地，载体流体所应用的总浓度为20-8000ppmw，例如50-500ppmw。
聚α-烯烃载体流体主要是三聚体、四聚体和五聚体，这类物质的合成在Campen等人的“Growing use of synlubes”(HydrocarbonProcessing，February 1982，第75-82页)中有概述。聚α-烯烃可不进行加氢处理，但它优选为氢化低聚物。聚α-烯烃优选是源自含8-12个碳原子的α-烯烃单体。而且，它优选在100℃时粘度处于6×10-6至1×10-5m2/s(6-10厘沲)范围之内。源自癸烯-1的聚α-烯烃是非常合适的。100℃时粘度为8×10-6m2/s(8厘沲)的聚α-烯烃是非常合适的。
聚氧化烯载体流体(它们是非常有效的)优选具有通式II 其中R3和R4独立表示氢原子或烃基，优选C1-40烃基，例如烷基、环烷基、苯基或烷基苯基，每个R5独立表示亚烷基，优选C2-8亚烷基，p的值使聚氧化烯化合物的Mn处于400-3000范围内，优选为700-2000，更优选为1000-2000。
优选地，R3表示C8-20烷基，R4表示氢原子。R3优选表示C8-18烷基，更优选为C8-15烷基。R3可便利地为C8-15烷基的混合物。
在通式II中，基团R5优选为1，2-亚烷基。优选地，各基团R5独立地表示C2-4亚烷基，例如亚乙基、1，2-亚丙基或1，2-亚丁基。当各基团R5表示1，2-亚丙基时，得到非常有效的结果。
烃如聚烯烃的数均分子量可由给出接近的相似结果的几种技术测得。便利地，Mn可由气相渗压法(VPO)(ASTM D 3592)或由现代凝胶渗透色谱法(GPC)测得，例如W.W.Yau，J.J.Kirkland和D.D.Bly，“Modern Size Exclusion Liquid Chromatography”(John Wiley和Sons，New York，1979)中所述。其中已知化合物通式，就可计算出数均分子量作为其通式分子量。
非常合适的摩擦改进剂是公开在DE-A-19955651(BASF)中的脂肪酸盐摩擦改进剂(例如其实施例1所述的改进剂)，其用量为5-1000ppmw，优选为25-400ppmw，更优选为50-200ppmw。
适用于火花点火发动机中的汽油典型为沸点在25-232℃范围之内并含有饱和烃、烯烃和芳烃混合物的烃混合物。优选的是饱和烃含量在40-80v％范围、烯烃含量在0-30v％范围和芳烃含量在10-60v％范围的汽油混合物。该汽油可源自直馏汽油、聚合物汽油、天然汽油、二聚或三聚烯烃、由热重整或催化重整的烃或催化裂化或热裂化的石油原料合成制得的芳烃混合物、或它们的混合物。该汽油的烃组成和辛烷值水平不是关键性的。其辛烷值水平(R+M)/2一般大于85。任意常规汽油都可使用。例如在该汽油中，烃可被至多相当量的已知通常用于汽油中的常规醇或醚所替代。
该汽油优选是无铅的，这可能是法律要求的。如果允许，无铅抗爆化合物和/或阀座凹处防护剂化合物(例如已知的钾盐、钠盐或磷化合物)可以存在。
现代汽油是固有的低硫燃料，例如含少于200ppmw的硫。
在此说明书中，组分的用量(浓度)(v％)(ppmw)是活性物质的量，即不包括挥发性溶剂/稀释剂物质。
本发明还提供一种制备如上所定义的本发明汽油组合物的方法，它包括使汽油、乙酰丙酸乙酯和含氮洗涤剂成为混合物。
如果希望，脂肪酸盐、辅助添加剂和如上所列出的任意附加组分如阻蚀剂、抗氧化剂等，都可共混在添加剂浓缩物中，优选与合适的稀释剂一起共混，该添加浓缩物可以合适量分散到汽油中，以得到本发明的组合物。
本发明还提供一种操作火花点火发动机的方法，它包括将上述定义的本发明汽油组合物引入到所述发动机的燃烧室内。
本发明方法可导致多种有利效果，包括良好的发动机保持清洁性能，尤其是进汽系统沉积物的清洁性能，且该清洁性能可在含氮洗涤剂浓度较高时、有利的辛烷值性能(RON和MON)和有利的里德蒸气压下获得。
本发明可由下述例证性实施例得到更好的理解，其中除非另有说明，份量和百分比都是以重量计，温度都是以摄氏度表示。
在这些实施例中，所用基础燃料是RON 98.9、MON 86.6、且硫含量为138ppmw(ASTM D 2622-94)、芳烃含量为50.7％v/v和烯烃含量为7.5％v/v(ASTM D6623-01(方法C))、密度(DIN 51757/V4)779.1kg/m3、蒸馏(ISO 3405/88)IBP 35.4°、95％v/v 174.4、FBP 203℃的无铅汽油(95ULG)。
通过在室温(20℃)下添加添加剂到基础燃料中并均化，使燃料与添加剂共混。
使用下述添加剂乙酰丙酸乙酯(源自Avocado Chemicals，cat.No.15001)；“DP”-标准商用汽油添加剂包，含有聚异丁烯胺洗涤剂、合成载体油和常规阻蚀剂，极为接近DE-A-19955651实施例3的添加剂包PI。聚异丁烯胺洗涤剂是一种源自BASF的聚异丁烯单胺(PIBA)，其中聚异丁烯(PIB)链具有约1000的数均分子量。合成载体油是一种聚氧丙二醇半醚的聚醚载体，含有15-30氧化丙烯单元，通过使用处于C5-15范围内的链烷醇的混合物作为引发剂制得，且其Mn处于1000-2000范围之内。该添加剂包含有约68％非挥发性物质，该添加剂包约27w％是PIBA，40w％是载体流体。
“PIBA”-技术级聚异丁烯单胺，对应于“DP”中的单胺，含有50-55w％活性物质，余量是基本未反应的聚异丁烯。
测试燃料按照下述方法进行发动机试验。
Toyota保洁为了评价进汽阀清洁度，使用Toyota 2.0升3S-FE发动机(取自1992款Toyota Carina，每缸具有4个阀门)进行IVD保洁试验。发动机是多点注射(MPI)，并具有lambda传感器和废气再循环。
在开始试验之前，对进汽部件和燃烧室进行清洁，并将新的预先称重的进汽阀和新的火花塞安装到发动机上，安装一个新的滤油器，发动机充满新的发动机油。
发动机在对应于CEC-F-05-A-93的测试方法下运行69小时，不同之处在于使用Toyota 3S-FE发动机替代CEC-F-05-A-93方法中规定的Mercedes Benz M 102E发动机，扭矩不同于CEC-F-05-A-93中规定的扭矩，以补偿由Mercedes Benz M 102E和Toyota 3S-FE发动机获得的不同BMEP(平均有效制动压力)值。
每次循环的具体条件是
一旦完成测试，就停止发动机，对阀门重新称重，得出进汽阀沉积物(IVD)重量。
实施例1在此实施例中，制备汽油组合物，其含有5v％乙酰丙酸乙酯和380ppmw的DP(实施例1)、380ppmw的DP(对比例A)、5v％乙酰丙酸乙酯(对比例B)，应用上述方法对这些汽油组合物进行测试，并与基础燃料(对比例C)进行对比。结果如表1所示。
表1
*对应约105ppmw的PIBA活性物质上述结果清楚地表明，相对于含有乙酰丙酸乙酯和聚异丁烯胺之一或不含这些物质的燃料来说，同时含有乙酰丙酸乙酯和聚异丁烯胺的燃料具有非常令人惊奇的优越保洁性能。
实施例2为了确定和证实保洁性能的明显增强是归因于乙酰丙酸乙酯和聚异丁烯胺的同时存在，使用按照与实施例1相同配方制备的基础燃料制备汽油组合物，其含有5v％乙酰丙酸乙酯和225ppmw的PIBA(实施例2)和225ppmw的PIBA(对比例D)，应用上述方法对这些汽油组合物进行测试。结果如表2所示。
表2
*对应约110-125ppmw的PIBA活性物质表2所示结果确实证实，明显和令人惊奇的保洁性能提高是归因于实施例2燃料混合物中同时存在乙酰丙酸乙酯和聚异丁烯胺。
实施例3进行试验，以研究含乙酰丙酸乙酯的燃料与密封材料的相容性，并与基础燃料和含乙酰丙酸甲酯的燃料(源自Aldrich，cat.No.61405)进行对比。
测试方法是ISO 18171998的改进方案。测试两种弹性体材料，即氢化腈弹性体(“Elast-o-Lion”280(商标)，源自James Walker &Co.Ltd.，UK)和氟碳烃四聚物弹性体(“Viton”(商标)LR 6316，源自James Walker & Co.Ltd.，UK)。在测试之前，先测量尺寸为50mm×25mm×3mm的弹性体样品的体积和肖氏硬度数值，并在室温(20℃)下浸没于100ml测试液持续168小时后再次进行测量。在空气中和在水中称量这些样品(以估算其体积)。在于测试液中浸没168小时后，快速地干燥样品，在空气中和在水中称量(在由测试液中取出后8小时内)，计算其体积变化百分比。使用“A型肖氏硬度计”(商标)(源自Shore Instruments，Instron Corp.，USA)于室温下测量其硬度。
结果如表3所示。
表3
由上述结果可以看出，对于任意给定的浓度，乙酰丙酸乙酯的效果较之于乙酰丙酸甲酯明显是低害的，这是因为较高的百分比变化伴随着提高的密封渗漏危险。
权利要求
1.一种汽油组合物，其含有主要量的适用于火花点火发动机的汽油、1-15v％乙酰丙酸乙酯和20-2000ppmw含数均分子量范围为750-6000的烃基的含氮洗涤剂。
2.权利要求1的汽油组合物，其含有1.5-12v％的乙酰丙酸乙酯。
3.权利要求1的汽油组合物，其含有2-10v％的乙酰丙酸乙酯。
4.权利要求1的汽油组合物，其含有3-8v％的乙酰丙酸乙酯。
5.权利要求1的汽油组合物，其含有4-6v％的乙酰丙酸乙酯。
6.权利要求1-5任一项的汽油组合物，其含有50-1500ppmw所述含氮洗涤剂。
7.权利要求5的汽油组合物，其含有50-500ppmw所述含氮洗涤剂。
8.权利要求1-7任一项的汽油组合物，其中所述含氮洗涤剂是通式为R1-NH2的烃基胺，其中R1表示基团R2或基团R2-CH2-，R2表示数均分子量范围为950-1350的烃基。
9.一种用于制备权利要求1-8任一项的汽油组合物的方法，其包括使所述汽油、乙酰丙酸乙酯和含氮洗涤剂成为混合物。
10.一种操作火花点火发动机的方法，其包括将权利要求1-8任一项的汽油组合物引入到所述发动机的燃烧室中。
全文摘要
本发明提供一种汽油组合物，其含有主要量的适用于火花点火发动机的汽油、1－15v％乙酰丙酸乙酯和20－2000ppmw含数均分子量范围为750－6000的烃基的含氮洗涤剂；这种组合物的制备方法及其在操作火花点火发动机中的用途。
文档编号C10L10/00GK1823153SQ200480020221
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月8日 优先权日2003年7月15日
发明者A·P·格罗夫斯, C·莫利, J·史密斯 申请人:国际壳牌研究有限公司