Бензиновые композиции
Изобретение относится к применению бензиновой композиции для улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции. Бензиновая композиция состоит в основном из бензина, а также включает от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт. Изобретение относится также к способу эксплуатации четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающему ввод в камеру сгорания указанного двигателя бензиновой композиции, содержащей преобладающее количество бензина и от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию указанного базового масла. Также описана бензиновая композиция для четырехтактного двигателя, содержащая преобладающее количество бензина и от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию базового масла на основе жидких углеводородов, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт. Применение в смеси с бензином указанных базовых масел дает бензиновую композицию, которая улучшает приемистость четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 табл., 22 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к применению бензиновой композиции для улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции.
Уровень техники
В уровне техники известно применение базовых масел в качестве жидкостей-носителей для присадок к топливам.
В WO 97/41092 A1 (Shell) раскрыты производные алкоксиуксусных кислот и их введение, а также концентраты присадок и топливные композиции для двигателей внутреннего сгорания. Раскрытые в WO 97/41092 A1 жидкости-носители включают в себя материалы на основе углеводородов, такие как полиизобутилены (PIB), полипропилены (РР') и поли-α-олефины (РАО), все из которых могут быть гидрированными или негидрированными, но предпочтительно гидрированными; материалы на основе полиэфиров, такие как полибутиленоксиды (polyBO), полипропиленоксиды (polyPO), полигексадеценоксиды (polyHO) и их смеси (т.е. либо как (polyBO)+(polyPO), либо как и (polyBO-PO)); и минеральные масла, такие как те, которые продают компании, входящие в группу Royal Dutch/Shell, под названиями HVI и XHVI (торговые марки), минеральное масло Exxon Naphtenic 900 sus и в целом масла с высокими индексами вязкости.
Специально приготовленная жидкость-носитель, раскрытая в WO 97/41092 A1 содержит комбинацию поли-α-олефина, имеющего вязкость при 100°C в интервале от 2·10-6 до 2·10-5 м2/сек (от 2 до 20 сСт), представляющего собой гидрированный олигомер, содержащий от 18 до 80 атомов углерода, и полученного из по меньшей мере одного α-олефинового мономера, содержащего от 8 до 16 атомов углерода, и полиоксиалкиленового соединения, выбираемого из гликолей, их простых моно- и диэфиров, имеющих среднечисленный молекулярный вес (Mn) в пределах от 400 до 3000, и при этом весовое отношение поли-α-олефина к полиоксиалкиленовому соединению лежит в пределах от 1:10 до 10:1.
Концентрация носителя в конечной топливной композиции из WO 97/41092 A1 указана как доходящая до примерно 1000 вес ч/млн, предпочтительно от примерно 50 до примерно 400 вес ч/млн в расчете на общий вес топливной композиции.
В WO 97/41092 A1 не раскрываются полезные эффекты (в частности, в отношении улучшенной приемистости двигателя), обусловленные какими-либо раскрытыми в этом документе жидкостями-носителями.
В WO 03/068895 A1 (Shell) раскрыта бензиновая композиция, содержащая преобладающее количество бензина, пригодного для применения в двигателе с искровым зажиганием; от 5 до 1000 вес ч/млн в расчете на общий вес композиции, соли жирной кислоты и алкоксилированного олигоамина общей формулы I
где каждый фрагмент А независимо обозначает алкиленовую группу, содержащую от 2 до 8 атомов углерода; каждый фрагмент R независимо обозначает C7-C23-алкильную или моно- или полиненасыщенную C7-C23-алкенильную группу, при необходимости замещенную одной или более OH-группами; каждый фрагмент z независимо обозначает C1-C8-алкиленовую группу, C3-C8-циклоалкиленовую группу или C6-C12-ариленовую или арилалкиленовую группу; m равно 0 или представляет собой целое число от 1 до 5; причем суммарное число всех переменных x составляет от 50 до 300% от (m+3); и от 600 до 2000 вес ч/млн в расчете на общий вес композиции дополнительной присадки, выбираемой из группы, состоящей из (а) азотсодержащего детергента, содержащего нециклический углеводородный остаток, имеющего среднечисленный молекулярный вес (Mn) в пределах от 750 до 6000; (b) поли-α-олефина, имеющего вязкость при 100°С в интервале от 2·10-6 до 2·10-5 м2/сек (от 2 до 20 сСт), представляющего собой олигомер, содержащий от 18 до 80 атомов углерода, и полученного из по меньшей мере одного α-олефинового мономера, содержащего от 8 до 16 атомов углерода; (с) полиоксиалкиленового соединения, выбираемого из гликолей, их простых моно- и диэфиров, имеющих среднечисленный молекулярный вес (Mn) в пределах от 400 до 3000; и смесей любых двух или всех трех (а), (b) и (с).
Соль жирной кислоты и алкоксилированного олигоамина, вводимая в бензиновую композицию, раскрытую в WO 03/068895 A1, описана как модификатор вязкости.
В WO 03/068895 A1 раскрыта повышенная приемистость двигателя с искровым зажиганием, обусловленная применением соли жирной кислоты и алкоксилированного олигоамина в сочетании с вводимой в бензиновую композицию дополнительной добавкой. Однако в WO 03/068895 A1 не раскрываются какие-либо полезные эффекты, в частности имеющие отношение к улучшенной приемистости двигателя, обусловленной применением какой-либо из раскрытых в этой работе дополнительных присадок.
В настоящей работе обнаружено, что применение в смеси с бензином базовых масел, имеющих кинематическую вязкость при 100°С не менее 1 сСт, дает бензиновую композицию, которая неожиданным образом улучшает приемистость четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предлагает применение базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°С по меньшей мере 1 сСт, в бензиновой композиции в количестве от 0,1 до 5 вес % в расчете на всю бензиновую композицию для улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на этой бензиновой композиции.
Настоящее изобретение предлагает кроме того способ эксплуатации четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающий ввод в камеру сгорания этого двигателя бензиновой композиции, содержащей:
(a) преобладающее количество бензина и
(b) от 0,1 до 5 вес % в расчете на всю бензиновую композицию базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°С по меньшей мере 1 сСт.
Осуществление изобретения
Бензиновая композиция для применения в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, используемая в настоящем изобретении, содержит:
(a) преобладающее количество бензина и
(b) от 0,1 до 5 вес % от всей бензиновой композиции базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°С по меньшей мере 1 сСт.
Бензином может быть любой бензин, пригодный для применения в двигателе внутреннего сгорания известного в технике типа с искровым зажиганием (бензинового типа). Используемую в настоящем изобретении бензиновую композицию (т.е. указанный выше компонент (a)) можно также для удобства называть «базовым бензином».
Бензины обычно содержат в себе смеси углеводородов, кипящих в пределах от 25 до 230°C (EN ISO 3405), причем оптимальные пределы кривых перегонки обычно варьируют в зависимости от климата и времени года. Углеводороды в бензине могут быть получены любым известным в технике способом. Традиционно углеводороды можно получать с помощью любого известного способа из прямогонного бензина, синтетически получаемых смесей ароматических углеводородов, углеводородов термического или каталитического крекинга, нефтяных фракций, подвергнутых гидрокрекингу, углеводородов каталитического риформинга или их смесей.
Определенная кривая перегонки, состав углеводородов, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ) и моторное октановое число (МОЧ) бензина не являются критическими.
Приемлемое октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ) бензина может лежать в пределах от 80 до 110, предпочтительно от 90 до 105, более предпочтительно от 93 до 102 и, наиболее предпочтительно, от 94 до 100 (EN 25164); приемлемое моторное октановое число (МОЧ) бензина может лежать в пределах от 70 до 110, предпочтительно от 75 до 105, более предпочтительно от 80 до 100 и, наиболее предпочтительно, от 84 до 95 (EN 25163).
Как правило, бензины содержат компоненты, выбираемые из одной или более следующих групп: насыщенные углеводороды, олефиновые углеводороды, ароматические углеводороды и кислородсодержащие углеводороды. Приемлемо содержание в бензине смеси насыщенных углеводородов, олефиновых углеводородов, ароматических углеводородов и, при необходимости, кислородсодержащих углеводородов.
Как правило, содержание олефиновых углеводородов в бензине находится в пределах от 0 до 40 об % в расчете на бензин и, предпочтительно, содержание олефиновых углеводородов в бензине находится в пределах от 0 до 30 об % в расчете на бензин.
Как правило, содержание ароматических углеводородов в бензине находится в пределах от 0 до 70 об % в расчете на бензин и, предпочтительно, содержание ароматических углеводородов в бензине находится в пределах от 10 до 60 об % в расчете на бензин.
Содержание бензола в бензине составляет до 10 об %, более предпочтительно до 5 об % и, в наилучшем случае, до 1 об % в расчете на бензин.
Как правило, содержание насыщенных углеводородов в бензине составляет не менее 40 об % в расчете на бензин и, предпочтительно, содержание насыщенных углеводородов в бензине находится в пределах от 40 до 80 об % в расчете на бензин.
Бензин предпочтительно характеризуется низким или сверхнизким содержанием серы, например до 1000 вес ч/млн, предпочтительно не более 500 вес ч/млн, более предпочтительно не более 100 вес ч/млн, еще более предпочтительно не более 50 вес ч/млн и, наиболее предпочтительно, не более чем даже 10 вес ч/млн.
Бензин также предпочтительно характеризуется низким общим содержанием свинца, например до 0,005 г/л. Наиболее предпочтителен свободный от свинца бензин - не содержащий добавленных к нему соединений свинца (т.е. бессвинцовый).
Когда бензин содержит кислородсодержащие углеводороды, по меньшей мере часть не замещенных кислородом углеводородов будет замещена кислородсодержащими углеводородами.
Когда бензин содержит кислородсодержащие углеводороды, содержание кислорода в бензине может составлять до 35 вес % (например, в чистом этаноле) в расчете на бензин. Например, содержание кислорода в бензине может составлять до 25 вес % и, предпочтительно, до 10 вес %. Примерами подходящих пределов содержания кислорода в бензине является от 0 до 5 вес %, предпочтительно от 1,0 до 3,5 вес % и, более предпочтительно, от 1,2 до 2,7 вес %.
Примеры кислородсодержащих углеводородов, которые могут вводиться в бензины, включают спирты, простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты и их производные и кислородсодержащие гетероциклические соединения. Предпочтительно, чтобы кислородсодержащие углеводороды, которые могут вводиться в бензины, были выбраны из спиртов (таких как метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, трет-бутанол и изобутанол) и простых эфиров (предпочтительно простых эфиров, содержащих 5 или более атомов углерода в молекуле, например метил-трет-бутилового эфира), причем наиболее предпочтительным кислородсодержащим углеводородом является этанол.
Количество кислородсодержащих углеводородов в бензине может варьировать в широких пределах. Например, бензины, преобладающую долю которых составляют кислородсодержащие углеводороды, в настоящее время имеются в продаже в таких странах как Бразилия и США, например чистый этанол и Е85, а также бензины, у которых кислородсодержащие углеводороды составляют неосновную долю, например Е10. Бензины могут содержать до 100 об % кислородсодержащих углеводородов. Предпочтительно, чтобы количество присутствующих в бензине кислородсодержащих углеводородов выбиралось в зависимости от требуемого конечного состава бензина из одного из следующих количеств: до 85 об %, до 65 об %, до 30 об %, до 20 об %, до 15 об % и до 10 об %. Приемлемым образом, бензин может содержать по меньшей мере 0,5, 1,0 или 2,0 об % кислородсодержащих углеводородов.
Примеры подходящих бензинов включают бензины с содержанием олефиновых углеводородов от 0 до 20 об % (ASTM D1319), содержанием кислорода от 0 до 5 вес % (EN 1601), содержанием ароматических углеводородов от 0 до 50 об % (ASTM D1319) и содержанием бензола до 1 об %.
Смешиваемым с бензином базовым маслом в настоящем изобретении может быть любое базовое масло или смесь базовых масел, имеющие кинематическую вязкость при 100°С не менее 1 сСт.
Предпочтительно, чтобы смешиваемым с бензином базовым маслом в настоящем изобретении было базовое масло на основе жидких углеводородов. Под выражением «базовое масло на основе жидких углеводородов» подразумевается базовое масло, которое в основном состоит из соединений, содержащих углерод и водород. Как правило, базовое масло на основе жидких углеводородов должно содержать менее 10 вес % соединений, содержащих элементы отличные от углерода и водорода, более типично менее 5 вес % и, наиболее типично, менее 3 вес % соединений, содержащих элементы отличные от углерода и водорода.
Кинематическая вязкость при 100°С базового масла, смешиваемого с бензином в настоящем изобретении, предпочтительно соответствует одному из приведенных ниже параметров от (i) до (ix) или комбинации одного из параметров от (i) до (v) и одного из параметров от (vi) до (ix):
(i) по меньшей мере 4 сСт
(ii) по меньшей мере 8 сСт
(iii) по меньшей мере 10 сСт
(iv) по меньшей мере 12 сСт
(v) по меньшей мере 16 сСт
где предпочтительность признаков (i), (ii), (iii), (iv) и (v) возрастает в указанном порядке; и
(vi) до 60 сСт
(vii) до 50 сСт
(viii) до 40 сСт
(ix) до 35 сСт
где предпочтительность признаков (vi), (vii), (viii) и (ix) возрастает в указанном порядке.
В особенности пригодными для настоящего изобретения являются интервалы, включающие комбинации любого признака, выбранного из приведенных выше (i)-(v), и любого признака, выбранного из (vi)-(ix). Примеры конкретных комбинаций приведенных выше признаков включают (i) и (vi), (ii) и (vii), (iii) и (viii) и (v) и (ix), предпочтительность которых возрастает в указанном порядке.
Как правило, базовое масло, имеющее кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт, будет иметь индекс вязкости (ИВ) (ASTM D 2270) по меньшей мере 80. Более типично, когда базовое масло, имеющее кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт, будет иметь индекс вязкости (ИВ) по меньшей мере 85 и, что более удобно, будет иметь ИВ по меньшей мере 90 или даже по меньшей мере 95. В зависимости от выбранного базового масла ИВ базового масла может быть по меньшей мере 100, например по меньшей мере 110 или даже по меньшей мере 120. Как правило, ИВ базового масла будет не выше 300 и более типично не выше 250. Приемлемый ИВ базового масла может быть не выше 200.
Температура кипения базового масла не имеет принципиальной важности, однако, как правило, температура кипения будет равной по меньшей мере 260°C и, более типично, по меньшей мере 300°C.
В бензиновой композиции настоящего изобретения может быть использовано любое известное в технике базовое масло или смесь базовых масел, имеющие кинематическую вязкость при 100°C не ниже 1 сСт. Приемлемым может быть использование обычных известных минеральных масел и синтетических масел или смеси одного или более минеральных масел и/или синтетических масел.
В число минеральных масел входят жидкие нефтяные масла и обработанное растворителем или обработанное кислотой минеральное смазочное масло парафинового, нафтенового или смешанного парафиново/нафтенового типа, которые могут быть дополнительно очищены с помощью способов гидроочистки и/или депарафинизации.
Нафтеновые базовые масла имеют низкий индекс вязкости (ИВ) (обычно 40-80) и низкую температуру застывания. Такие базовые масла получают из богатого нафтенами сырья, имеющего низкое содержание тяжелых парафинов.
Парафиновые базовые масла имеют более высокий ИВ (обычно выше 95) и высокую температуру застывания. Эти базовые масла получают из сырья богатого парафинами.
Синтетические методы способствуют тому, чтобы молекулы были построены из более простых веществ или их структуры были модифицированы так, чтобы они обладали строго заданными свойствами.
В число синтетических базовых масел входят углеводородные масла, такие как олефиновые олигомеры и депарафинизированный низкозастывающий рафинат, и могут также входить неуглеводородные масла, такие как эфиры двухосновных кислот и сложные эфиры полиолов. Примером пригодных для применения синтетических базовых масел являются синтетические углеводородные базовые масла, продаваемые группой Shell под названием XHVI (торговая марка).
В качестве базового масла настоящего изобретения могут также с успехом использоваться базовые масла или смеси базовых масел, получаемые из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша. Также в настоящем изобретении могут использоваться смеси базовых масел, получаемых из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, с одним или более минеральными маслами и/или одним или более синтетическими маслами. Не ограничивающие изобретения примеры базовых масел на основе процесса Фишера-Тропша раскрыты в ЕР-А-0776959, ЕР-А-0668342, WO-A-97/21788, WO-A-00/15736, WO-А-00/14188, WO-A-00/14187, WO-A-00/14183, WO-A-00/14179, WO-A-00/08115, WO-A-99/41332, ЕР-А-1029029, WO-A-01/18156 и WO-A-01/51166.
В одном из частных вариантов осуществления настоящего изобретения базовое масло, смешанное в настоящем изобретении с бензином, является базовым маслом, выбранном из базовых масел (или базовых компонентов) групп I-IV или их смесей, имеющих кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт.
Под базовым маслом «группы I», базовым маслом «группы II», базовым маслом «группы III» и базовым маслом «группы IV» в настоящем изобретении подразумеваются масла согласно определениям Американского нефтяного института (API) категорий I, II, III и IV. Эти категории API определены в API Publication 1509, 15th Edition, Appentix E (15-oe издание, приложение Е), апрель 2002.
Базовые масла группы I содержат менее 90% насыщенных соединений (согласно ASTM D2007) и/или более 0,03% серы (согласно ASTM D2622, D4294, D4297 или D3120) и имеют индекс вязкости больший или равный 80 и меньший 120 (согласно ASTM D2270).
Базовые масла группы II содержат 90% или более насыщенных соединений и 0,03% или менее серы и имеют индекс вязкости больший или равный 80 и меньший 120 согласно указанным выше методам ASTM.
Базовые масла группы III содержат 90% или более насыщенных соединений и 0,03% или менее серы и имеют индекс вязкости выше 120 согласно указанным выше методам ASTM.
Базовыми маслами группы IV являются поли-α-олефины (РАО).
Особых ограничений в отношении используемых базовых масел групп I-IV не существует и могут быть с успехом использованы различные традиционные известные базовые масла групп I-IV.
Базовым маслом, смешиваемым в настоящем изобретении с бензином, вполне может быть базовое масло на основе жидких углеводородов, полученное из минерального масла.
Базовым маслом или по меньшей мере частью базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, также вполне может быть использовано синтетически полученное базовое масло, предпочтительно синтетически полученное базовое масло на основе жидких углеводородов. Если по меньшей мере часть базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, является синтетически полученным базовым маслом, то концентрация синтетически полученного базового масла в базовом масле, смешиваемом в настоящем изобретении с бензином, предпочтительно выбирается из одной или более из следующих пропорций: по меньшей мере 50%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99% и 100%. Примеры «синтетически полученного базового масла на основе жидких углеводородов» включают композиции поли-α-олефинов (РАО) и композиции поли-внутренних-олефинов (PIO).
Профессионально подготовленному читателю нетрудно понять, что если 100 вес % базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, является синтетически полученным базовым маслом, то базовое масло, смешиваемое с бензином в бензиновой композиции настоящего изобретения, является синтетически полученным базовым маслом, которое само имеет кинематическую вязкость при 100°С по меньшей мере 1 сСт.
Если синтетически полученное базовое масло составляет менее 100 вес % базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, то баланс объема базового масла может с успехом составить любое известное в технике базовое масло или смесь базовых масел при условии, что объединенное базовое масло будет иметь кинематическую вязкость при 100°С не менее 1 сСт. Для обеспечения баланса объема базового масла могут быть с успехом использованы обычные известные минеральные масла и базовые масла на основе продукта процесса синтеза Фишера-Тропша или смеси одного или более минеральных масел и/или одного или более базовых масел, получаемых из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша.
В качестве базового масла или по меньшей мере части базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, может также быть базовое масло, полученное из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша; и предпочтительно, когда базовое масло или по меньшей мере часть базового масла, смешиваемые с бензином, являются базовым маслом, получаемым из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, причем базовое масло является базовым маслом на основе жидких углеводородов. Если по меньшей мере часть базового масла, смешиваемая в настоящем изобретении с бензином, получена из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, концентрацию продукта процесса синтеза Фишера-Тропша в смешиваемом с бензином базовом масле выбирают предпочтительно из одной или более из следующих пропорций: по меньшей мере 50%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99% и 100%.
Профессионально подготовленному читателю нетрудно понять, что если 100 вес % базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, получено из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, то смешанное с бензином базовое масло в бензиновой композиции настоящего изобретения является базовым маслом, получаемым из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, имеющим в индивидуальном виде кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт.
Если базовое масло, полученное из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша, составляет менее 100 вес % базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, то баланс объема базового масла может с успехом составить любое известное в технике базовое масло или смесь базовых масел при условии, что объединенное базовое масло имеет кинематическую вязкость при 100°C не менее 1 сСт. Для обеспечения баланса объема базового масла могут быть с успехом использованы обычные известные минеральные масла и синтетические масла или смеси одного или более минеральных масел и/или или одного или более синтетических масел.
Процесс синтеза Фишера-Тропша превращает оксид углерода в более длинную цепь, обычно в парафиновые углеводороды:
n(СО+2H2)→(-CH2-)n+nH2O+тепло
в присутствии подходящего катализатора и, как правило, при повышенных температурах (например, от 125 до 300°C, предпочтительно от 175 до 250°C) и/или давлениях (например, от 5 до 100 бар, предпочтительно до 12 до 50 бар). При необходимости могут быть использованы отношения водород/оксид углерода отличные от 2:1.
Сами оксид углерода и водород могут быть получены из органического или неорганического, природного или синтетического источников, обычно либо из природного газа, либо из метана органического происхождения. Газы, которые превращают в жидкие топливные компоненты с использованием таких способов могут, как правило, включать в себя природный газ (метан), сжиженный нефтяной газ (например, пропан или бутан), «конденсаты», такие как этан, синтез-газ (CO/водород) и газообразные продукты, получаемые из угля, биомассы и других углеводородов.
Типичные катализаторы для синтеза парафиновых углеводородов по Фишеру-Тропшу содержат в качестве каталитически активного компонента металл группы VIII периодической таблицы, в частности рутений, железо, кобальт или никель. Подходящие катализаторы этого типа описаны, например, в EP-A-0583836 (стр.3 и 4).
Тип процесса синтеза Фишера-Тропша, с помощью которого может быть получено базовое масло, не имеет особого значения и может быть использован любой известный в технике процесс синтеза Фишера-Тропша. Примерами процессов синтеза Фишера-Тропша, которые могут быть использованы, для получения описанного выше базового масла на основе процесса Фишера-Тропша, являются так называемая промышленная технология дистиллятов в суспедированной фазе Sasol, способ Shell синтеза средних дистиллятов (SMDS) и процесс «AGC-21» фирмы Exxon Mobil. Эти и другие процессы более детально описаны в ЕР-А-776959, ЕР-А-668342, US-A-4943672, US-A-5059299, WO-А-99/34917 и WO-A-99/20720. Как правило, эти продукты синтеза Фишера-Тропша содержат углеводороды, имеющие от 1 до 100 и даже более 100 атомов углерода. Продукт процесса синтеза Фишера-Тропша содержит насыщенные углеводородные продукты (линейные, циклические парафины и/или изопарафины) и в некоторых случаях, в зависимости от конкретного использованного способа Фишера-Тропша, могут также содержать ненасыщенные углеводородные продукты и кислородзамещенные углеводородные продукты.
Базовое масло может быть получено в процессе синтеза Фишера-Тропша непосредственно или опосредованно, например фракционированием продукта синтеза Фишера-Тропша или из обработанного продукта синтеза Фишера-Тропша. Обработкой, которая может быть применена для продукта синтеза Фишера-Тропша, может быть любой известный в технике вид обработки углеводородов. Примеры подходящих видов обработки, которые могут быть применяться для продукта синтеза Фишера-Тропша, включают в себя гидрообработку, гидрогенизацию, гидрокрекинг, гидроизомеризацию, полимеризацию, алкилирование, перегонку, крекинг-декарбоксилирование, изомеризацию и гидрориформинг, которые, например, описаны в GB-2077289 B, EP-A-0147873, US-A-4125566 и US-A-4478955. Традиционным образом, базовое масло, получаемое из процесса синтеза Фишера-Тропша, может быть базовым маслом, получаемым из процессов, описанных в WO 2004/007647 A и US 2005/0098476 A1.
Благодаря процессу синтеза Фишера-Тропша базовое масло, получаемое из процесса синтеза Фишера-Тропша, практически не содержит (в детектируемых количествах) или имеет очень низкие уровни серы и азота. Содержащие эти гетероатомы соединения имеют тенденцию действовать как яды для катализаторов Фишера-Тропша и, следовательно, удаляются из газового сырья для синтеза. Кроме того, этот процесс при обычном его проведении не дает или дает очень низкие уровни ароматических соединений.
Концентрация базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, должна быть в пределах от 0,1 до 5 вес % в расчете на всю бензиновую композицию.
Концентрация базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, в расчете на всю бензиновую композицию должна соответствовать одному из приведенных ниже параметров от (x) до (xix) или сочетанию одного из параметров от (x) до (xiv) с одним из параметров от (xv) до (xix):
(x) по меньшей мере 0,2 вес %;
(xi) более 0,2%;
(xii) по меньшей мере 0,25 вес %;
(xiii) no меньшей мере 0,3 вес %;
(xiv) по меньшей мере 0,35 вес %;
где предпочтительность признаков (x), (xi), (xii), (xiii) и (xiv) возрастает в указанном порядке; и
(xv) до 4,5 вес %;
(xvi) до 4,0 вес %;
(xvii) до 3,5 вес %;
(xviii) до 3,0 вес %;
(xix) до 2,5 вес %;
где предпочтительность признаков (xv), (xvi), (xvii), (xviii) и (xix) возрастает в указанном порядке.
В особенности пригодными для настоящего изобретения являются интервалы, включающие комбинацию любого признака, выбранного из приведенных выше (x)-(xiv), и любого признака, выбранного из приведенных выше (xv)-(xix). Примеры конкретных комбинаций приведенных выше признаков включают (x) и (xv), (xi) и (xvi), (xii) и (xvii), (xiii) и (xviii), (xiv) и (xix), предпочтительность которых возрастает в указанном порядке.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения концентрация базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, в расчете на всю бензиновую композицию может быть не менее 0,5 вес %. Например, концентрация смешиваемого с бензином базового масла может быть в пределах от 0,5 до 5,0 вес %, от 0,5 до 4,5 вес %, от 0,5 до 4,0 вес %, от 0,5 до 3,5 вес %, от 0,5 до 3,0 вес % или даже от 0,5 до 2,5 вес %.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения концентрация базового масла, смешиваемого в настоящем изобретении с бензином, в расчете на всю бензиновую композицию может быть не менее 1,0 вес %. Например, концентрация смешиваемого с бензином базовое масло может быть в пределах от 1,0 до 5,0 вес %, от 1,0 до 4,5 вес %, от 1,0 до 4,0 вес %, от 1,0 до 3,5 вес %, от 1,0 до 3,0 вес % или даже от 1,0 до 2,5 вес %.
Хотя это и не является особенно существенным для настоящего изобретения, бензиновая композиция может с успехом дополнительно включать в себя одну или более присадок к топливам. Концентрация и природа топливной присадки(ок), которая может быть введена в бензиновую композицию настоящего изобретения, не являются существенными. Не лимитирующие изобретения примеры подходящих типов топливных присадок, которые могут вводиться в бензиновую композицию, включают антиоксиданты, ингибиторы коррозии, детергенты, присадки для устранения водяной дымки, антидетонаторы, дезактиваторы металлов, соединения, защищающие от усиленного износа седла клапанов, красители, модификаторы трения, жидкости-носители, разбавители и маркеры. Примеры подходящих присадок этого рода описаны в целом в патенте США №5855629.
Удобно смешивать топливные присадки с одним или более разбавителями или жидкостями-носителями с целью получения концентратов присадок, которые после этого могут быть смешаны с бензином. Если один или более разбавителей или жидкостей-носителей является базовым маслом, в частности базовым маслом на основе жидких углеводородов, имеющим кинематическую вязкость при 100°C не менее 1 сСт, концентрация базового масла, смешиваемого с бензином с целью получения бензиновой композиции, должна быть соответствующим образом откорректирована.
Концентрация любых присутствующих в бензине или бензиновой композиции присадок (на активный материал) предпочтительно составляет до 1 вес %, более предпочтительно в пределах от 5 до 1000 вес ч/млн, предпочтительно в пределах от 75 до 300 вес ч/млн, например от 95 до 150 вес ч/млн.
Бензиновая композиция согласно настоящему изобретению может быть приготовлена с помощью способа, который включает в себя смешение с бензином от 0,1 до 5 вес % (в расчете на всю бензиновую композицию) базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт, и при необходимости других традиционных компонентов бензина, таких как одна или более топливных присадок.
При необходимости, если требуется ввести в бензиновую композицию настоящего изобретения одну или более топливных присадок, эти топливные присадки могут быть смешаны с базовым маслом, имеющим кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт, с целью образования концентрата присадок, содержащего топливные присадки в подходящих концентрациях для того, чтобы иметь в топливной композиции заданную концентрацию топливных присадок после смешения с бензином названного концентрата присадок в количествах от 0,1 до 5 вес % в расчете на всю бензиновую композицию.
Было установлено, что применение бензиновых композиций согласно настоящему изобретению в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием приводит к улучшению приемистости двигателя. Под выражением «улучшение приемистости двигателя» подразумевается то, что для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции согласно настоящему изобретению, требуется меньше времени для ускорения между двумя определенными скоростями (которые определяются числом оборотов двигателя), чем тому же двигателю, работающему в тех же условиях на бензиновой композиции, содержащей только базовый бензин (т.е. не содержащей базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°С по меньшей мере 1 сСт).
Таким образом, настоящее изобретение предлагает использование в бензиновой композиции, состоящей в основном из бензина, от 0,1 до 5 вес % в расчете на всю бензиновую композицию базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт, с целью улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции.
Настоящее изобретение распространяется также на применение бензиновой композиции, содержащей:
(a) преобладающее количество бензина и
(b) от 0,1 до 5 вес % от всей бензиновой композиции базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт,
для улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции.
Настоящее изобретение относится также к способу эксплуатации четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающему ввод в камеры сгорания этого двигателя определенной выше бензиновой композиции.
Настоящее изобретение разъясняется далее на приведенных ниже примерах, которые иллюстрируют влияние бензиновых композиций согласно настоящему изобретению на приемистость четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Если не указано иное, части и процентные содержания (концентрация) даются по весу, вязкостью является кинематическая вязкость, которая измеряется при 100°C в сСт, а температуры даются в градусах Цельсия.
Примеры
Составы бензиновых композиций, используемых в следующих далее примерах, даются в приведенной ниже таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Тест-топлива | |
| Тест-топливо | Состав |
| F1 | Базовое топливо+2,00 об % гексадекана |
| F2 | Базовое топливо+2,00 об % минерального базового масла HVI-60 |
| F3 | Базовое топливо+2,00 об % базового масла XHVI-8 |
| F4 | Базовое топливо+2,00 об % минерального базового масла HVI-160 |
| F5 | Базовое топливо+2,00 об % высоковязкого базового масла GtL |
| F6 | Базовое топливо+2,00 об % минерального базового масла HVI-650 |
| F7 | Базовое топливо+2,00 об % синтетического базового масла РАО-40 |
| F8 | Базовое топливо+0,25 об % высоковязкого базового масла GtL |
| F9 | Базовое топливо+0,50 об % высоковязкого базового масла GtL |
| F10 | Базовое топливо+1,00 об % высоковязкого базового масла GtL |
Используемым в примерах базовым бензином был не содержащий свинца бензин (95 ULG) с октановым числом по исследовательскому методу (ИОЧ) 95,1 и моторным октановым числом (МОЧ) 86,7 с содержанием серы (ASTM D 2622-94) 8 вес ч/млн, содержанием изо- и нормальных парафинов 61,18 об %, содержанием насыщенных нафтенов 6,49%, содержанием ароматики 28,35 об % и содержанием олефинов 3,81 об % (измерено с помощью газовой хроматографии), плотностью при 15°C (ISO 3675:93/D4052:91) 0,7307 кг/л и разгонкой (ISO 3405/88): начало кипения 39,2°C, 10% 56,6°C, 50% 93,2°C, 90% 139,8°C и конец кипения 172,2°С.
Н-гексдекан (чистота 99%) получен от Avocado Organics. Измеренная кинематическая вязкость н-гексадекана при 100°C была равной 1,10 мм2/сек (ASTM D 445).
Минеральное масло HVI-60 представляет собой светлое и прозрачное минеральное масло с высоким индексом вязкости, имеющее кинематическую вязкость при 100°C от 4,4 до 4,9 мм2/сек (ASTM D 445), минимальную температуру вспышки 204°C (ASTM D 93) и температуру застывания от -12 до -15°С (ASTM D 97).
Базовое масло XHVI-8 (торговая марка фирмы Shell) представляет собой светлый и прозрачный продукт процесса синтеза Shell XHVI (торговая марка), имеющий кинематическую вязкость при 100°C от 7,8 до 8,5 мм2/сек (ASTM D 445), минимальную температуру вспышки 210°C (ASTM D 93) и температуру застывания -15°C (ASTM D 97).
Минеральное базовое масло HVI-160 представляет собой светлое и прозрачное минеральное масло с высоким индексом вязкости, имеющее кинематическую вязкость при 100°С от 10,7 до 11,8 мм2/сек (ASTM D 445), минимальную температуру вспышки 228°C (ASTM D 93) и температуру застывания -9°C (ASTM D 97).
Высоковязкое базовое масло GtL является базовым маслом на основе процесса Фишера-Тропша, имеющее кинематическую вязкость при 100°C 19,0 мм2/сек (ASTM D 445), индекс вязкости примерно 170°C, температуру вспышки 247,5°C (ASTM D 93) и температуру застывания -30°C (ASTM D 5950).
Минеральное базовое масло HVI-650 представляет собой светлое и прозрачное минеральное масло с высоким индексом вязкости, имеющее кинематическую вязкость при 100°С от 30,5 до 34,2 мм2/сек (ASTM D 445), минимальную температуру вспышки 267°С (ASTM D 93) и температуру застывания -60°С (ASTM D 97).
Синтетическое базовое масло РАО-40, известное как поли-α-олефин Spectrasyn (торговая марка), получено от ExxonMobil Chemicals и имеет кинематическую вязкость при 100°С 39 сСт, температуру вспышки 281°С и температуру застывания -36°С.
Измеренная кинематическая вязкость при 100°С (измеренная согласно методу испытания ASTM D445) базовых масел, используемых в тест-топливах, представленных в таблице 1, дается в приведенной ниже таблице 2.
| Таблица 2 | |
| измеренная кинематическая вязкость при 100°С (KB100) базовых масел | |
| Добавленный к топливу компонент | КВ100 (сСт) |
| Гексадекан | 1,10 |
| Минеральное базовое масло HVI-60 | 4,65 |
| Базовое масло XHVI-8 (Shell) | 8 |
| Минеральное базовое масло HVI-160 | 11,25 |
| Высоковязкое базовое масло GtL | 19 |
| Минеральное базовое масло HVI-160 | 32 |
| Синтетическое базовое масло РАО-40 | 39 |
Улучшение приемистости топлив таблицы 1 измерено с использованием четырехтактного стендового двигателя. Использованный четырехтактный стендовый двигатель представляет собой двигатель Ford Zetec с распределенным впрыском бензина и искровым зажиганием, имеющим 4 линейно расположенных цилиндра с рабочим объемом 2,0 л и с 16 клапанами, оборудованный коробкой передач МТ-75, электронным вводом для впрыска топлива и системой зажигания с датчиком абсолютного давления (ЕЕС4). При проведении стендовых испытаний был удален снабженный электроусилителем насос рулевого управления (PAS) и вместо него установлен другой водяной насос (от Ford Orion Zetec) с целью соответствия изменению направления ременной передачи. Испытание на ускорение с модификатором трения состояло в нагреве/стабилизации (динамометрической нагрузки, времени ускорения и температур двигателя/испытательной ячейки) и последующей стадии испытания на ускорение, где базовое топливо (контроль) испытывалось в сравнении с испытуемым топливом. Непрерывная последовательность испытаний разделена на следующие отдельные фазы: базовый цикл 1, базовый цикл 2, цикл тест-топлива и базовый цикл 3.
Примечание. Циклы с ускорением проводятся непрерывно во всех испытательных фазах, включая смены топлива и промывку.
Во время испытания непрерывно измеряют и отслеживают температуры моторного масла, охладителя и воздухопритока, наряду с условиями в помещении, такими как барометрическое давление и влажность воздуха, так как эти параметры могут проявлять немедленный и значительный эффект на испытание на ускорение, что может быть принято во внимание.
Детали фазы испытания являются следующими:
Оператор проводит испытание, начиная испытание с использованием базового (контрольного) топлива и осуществляя минимум:
- 30 ускорений на нагрев/стабилизацию и
- 45 ускорений на базовом топливе (базовый цикл 1).
После этого оператор производит имитированную замену топлива и выполняет пятиминутную процедуру промывки на базовом топливе (база-на базу) и далее:
- 45 дополнительных ускорений на базовом топливе (базовый цикл 2).
После этого оператор производит замену топлива на испытуемое топливо (тест-топливо), выполняя пятиминутную процедуру промывки на испытуемом топливе (тест-топливе) (база-на тест), после чего следуют:
- 45 ускорений на испытуемом топливе (тест-топливе) (цикл тест-топлива).
После этого оператор производит замену топлива вновь на базовое топливо, выполняя пятиминутную процедуру промывки вновь на базовом топливе (тест-на базу) и далее:
- 15 ускорений на базовом топливе (базовый цикл 3).
После этого мотор останавливают и испытание заканчивается.
Статистическую значимость одному циклу тест-топлива придают по меньшей мере 45 ускорений на одном топливе. Каждое испытуемое топливо испытывается по три раза. Топлива испытывали в произвольном порядке.
В процессе испытания время, которое требуется двигателю для ускорения от 2010 до 4000 об/мин, обозначается Tm1, а время, которое требуется двигателю для ускорения от 2300 до 4000 об/мин, обозначается Tm3. Как это раскрыто выше, при стендовом испытании двигателя проходит большое число ускорений, позволяющих точно определять эти два времени. Кроме того, двигатель испытывается на разных топливах в порядке Б-Б-Т-Б (где Б обозначает базовое топливо, а Т - испытуемое топливо (тест-топливо). Это позволяет определять выигрыш в приемистости для двух отдельных циклов базового топлива, которое должно быть равным нулю, и отличие от нуля указывает на степень точности испытания. Чтобы сделать возможным получение статистически значимых результатов, каждое тест-топливо подвергали трехкратному испытанию и порядок испытаний разных топлив делали произвольным. Если Tm1 и Tm3 для тест-топлива меньше по сравнению с базовым топливом - это означает, что тест-топливо дает выигрыш в приемистости.
В таблицах 3 и 4 представлены результаты вышеуказанных испытаний, дающие Tm1 и Tm3 для каждого цикла тест-топлив, а также среднее значение этих параметров для каждого из испытуемых топлив (тест-топлив). Приведенные в таблицах 3 и 4 показывают дают выигрыш в приемистости испытуемых топлив (тест-топлив) настоящего изобретения в процентах улучшения приемистости по сравнению с базовым топливом.
| Таблица 3 | |||||
| Улучшение Tm1 (%) по сравнению с базовым топливом для подгруппы топлив, содержащих компоненты, добавляемые к базовому топливу в количестве 2 об % | |||||
| Пример № | Тест-топливо | Цикл 1 | Цикл 2 | Цикл 3 | Среднее значение |
| 1 | F1 | 1,84 | 0,82 | 0,11 | 0,92 |
| 2 | F2 | 3,74 | 3,93 | 2,10 | 3,26 |
| 3 | F3 | 5,72 | 6,87 | 3,78 | 5,46 |
| 4 | F4 | 5,79 | 5,04 | 6,52 | 5,78 |
| 5 | F5 | 9,43 | 8,52 | 8,94 | 8,96 |
| 6 | F6 | 11,74 | 10,95 | 11,06 | 11,25 |
| 7 | F7 | 9,81 | 8,42 | 9,33 | 9,19 |
| Таблица 4 | |||||
| Улучшение Tm3 (%) по сравнению с базовым топливом для подгруппы топлив, содержащих компоненты, добавляемые к базовому топливу в количестве 2 об % | |||||
| Пример № | Тест-топливо | Цикл 1 | Цикл 2 | Цикл 3 | Среднее значение |
| 8 | F1 | 2,84 | 1,23 | 0,75 | 1,61 |
| 9 | F2 | 3,35 | 3,54 | 1,91 | 2,93 |
| 10 | F3 | 5,99 | 5,40 | 4,77 | 5,39 |
| 11 | F4 | 5.23 | 4,08 | 6,59 | 5,30 |
| 12 | F5 | 8,74 | 7,84 | 7,95 | 8,18 |
| 13 | F6 | 10,57 | 10,06 | 10,01 | 10,21 |
| 14 | F7 | 9,34 | 8,14 | 9,16 | 8,88 |
Для тест-топлив, содержащих высоковязкое базовое масло GtL (газ-в-жидкость) фирмы Shell, оценена также зависимость приемистости от концентрации базового масла. Результаты этих серий испытаний представлены в таблице 5 для Tml и в таблице 6 для Tm3.
| Таблица 5 | |||||
| Улучшение Tm1 (%) по сравнению с базовым топливом для подмножества топлив, содержащих компоненты базового масла GtL, добавляемые к базовому топливу в разных количествах | |||||
| Пример № | Тест-топливо | Цикл 1 | Цикл 2 | Цикл 3 | Среднее значение |
| 15 | F8 | 5,38 | 4,27 | 2,90 | 4,18 |
| 16 | F9 | 5,84 | 3,88 | 4,28 | 4,67 |
| 17 | F10 | 8,70 | 6,81 | 6,32 | 7,28 |
| 18* | F5 | 9,43 | 8,52 | 8,94 | 8,96 |
| *- эквивалент примера 5 |
| Таблица 6 | |||||
| Улучшение Tm3 (%) по сравнению с базовым топливом для подмножества топлив, содержащих компоненты базового масла GtL, добавляемые к базовому топливу в разных количествах | |||||
| Пример № | Тест-топливо | Цикл 1 | Цикл 2 | Цикл 3 | Среднее значение |
| 19 | F8 | 4,82 | 2,87 | 3,05 | 3,58 |
| 20 | F9 | 5,66 | 4,25 | 4,03 | 4,65 |
| 21 | F10 | 7,97 | 6,23 | 5,26 | 6,49 |
| 22* | F5 | 8,74 | 7,84 | 7,95 | 8,18 |
| *- эквивалент примера 12 |
Из таблиц 3-6 четко следует неизменное улучшение приемистости испытуемого двигателя, измеряемое с помощью Tm1 и Tm3, для тест-топлив по сравнению с базовым топливом.
1. Применение базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт в бензиновой композиции, состоящей в основном из бензина, в количестве от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию, для улучшения приемистости четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего на бензиновой композиции.
2. Применение по п.1, в котором базовое масло представляет собой базовое масло на основе жидких углеводородов.
3. Применение по п.1 или 2, в котором концентрация базового масла составляет от 1 до 4,0 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию.
4. Применение по п.3, в котором концентрация базового масла составляет от 1 до 3,5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию.
5. Применение по п.1, в котором кинематическая вязкость базового масла при 100°С составляет от 4 до 60 сСт.
6. Применение по п.5, в котором кинематическая вязкость базового масла при 100°С составляет от 8 до 50 сСт.
7. Применение по п.6, в котором кинематическая вязкость базового масла при 100°С составляет от 10 до 40 сСт.
8. Применение по п.1, в котором по меньшей мере часть базового масла представляет собой синтетически полученное базовое масло.
9. Применение по п.1, в котором по меньшей мере часть базового масла получена из продукта процесса синтеза Фишера-Тропша.
10. Способ эксплуатации четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающий ввод в камеру сгорания указанного двигателя бензиновой композиции, содержащей:
(a) преобладающее количество бензина и
(b) от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию базового масла, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт.
11. Бензиновая композиция для четырехтактного двигателя, содержащая:
(a) преобладающее количество бензина и
(b) от 1 до 5 вес.% в расчете на всю бензиновую композицию базового масла на основе жидких углеводородов, имеющего кинематическую вязкость при 100°C по меньшей мере 1 сСт.
