用于改进航空燃料燃烧的方法和组合物与流程

本发明涉及基本上无铅航空燃料组合物。本发明进一步涉及还包括锰添加剂以便提高燃料的辛烷和在燃烧期间形成减少量的烟的这些航空燃料的用途。

背景技术：

至少出于监管的原因，航空燃料很好地进入变为无铅燃料的过程。然而，从燃料中去除铅具有降低燃料的爆震率的不期望效果。因此，由于航空燃料处于变为无铅的过程，所以那些燃料的配制物必须考虑到由失去铅引起的辛烷减少。需要添加其它燃料组分。

改进辛烷性能的常见方式为将大量的芳香族烃并入到航空燃料中。这些芳香族烃使航空燃料无铅但是仍然满足爆震率需求。然而，在航空燃料中使用显著量的芳香族烃改变燃料的燃烧效率并且导致在燃烧过程期间增加烟的形成。不必说，增加烟的量从美观性和环境影响的角度来看为不期望的。一般来说，并入到燃料组合物中的芳香族烃的量越高，在所述燃料的燃烧期间产生的烟的量越高。

改进辛烷性能的另一种策略为将含锰添加剂并入到航空燃料中。锰添加剂使航空燃料成为无铅的但是仍然比无添加剂和无铅燃料组合物改进爆震率需求。在航空燃料中使用含锰化合物可导致在各种发动机组件上形成氧化锰沉积物。一般来说，并入到燃料组合物中的锰的量越高，可形成的氧化锰沉积物的量越高。

技术实现要素：

因此，本发明的目的为配制包括出于辛烷目的的高芳香族含量连同用于减少在航空燃料的燃烧期间产生的烟的有效量的锰化合物两者的航空燃料组合物。替代地，航空燃料组合物可包括用于改进辛烷的锰和用于减少氧化锰发动机沉积物的清除剂。一种这类有用的清除剂为磷酸三甲苯酯。

在一个实例中，基本上无铅航空燃料组合物包含0到约80体积％的航空烷基化物。燃料组合物另外包含约20-100体积％的芳香族烃。并且燃料组合物包含约0.5到500mg Mn/l的一种或多种环戊二烯基三羰基锰化合物。组合物基本上无铅，并且组合物的最低爆震值贫辛烷值等级为至少约96，如通过ASTM测试方法D 2700确定。

在另一个实例中，减少由航空燃料的燃烧产生的烟量的方法包含若干步骤。方法包括提供火花点火的航空发动机，和提供如上所述的基本上无铅航空燃料组合物。方法接着包括在发动机中燃烧航空燃料组合物以产生尾喷焰，其中与其它方面相同但是可比航空燃料组合物实质不包含任何锰的可比航空燃料组合物相比较，尾喷焰包含较少烟。

在再另外的实例中，减少由包含锰和含磷化合物(如磷酸三甲苯酯)的航空燃料组合物的燃烧产生的氧化锰发动机沉积物的方法包含若干步骤。方法包括提供火花点火的航空发动机和如上所述的基本上无铅航空燃料组合物。然后在发动机中燃烧航空燃料以产生发动机沉积物，其中与其它方面相同但是可比航空燃料组合物实质不包含任何磷化合物的可比航空燃料组合物相比较，发动机沉积物包含较少氧化锰。

附图说明

图1为显示比较排放不透明度性能的图。

图2为说明在第一个40秒燃烧过程中的每一个十秒时段的平均排放不透明度的条形图。

图3为说明在不点火测试之前的比较时间的条形图。

具体实施方式

本文所描述的航空燃料为可或可不包括显著芳香族含量的无铅燃料组合物。作为航空燃料，燃料可包括航空烷基化物。具体来说，如本文所描述的燃料组合物应另外具有至少20体积％至多90％的芳香族烃含量。为了抵消在高芳香族燃料的燃烧期间产生的烟，将0.5到500mg Mn/l并入在燃料组合物中。所得燃料的最低爆震值贫辛烷值等级为至少约96，或替代地至少约98，或另外替代地至少约99.5，如通过ASTM测试方法D 2700确定。甚至具有较常规的航空烷基化物和芳香族烃比率的燃料得益于如所描述的添加锰以改进燃料辛烷值。

此外本文所描述的为减少由无铅航空燃料的燃烧产生的烟量的方法。可包括航空烷基化物和约20到90％的芳香族烃的航空燃料产生在燃烧期间可见烟和颗粒的增加。通过添加约0.5到500mg Mn/l的一种或多种环戊二烯基三羰基锰组分，与其它方面相同例外为实质不包含任何锰的相同航空燃料组合物相比较，在尾喷焰中产生的烟量减少。

即使在可包括航空烷基化物、芳香族烃和异戊烷，并且在另一个实例中，通过添加约0.5到500mg Mn/l的一种或多种环戊二烯基三羰基锰化合物的常规航空燃料组合物的航空燃料中，燃料组合物的辛烷也改进为至少约96，或约98，或替代地约99.5的辛烷值。包括以0.5到500mg Mn/l，或替代地约1到125mg Mn/l，或再另外替代地约36到125mg Mn/l的量的锰的添加剂包还可包括抗氧化剂和一种或多种清除剂组分。在一个实例中，清除剂组分可为磷酸三甲苯酯(TCP)、含磷有机低聚物，或甲基膦酸二甲酯(DMMP)。可以清除锰燃烧产物的有效量添加TCP。在不限于此解释的情况下，据相信，由锰化合物(例如MMT)和磷化合物(例如TCP)的燃烧形成的化合物将为磷酸锰，Mn2P2O7。在一个实施例中，TCP以作为锰与磷酸盐比率的化学计量的处理率使用。与锰的量相比，TCP可以1∶1处理率(Mn：P)添加，或替代地，TCP可以在约1∶1至多1∶3锰与磷的范围内添加。

当使用锰化合物作为在航空燃料组合物中的添加剂时，可存在氧化锰沉积物的形成。包括本文所描述的清除剂的配制物可基本上减少任何氧化锰发动机沉积物的出现。

出于本申请的目的，如果在燃料中燃料组合物每升含有13mg的铅或更少(或约50毫克Pb/加仑或更少)的铅，那么在ASTM 4814中所述燃料组合物描述为基本上“无铅”(lead-free或unleaded)。替代地，术语“无铅”(lead-free或unleaded)意指每升燃料约7mg的铅或更少。再另外替代地，它意指在燃料组合物中实质不可检测量的铅。换句话说，在燃料中可存在痕量的铅；然而，燃料实质不含任何可检测量的铅。应理解，在不将含铅防爆剂故意添加到汽油的意义上，燃料为无铅的。容许由于设备或类似环境的污染引起痕量的铅并且不认为从本文所描述的燃料中排除所述痕量的铅。

如本文所描述的航空燃料组合物通常含有航空烷基化物组分。那些组分可包含约10到80体积％的燃料。芳香族烃可并入到燃料中以改进燃料的辛烷等级。根据本发明的一个实例以燃料组合物的约20到90体积％的比率并入这些芳香族烃。在另一个实例中，芳香族烃以燃料组合物的约40到85体积％的比率并入。并且在又一实施例中，芳香族烃以燃料组合物的约50到70体积％的比率并入。

燃料共混物可含有大于约20体积％的芳香族汽油烃，其至少主要比例为单核芳香族烃，如甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙苯等。在一个实施例中，均三甲苯为特别优选的。可用于配制本文所描述的航空燃料的其它合适的任选的汽油烃组分包括异戊烷、轻加氢裂化汽油级分，和/或C5-6汽油异构物。

可用于实践本文燃料的环戊二烯基三羰基锰包括环戊二烯基三羰基锰、甲基环戊二烯基三羰基锰、二甲基环戊二烯基三羰基锰、三甲基环戊二烯基三羰基锰、四甲基环戊二烯基三羰基锰、五甲基环戊二烯基三羰基锰、乙基环戊二烯基三羰基锰、二乙基环戊二烯基三羰基锰、丙基环戊二烯基三羰基锰、异丙基环戊二烯基三羰基锰、叔丁基环戊二烯基三羰基锰、辛基环戊二烯基三羰基锰、十二烷基环戊二烯基三羰基锰、乙基甲基环戊二烯基三羰基锰、茚基三羰基锰等，包括两种或更多种这类化合物的混合物。优选的为在室温下为液体的环戊二烯基三羰基锰，如甲基环戊二烯基三羰基锰、乙基环戊二烯基三羰基锰、环戊二烯基三羰基锰和甲基环戊二烯基三羰基锰的液体混合物、甲基环戊二烯基三羰基锰和乙基环戊二烯基三羰基锰的混合物等。本发明的航空燃料将含有足以提供必需的辛烷值和阀座磨损性能特性的一定量的前述环戊二烯基三羰基锰化合物中的一种或多种。

可采用，并且在某些情况下优选采用的其它组分包括不造成过量进气系统沉积物的染料。可采用的典型染料为1，4-二烷基氨基蒽醌、对二乙基氨基偶氮苯(颜色指数11020)或颜色指数溶剂黄107、偶氮苯-4-偶氮-2-萘酚的甲基衍生物(颜色指数26105的甲基衍生物)、偶氮苯-4-偶氮-2-萘酚的烷基衍生物，或等效材料。在可能的情况下，使用的量应符合在ASTM规范D 910-90中指定的界限值。

燃料系统结冰抑制剂也可包括在本文燃料中。优选的为乙二醇单甲醚和异丙醇，但是给出等效性能的材料对于使用可认为是可接受的。在可能的情况下，使用的量应符合在ASTM规范D 910-90中提及的界限值。

实例1

为了证实例示性航空燃料和来自所述燃料的燃烧形成的烟的对应减少，使用火花点火发动机。火花点火发动机实际上为1994年雪佛兰西维拉多(Chevrolet Silverado)的汽车发动机。此机动车发动机不能够以纯航空燃料运行，因此使用50％EEE汽车汽油和50％航空燃料的混合物。航空燃料共混物基线为83％均三甲苯和17％异戊烷。运行空载测试并且测量排放的不透明度。在测试中，如图1所示，对于对照燃料组合物(未添加Mn)和与锰化合物混合的对照燃料两者在操作40秒之前不久不透明度趋平至大致零。对照基础燃料的不透明度比与锰组分混合的基础燃料的不透明度高得多，包括不透明度降低至多至少约75％，如所示的。不透明度的降低可替代地为约10％-60％，或再另外替代地为约25％-50％，也如所示的。具体来说，混入的锰组分为3000，这导致以mg Mn/l处理物计的锰为每升燃料18毫克锰。应注意，烟产生高度取决于空气/燃料比。此外，对于测试发动机的特定排放控制单元能够在约35秒内适应空气/燃料比以去除由燃料的燃烧引起的烟形成。

最后，参考图2，在每种情况下，在前40秒燃烧过程中的每一个10秒时段的平均不透明度证实未处理的燃料的不透明度显著大于包括锰添加剂的燃料的不透明度。

实例2

在另一个实例中，无铅航空燃料添加有添加剂包以改进燃料的辛烷值。包含航空烷基化物72％、芳香族烃20％、异戊烷8％的基础无铅航空燃料的辛烷值为93。将包含处理率为125mg Mn/l和2.12克/加仑的磷酸三甲苯酯的添加剂包添加到基础燃料以将辛烷值提高到96。

发现由于添加磷化合物，所得的含有氧化锰的燃烧发动机沉积物量大大降低。在本田雅阁(Honda Accord)的底盘测力计上执行测试。车辆机载诊断(OBD)系统用于监测火花塞不点火。车辆以比较燃料配制物运行直到OBD系统指示火花塞不点火。含有MMT和TCP清除剂的候选配制物比仅含有MMT的候选配制物不点火的时间显著较长。

如图3中所示，燃料#1和#2在测试车辆上运行并且分别包括250和125mg Mn/l。燃料#3包括125mg Mn/l和清除剂两者，并且改进的性能在图3的图表上容易看到。

因此，实例2说明延迟或消除由氧化锰发动机沉积物的累积引起的火花塞不点火的方法，所述氧化锰发动机沉积物由包含锰的航空燃料组合物的燃烧产生，所述方法包含以下步骤：

提供火花点火的航空发动机；

提供基本上无铅航空燃料组合物，包含：

(a)约10到约80体积％的航空烷基化物；

(b)约20到约90体积％的芳香族烃；

(c)约0.5到500mg Mn/l的一种或多种环戊二烯基三羰基锰；和

(d)有效量的磷化合物，如磷酸三甲苯酯；

其中组合物基本上无铅，并且组合物的最低爆震值贫辛烷值等级为至少约96，如通过ASTM测试方法D2700确定；

在发动机中燃烧航空燃料组合物以产生发动机沉积物；

其中与由其它方面相同但是可比航空燃料组合物实质不包含任何含磷材料(如磷酸三甲苯酯)的可比航空燃料组合物的燃烧产生的沉积物相比较，发动机沉积物包含较少氧化锰。

从本文所公开的本公开的说明书和实践来考虑，本公开的其它实施例对所属领域的技术人员来说将为显而易见的。如在整个说明书和权利要求书中所使用，“一个(a)”和/或“一种(an)”可指一个(种)或多于一个(种)。除非另外指示，否则用于说明书和权利要求书的表示成分的量、性质，如分子量、百分比、比率、反应条件等的所有数值理解为在所有情形中由术语“约”修饰。因此，除非相反地指示，否则说明书和权利要求书中所阐述的数值参数为可取决于试图通过本公开获得的期望性质而变化的近似值。最低限度地，并且不试图限制等效物原则应用于权利要求书的范围，至少应根据所报告的有效数字的数目并且通过应用一般四舍五入技术来解释每个数字参数。尽管阐述本公开的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但特定实例中所阐述的数值为尽可能精确报告的。然而，任何数值固有地含有由其各别测试测量值中所发现的标准差必然造成的某些误差。旨在仅将说明书和实例考虑为例示的，其中本公开的真正范围和精神由所附权利要求书指示。