專利名稱：具有良好運轉(zhuǎn)性能的充氧汽油組合物的制作方法
具有良好運轉(zhuǎn)性能的充氧汽油組合物
背景技術(shù)：
本專利申請要求2008年5月8日提交的臨時申請序列號為61/051,536的專利的 優(yōu)先權(quán)，將所述文獻(xiàn)全文以引用的方式并入本文中。本發(fā)明涉及燃料，更具體地講涉及充氧汽油，所述充氧汽油包括含有高濃度丁 醇的汽油。本發(fā)明提供具有良好運轉(zhuǎn)性能的充氧汽油。汽油是適用于火花點火發(fā)動機(jī)的燃料并且其一般包含多種烴的混合物作為主要 組分，所述烴具有不同的沸點并且通常在大氣壓下在約79° F至約437° F范圍內(nèi)的溫 度下沸騰。此范圍是近似的并且可根據(jù)所存在的烴分子、所存在的添加劑或其它化合物 (如果存在的話)的實際混合物、以及環(huán)境條件而變化。通常，汽油的烴組分包含C4至
Cl。烴。汽油通常需要符合某些物理和性能標(biāo)準(zhǔn)。為了獲得發(fā)動機(jī)或其它燃料燃燒設(shè)備 的適當(dāng)運轉(zhuǎn)，可能要實現(xiàn)某些特性。然而，許多物理和性能特征是因其它原因如環(huán)境管 理而由國家或地區(qū)規(guī)定設(shè)定的。物理特性的實例包括雷德蒸汽壓、硫含量、氧含量、芳 烴含量、苯含量、烯烴含量、蒸餾出90%燃料時的溫度(T90)、蒸餾出50%燃料時的溫 度(T50)等等。性能特征可包括辛烷值、燃燒性能、以及排放組分。例如，在美國許多地區(qū)銷售的汽油的標(biāo)準(zhǔn)一般示于ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范號D 4814-07a( “ASTM D4814”)中，將其以引用方式并入本文。其它聯(lián)邦和州政府規(guī)定對 此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了補(bǔ)充。示于ASTM D4814中的汽油規(guī)格根據(jù)許多影響揮發(fā)性和燃燒性的參 數(shù)如氣候、季節(jié)、地理位置和海拔而變化。為此，根據(jù)ASTMD4814制造的汽油分為揮 發(fā)性類別AA、A、B、C、D和E，和防氣阻類別1、2、3、4、5和6，每種類別具有一 套規(guī)定，描述符合相應(yīng)類別要求的汽油。本說明書還提出了用于測定說明書中參數(shù)的測 試方法。例如，共混以在相對溫暖氣候下用于夏日駕駛季節(jié)期間的AA-2類汽油必須具有 的最大蒸汽壓為7.8psi，蒸餾出其10體積％組分的最高溫度(“T10”)為158° F，蒸 餾出其50體積％組分的溫度范圍(“T50”)介于170° F至240° F之間，蒸餾出其90 體積％組分的最高溫度(“T90”)為374° F，蒸餾終點為437° F，蒸餾殘余物最大為 2體積％，“運轉(zhuǎn)性能指數(shù)”或“DI”最高溫度為1250° F。具體地講，當(dāng)汽油共混物 包含乙醇時，ASTM D4814使用D86蒸餾溫度和乙醇濃度的線性組合來計算運轉(zhuǎn)性能指 數(shù)(DI)，計算如下DI = 1.5 (TlO)+3 (T50)+T90+2.4 (乙醇體積％ )式(A)然而，對照實驗已表明對于包含高濃度丁醇的汽油共混物，冷啟動和暖機(jī)運 轉(zhuǎn)性能可能有問題。也已發(fā)現(xiàn)，由燃料揮發(fā)性參數(shù)(如上述運轉(zhuǎn)性能指數(shù)(DI))預(yù)測冷 啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能的現(xiàn)有方法對于高丁醇共混物是無效的。發(fā)明概述本發(fā)明為用于制備具有高丁醇濃度的汽油共混物的方法，所述汽油共混物具有 良好的冷啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能，所述方法包括a)形成高濃度的至少一種丁醇異構(gòu)體和至少一種汽油共混原料的共混物；和b)將在最高約200° F的溫度下蒸發(fā)的所得汽油共 混物的體積分?jǐn)?shù)保持在至少35體積％。通過本發(fā)明方法形成的共混物優(yōu)選包含至少約20 體積％，更優(yōu)選至少約30體積％，并且最優(yōu)選至少約40體積％的所述至少一種丁醇異構(gòu) 體。通過本發(fā)明方法形成的汽油共混物中所述至少一種丁醇異構(gòu)體優(yōu)選包含異丁醇。本 發(fā)明也是通過本發(fā)明方法形成的所得汽油共混物。優(yōu)選實施方案的描述汽油是本領(lǐng)域熟知的并且一般包含烴的混合物作為主要組分，所述烴具有不同 的沸點并且通常在大氣壓下在約79° F至約437° F范圍內(nèi)的溫度下沸騰。此范圍是近 似的并且可根據(jù)所存在的烴分子、所存在的添加劑或其它化合物(如果存在的話)的實際 混合物以及環(huán)境條件而變化。充氧汽油是汽油共混原料與一種或多種充氧劑的共混物。汽油共混原料可由單一組分制得，如得自精煉廠烷化反應(yīng)單元或其它精煉流的 產(chǎn)品。然而，通常使用一種以上的組分來共混汽油共混原料。對汽油共混原料進(jìn)行共混 以滿足所期望的物理和性能特征并且符合管理機(jī)構(gòu)要求，并且可能涉及幾種組分，例如 三種或四種，或可能涉及許多種組分，例如十二種或更多種。汽油和汽油共混原料任選可包含其它化學(xué)物質(zhì)或添加劑。例如，可加入添加劑 或其它化學(xué)物質(zhì)來調(diào)節(jié)汽油性能以符合管理機(jī)構(gòu)要求，增加或強(qiáng)化所期望的性能，降低 不可取的不利效應(yīng)，調(diào)節(jié)性能特征，或換句話講改進(jìn)汽油的特性。此類化學(xué)物質(zhì)或添加 劑的實例包括洗滌劑、抗氧化劑、穩(wěn)定性增強(qiáng)劑、破乳劑、腐蝕抑制劑、金屬減活化劑 等等。可使用一種以上的添加劑或化學(xué)物質(zhì)。可用的添加劑和化學(xué)物質(zhì)描述于Colucci等人的美國專利5,782,937中，將其以引 用方式并入本文。此類添加劑和化學(xué)物質(zhì)還描述于Wolf的美國專利6,083,228和Ishida等 人的美國專利5,755,833中，將這兩篇文獻(xiàn)以引用方式并入本文。汽油和汽油共混原料還 可包含通常用于將添加劑遞送到燃料中的溶劑或載體溶液。此類溶劑或載體溶液的實例 包括但不限于礦物油、醇、羧酸、合成油、和眾多本領(lǐng)域已知的其它物質(zhì)。適用于本發(fā)明方法中的汽油共混原料通常為可用于制備供火花點火發(fā)動機(jī)或 燃燒汽油的其它發(fā)動機(jī)消耗的汽油的共混原料。適宜的汽油共混原料包括符合ASTM D4814的汽油共混原料和新配方汽油的共混原料。適宜的汽油共混原料還包括期望符合 區(qū)域要求的具有低硫含量的共混原料，例如按體積計具有小于約150ppm，優(yōu)選小于約 IOOppm,并且更優(yōu)選小于約SOppm的硫。此類適宜的汽油共混原料還包括期望符合管理 機(jī)構(gòu)要求的具有低芳族化合物含量的共混原料，例如按體積計具有小于約SOOOppm并且 優(yōu)選小于約7000ppm的苯，或者例如按總的共混原料計具有小于約35%并且優(yōu)選小于約 25體積％的所存在的全部芳族物質(zhì)。還可將充氧劑如乙醇與汽油共混原料共混。在那種情況下，所得的汽油共混物 包括一種或多種汽油共混原料和一種或多種適宜充氧劑的共混物。在另一個實施方案 中，可將一種或多種丁醇異構(gòu)體與一種或多種汽油共混原料共混，并且任選地與一種或 多種合適的充氧劑如乙醇共混。在此類實施方案中，可以任何順序?qū)⒁环N或多種汽油共 混原料、一種或多種丁醇異構(gòu)體、以及任選地一種或多種合適的充氧劑共混。例如，可 將丁醇加入到包括汽油共混原料和適宜充氧劑的混合物中。又如，可將一種或多種適宜 充氧劑和丁醇在若干不同位置或在多個階段中加入。又如，丁醇，更優(yōu)選異丁醇，在被加入到汽油共混原料中之前可與適宜的充氧劑一起加入，在適宜的充氧劑之前加入，或 與適宜的充氧劑共混。在一個優(yōu)選的實施方案中，向充氧汽油中添加丁醇，更優(yōu)選異丁 醇。在另一個優(yōu)選的實施方案中，可將一種或多種適宜的充氧劑和丁醇同時共混到汽油 共混原料中。在任何一個此類實施方案中，可在銷售鏈中的任何點處添加一種或多種丁醇和 任選的一種或多種適宜的充氧劑。例如，可將汽油共混原料運輸?shù)浇K端，然后可在所述 終端將丁醇和任選的一種或多種適宜的充氧劑單獨地或以組合的形式與汽油共混原料共 混。又如，可在精煉處將一種或多種汽油共混原料、一種或多種丁醇異構(gòu)體和任選的一 種或多種適宜的充氧劑組合。還可在銷售鏈的任何點處加入其它組分或添加劑。此外， 可在精煉、終端、零售點、或銷售鏈中任何其他適宜點處實施本發(fā)明的方法。由于丁醇異構(gòu)體在汽油沸騰范圍的中點附近沸騰，如果將較低濃度的丁醇異構(gòu) 體與汽油共混原料共混，將不會顯著改變所得汽油共混物的蒸發(fā)特性。因此，包含較低 濃度的丁醇異構(gòu)體的此類汽油共混物的冷啟動和暖機(jī)性能基本上與不含丁醇的相應(yīng)汽油 共混物相同。然而，當(dāng)將較高濃度的丁醇異構(gòu)體與汽油共混原料共混時，所得的汽油共 混物包含大量的具有單一較高沸點的餾分，并且該大量的中沸點餾分的存在不利地影響 到所得汽油共混物的總體蒸發(fā)特性，尤其是其前端揮發(fā)性。這樣的揮發(fā)性改變可阻止汽 油共混物在環(huán)境溫度下在發(fā)動機(jī)吸氣系統(tǒng)中容易地形成易燃的空氣/燃料混合物，并且 因此導(dǎo)致差的冷啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能。這樣的差性能示于

圖1中，其包括含有不同濃度異丁醇的汽油混合物的運轉(zhuǎn)性 能的六車測試結(jié)果。運轉(zhuǎn)性能故障包括諸如長的啟動時間、熄火和喘振等問題。在圖 1中，運轉(zhuǎn)性能故障表示成平均總加權(quán)的缺點(TWD)并且對溫度和車輛影響進(jìn)行校正， 將運轉(zhuǎn)性能故障對所測試的汽油共混物中異丁醇的濃度作圖。圖1中的結(jié)果表明包含 低含量異丁醇的汽油共混物的運轉(zhuǎn)性能故障與不含異丁醇的汽油共混物的那些相似。然 而，對于包含較大濃度異丁醇的汽油共混物，運轉(zhuǎn)性能故障顯著增加。汽油共混物中的運轉(zhuǎn)性能問題通常通過使用以上運轉(zhuǎn)性能指數(shù)公式(A)(其描述 了所述汽油共混物的總體揮發(fā)性)中的蒸餾溫度和乙醇濃度的線性組合來再平衡所述共 混物的揮發(fā)性而補(bǔ)救?？茖W(xué)研究協(xié)作委員會(Coordinating Research Council)及其他人的 研究已顯示所述運轉(zhuǎn)性能指數(shù)成功地將燃料揮發(fā)性參數(shù)與車輛運轉(zhuǎn)性能相關(guān)聯(lián)。由于運 轉(zhuǎn)性能故障可預(yù)見地隨運轉(zhuǎn)性能指數(shù)的增加而增加，最大運轉(zhuǎn)性能指數(shù)的規(guī)格足以確保 通常的汽油共混物中獲得良好的運轉(zhuǎn)性能。然而，如圖2和非常低的R2值所示，運轉(zhuǎn)性能指數(shù)不能描述運轉(zhuǎn)性能和高丁醇 汽油共混物的揮發(fā)性之間的關(guān)系。在圖2中，將得自上述相同的六車試驗的相同的總加 權(quán)的缺點(TWD)數(shù)據(jù)的對數(shù)對與圖1中相同的異丁醇-汽油共混物的運轉(zhuǎn)性能指數(shù)作 圖。圖2中的結(jié)果表明對于這些高濃度的異丁醇燃料，運轉(zhuǎn)性能指數(shù)不能描述揮發(fā)性 和運轉(zhuǎn)性能之間的關(guān)系，并因此在此類汽油共混物中不能用作預(yù)測或控制運轉(zhuǎn)性能的手 段。相比之下，圖3示出了相同的總加權(quán)的缺點(TWD)的對數(shù)對圖2中繪圖所用相 同的異丁醇-汽油共混物在最高約200° F的溫度下蒸發(fā)的體積分?jǐn)?shù)(用符號表示為E200) 的曲線圖。圖3中的曲線圖和非常低的R2值表明對于包含高濃度丁醇的汽油共混物，
5非常準(zhǔn)確地確定了揮發(fā)性和運轉(zhuǎn)性能之間的關(guān)系。圖4包含總加權(quán)的缺點(TWD)本身(不是它們的對數(shù))對圖2和3所采用的相 同異丁醇-汽油共混物的體積分?jǐn)?shù)的曲線圖。圖4和非常低的R2值表明當(dāng)包含高濃 度丁醇的汽油共混物的E200為至少35%，優(yōu)選至少40%，并且更優(yōu)選至少45%時，由 TWD所表示的運轉(zhuǎn)性能缺點保持在低水平，其基本上與不含丁醇組分的汽油共混物的運 轉(zhuǎn)性能缺點相等。圖1-4中繪圖所采用的數(shù)據(jù)使用兩種基礎(chǔ)燃料獲得一種具有夏季揮發(fā)性(約B 類)，而另一種具有冬季揮發(fā)性(D類)。測試共混物包括0、5%, 11%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%,以及60體積％的異丁醇濃度。在實驗室中測量揮發(fā)性參數(shù)，包括雷 德蒸汽壓、D86蒸餾、以及T(V/L = 20)。在測功器試驗單元中，根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CRC E28-94規(guī)程，在六輛新型號的一隊低排量汽車中測試汽油共混物的運轉(zhuǎn)性能。用于運轉(zhuǎn) 性能測試的環(huán)境溫度在20至70° F的范圍內(nèi)。還測試了不含異丁醇的另外兩種基準(zhǔn)汽 油共混物一種共混物符合B類(夏季)燃料的ASTMDI規(guī)格，而另一種表現(xiàn)出典型的 ASTM D類(冬季)特性?？偣策M(jìn)行192次運轉(zhuǎn)性能測試。圖5示出了本發(fā)明方法的使用以改善包含高濃度丁醇的汽油共混物差的運轉(zhuǎn)性 能。在圖5中，將包含50體積％異丁醇的汽油共混物所蒸發(fā)餾分的體積百分?jǐn)?shù)對加熱汽 油共混物的溫度作圖。當(dāng)原始汽油共混原料的一半被輕石油腦餾分取代，使得所得的改 性汽油共混物包含25體積％所用的原始汽油共混原料、25體積％的輕石油腦餾分和50體 積％的異丁醇時，其所蒸發(fā)餾分的體積百分?jǐn)?shù)對加熱改性汽油共混物的溫度的曲線圖， 在200° F所蒸發(fā)的餾分(其為它的E200值)從原始汽油共混物的約28體積％增加至改 性汽油共混物的約39體積％。所得的改性汽油共混物的運轉(zhuǎn)性能被顯著改善，并且基 本上與不含丁醇組分的汽油的運轉(zhuǎn)性能相等。因此，本發(fā)明為制備具有良好的冷啟動和 暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能的汽油共混物的方法，所述方法包括a)將高濃度(優(yōu)選至少20%，更優(yōu)選 至少30%，并且最優(yōu)選至少40體積％ )的至少一種丁醇異構(gòu)體(其優(yōu)選包含異丁醇)共 混到汽油中；和b)將所得共混物在最高約200° F的溫度下蒸發(fā)的體積分?jǐn)?shù)保持在至少 35%,優(yōu)選至少40%，更優(yōu)選至少45%，并且最優(yōu)選至少50體積％。本發(fā)明也為所得 的汽油共混物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，雖然本文已通過參考具體的裝置、材料和實例描 述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍并不限于此，而是延伸至適于本發(fā)明實踐的所有其他裝 置和材料。
權(quán)利要求
1.制備具有良好的冷啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能的汽油共混物的方法，所述方法包括a)將高濃度的至少一種丁醇異構(gòu)體共混到汽油中；和b)將在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的體積分?jǐn)?shù)保持在至少35體 積％。
2.權(quán)利要求1的方法，其中上述共混物包含至少20體積％的所述至少一種丁醇異構(gòu)體。
3.權(quán)利要求2的方法，其中上述共混物包含至少30體積％的所述至少一種丁醇異構(gòu)體。
4.權(quán)利要求3的方法，其中上述共混物包含至少40體積％的所述至少一種丁醇異構(gòu)體。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種丁醇異構(gòu)體包括異丁醇。
6.權(quán)利要求1的方法，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的體積分?jǐn)?shù) 為上述共混物的至少40體積％。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的體積分?jǐn)?shù) 為上述共混物的至少45體積％。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的體積分?jǐn)?shù) 為上述共混物的至少50體積％。
9.具有良好的冷啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能的汽油共混物，所述汽油共混物包括上述高 濃度的至少一種丁醇異構(gòu)體在汽油中的共混物，并且具有在最高約200° F下蒸發(fā)的至少 35體積％的體積分?jǐn)?shù)。
10.權(quán)利要求9的汽油共混物，其中上述共混物包含至少20體積％的所述至少一種丁 醇異構(gòu)體。
11.權(quán)利要求10的汽油共混物，其中上述共混物包含至少30體積％的所述至少一種 丁醇異構(gòu)體。
12.權(quán)利要求11的汽油共混物，其中上述共混物包含至少40體積％的所述至少一種 丁醇異構(gòu)體。
13.權(quán)利要求9的汽油共混物，其中所述至少一種丁醇異構(gòu)體包括異丁醇。
14.權(quán)利要求9的汽油共混物，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的 體積分?jǐn)?shù)為所得共混物的至少40體積％。
15.權(quán)利要求14的汽油共混物，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的 體積分?jǐn)?shù)為所得共混物的至少45體積％。
16.權(quán)利要求15的汽油共混物，其中在最高約200°F的溫度下蒸發(fā)的所得共混物的 體積分?jǐn)?shù)為所得共混物的至少50體積％。
全文摘要
本發(fā)明公開了制備汽油共混物的方法，所述汽油共混物具有高濃度的丁醇異構(gòu)體并且具有良好的冷啟動和暖機(jī)運轉(zhuǎn)性能。
文檔編號C10L1/18GK102015975SQ200980116464
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者J·鮑斯蒂安 申請人:布特馬斯先進(jìn)生物燃料公司