阅读说明：本技术 用于燃料组合物的性能增强添加剂及其使用方法 (Performance enhancing additives for fuel compositions and methods of use thereof ) 是由 马赫什·苏布拉马尼亚姆 于 2019-01-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及性能增强添加剂组合物,在一个实施方式中,该性能增强添加剂组合物包括：(i)酰胺；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物的混合物或共混物,并且在另一个实施方式中,该性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物,且进一步包含清洁剂,并涉及在又一个实施方式中的其燃料组合物,和涉及在又一个实施方式中的其使用方法,以及涉及在又一个实施方式中的改善燃料和发动机的性能的方法。(The present invention relates to a performance enhancing additive composition, which in one embodiment comprises: (i) an amide; and (ii) an oxide-treated derivative of an amine, and in another embodiment, the performance enhancing additive composition comprises: (i) an amide; and (ii) an oxide-treated derivative of an amine, and further comprising a detergent, and to a fuel composition thereof in yet another embodiment, and to a method of use thereof in yet another embodiment, and to a method of improving the performance of fuels and engines in yet another embodiment.)

用于燃料组合物的性能增强添加剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及用于燃料组合物的性能增强添加剂(Performance enhancingadditive)、包含性能增强添加剂的燃料组合物、及其使用方法。

背景技术

具有喷射系统的现代柴油发动机已变得更加节能。

因此，工业上需要一种添加剂，该添加剂能够增强燃料的性能，从而在将该燃料用于柴油发动机中时特别地降低功率损耗。

因此，本发明需要提供一种用于燃料组合物的性能增强添加剂、包含性能增强添加剂的燃料组合物、及其使用方法。

发明内容

有待本发明解决的问题：

因此，本发明旨在提供解决现代柴油发动机的功率损耗问题的方案。

发明目的：

因此，本发明的主要目的是提供一种用于燃料组合物的性能增强添加剂、包含性能增强添加剂的燃料组合物、及其使用方法。

当结合实施例阅读时，本发明的其他目的和优点将从以下描述中变得更加明显，这些实施例不意在限制本发明的范围。

具体实施方式

为了提供解决柴油发动机的功率损耗问题的方案，本发明的发明人已发现，当将酰胺和经氧化物处理的胺的共混物或混合物添加到燃料中时，所得到的燃料组合物令人惊讶且出乎意料地证明了通过降低发动机的功率损耗使柴油发动机或燃料的性能得到了改善。

因此，在一个实施方式中，本发明涉及性能增强添加剂组合物，该性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺(A组分)；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物。

因此，在另一个实施方式中，本发明还涉及性能增强添加剂组合物的通过降低发动机的功率损耗来增强发动机或用于发动机的燃料的性能的用途，该性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺(A组分)；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物。

因此，在又一个实施方式中，本发明涉及燃料组合物，该燃料组合物包含：(A)现代发动机中使用的燃料；和(B)性能增强添加剂组合物，该性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物的混合物或共混物。

根据本发明的一个实施方式，酰胺(A组分)是聚异丁烯琥珀酸酐(polyisobutylene Succinic Anhydride，PIBSA)和四乙烯五胺(tetraethylenePentamine，TEPA)的反应产物。

根据本发明的一个优选实施方式，使PIBSA与TEPA在特别是小于约100℃的温度下反应。

根据本发明的一个实施方式，胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)是氧化物和胺的反应产物。

根据本发明的一个实施方式，氧化物选自包括环氧乙烷(Ethylene Oxide，EO)、环氧丙烷(Propylene Oxide，PO)、环氧丁烷(Butylene Oxide，BO)和此类其他氧化物的组。

根据本发明的一个实施方式，胺优选为叔胺，更优选为在烷基链内含有一个或多个羟基基团的叔胺，甚至更优选为三异丙醇胺(Tri-isopropanolamine，TIPA)。

因此，根据本发明的一个实施方式，胺的经氧化物处理的衍生物选自包含胺的经环氧乙烷(EO)处理的衍生物、胺的经环氧丙烷(PO)处理的衍生物和胺的经环氧丁烷(BO)处理的衍生物的组。

根据本发明的一个优选实施方式，胺的经氧化物处理的衍生物可以通过任何已知的方法来制备，优选通过使所取的胺和氧化物分别以约0.5：4至约2：16的重量比反应来制备，更优选通过使所取的胺和氧化物分别以约1：8至约2：16的重量比反应来制备，甚至更优选通过使所取的胺和氧化物分别以约1：8的重量比反应来制备。

根据本发明的一个优选实施方式，胺的经氧化物处理的衍生物通过使胺和氧化物在氢氧化物或醇氢氧化物、优选氢氧化钾的存在下反应制备的。

根据本发明的一个优选实施方式，本发明的(i)酰胺(A组分)；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物可以通过以任何摩尔比或任何重量比混合或共混A组分和B组分来制备。例如，酰胺和氧化物处理的胺的重量比可以在约99：1至约1：99之间变化。氧化物处理的胺可以通过使胺与氧化物以摩尔比在约1：1至约1：50摩尔之间混合而得到。

根据本发明的一个实施方式，上述添加剂组合物可进一步包含清洁剂(C组分)。

因此，在又一个实施方式中，本发明涉及性能增强添加剂组合物，该性能增强添加剂组合物包含：(I)(i)酰胺(A组分)；和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物；以及(Ⅱ)清洁剂(C组分)。

因此，在又一个实施方式中，本发明还涉及性能增强添加剂组合物的通过降低发动机的功率损耗来改善发动机或用于发动机的燃料的性能的用途，该性能增强添加剂组合物包含：(I)(i)酰胺(A组分)，和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物；以及(Ⅱ)清洁剂(C组分)。

因此，在又一个实施方式中，本发明涉及一种燃料组合物，该燃料组合物包含：(I)性能增强添加剂组合物，该性能增强添加剂组合物包含(i)酰胺(A组分)，和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物；(Ⅱ)清洁剂(C组分)；以及(III)现代发动机中使用的燃料。

根据本发明的一个实施方式，清洁剂是聚异丁烯琥珀酰亚胺(PolyisobutyleneSuccinimide，PIBSI)。

根据本发明的一个优选实施方式，聚异丁烯琥珀酰亚胺(PIBSI)是聚异丁烯琥珀酸酐(PIBSA)和四乙烯五胺(TEPA)的反应产物。

根据本发明的一个优选实施方式，使PIBSA与TEPA在特别是高于约100℃的温度下反应。

根据本发明的一个优选实施方式，PIBSA可以通过任何已知的方法来制备，优选地PIBSA可以由高反应性聚异丁烯(High Reactive Polyisobutylene，HRPIB)来制备。

根据本发明的一个优选实施方式，常规的PIB和所谓的“高反应性”PIB(例如参见EP-B-0565285)适用于本发明。在本文中，高反应性PIB定义为其中末端烯属双键中的至少50％、优选70％或更多是亚乙烯基类型的PIB，例如可获得自BASF的GLISSOPAL化合物。

可以注意到，根据本发明的第二个实施方式，可以使清洁剂(C组分)与(i)酰胺(A组分)和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)的混合物或共混物混合或共混，或者可替代地可以使洗涤剂(C组分)与(i)酰胺(A组分)和(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)混合或共混，以形成本发明的组合物。

根据本发明的一个优选实施方式，可以使本发明的(i)酰胺(A组分)；(ii)胺的经氧化物处理的衍生物(B组分)；和(iii)清洁剂(C组分)以任何摩尔比或任何重量比混合或共混。例如，酰胺和氧化物处理的胺的重量比可以在约99：1至约1：99之间变化。氧化物处理的胺可以通过使胺和氧化物以约1：1至约1：50摩尔的摩尔比反应来获得。此外，可以使酰胺：氧化物处理的胺：清洁剂以约1：0.1：0.1至约0.1：1：1的重量比混合或共混。

因此，在又一个实施方式中，本发明还涉及通过使用本发明的性能增强添加剂组合物来降低发动机的功率损耗以改善发动机和发动机中使用的燃料的性能的方法。

在一个示例性实施方式中，本发明的清洁剂是聚异丁烯琥珀酰亚胺(PIBSI)，聚异丁烯琥珀酰亚胺可以通过本领域已知的方法制备。优选地，PIBSI可以通过以下两步反应来制备。

步骤1：聚异丁烯琥珀酸酐(PIBSA)的合成：(不是发明)：

a)将市售的约1297.5g的分子量为750的高反应性聚异丁烯(HRPIB)装入清洁干燥的四颈烧瓶中。将温度升至约125℃；

b)添加约201.8g马来酸酐，并将所得反应混合物进一步加热至约170℃的温度达约2小时；

c)将反应混合物进一步加热至约205℃达约3小时，并保持在相同温度下、即在约205℃的温度下达约6小时；

d)这之后，蒸馏出过量的马来酸酐；

e)将反应混合物用甲苯稀释以得到PIBSA，发现其在甲苯中具有85％的活性。

步骤2：由步骤1的PIBSA合成聚异丁烯琥珀酰亚胺(PIBSI)-[在实施例中称为PDA1]：

向清洁干燥的四颈烧瓶中装入如在上述步骤1中得到的约400g的85％活性的PIBSA的甲苯溶液，并在室温下连续搅拌下向其中添加约76.1g的TEPA。然后将由此得到的反应混合物加热至约140℃至150℃的温度，优选地，对于本实施例而言，将该反应混合物加热至约145℃至147℃的温度并在该温度下保持约4小时，以便完成反应，从而形成环状环化合物-PIBSI。这之后，完全蒸馏出甲苯。用重芳烃熔剂(HAR)稀释反应混合物，在本例中重芳烃熔剂为溶剂石脑油，以得到环状环化合物PIBSI，发现该环状环化合物PIBSI具有：

·约750道尔顿的平均分子量(M_w)，通过凝胶渗透色谱法(GPC)测得；

·7％氮含量，通过元素分析计算出；和

·约133mg KOH/g的总胺值，通过ASTM D 2074-16方法计算出。

在一个示例性实施方式中，本发明的酰胺是聚异丁烯琥珀酸酐(PIBSA)和TEPA的反应产物，该酰胺可以通过本领域已知的方法来制备。优选地，酰胺可以通过以下反应来制备。

步骤A：酰胺的合成(A组分)：

在清洁干燥的四颈烧瓶中，在室温搅拌下，向约200g在上述步骤1中得到的85％活性的PIBSA的甲苯溶液中添加约40.18g的TEPA。将由此得到的反应混合物加热至约60℃至约100℃、优选地至约70℃至约90℃的温度，出于本实施例的目的，特别地加热至约80℃的温度，并保持不同的持续时间至多约7小时，优选地至多约7小时，出于本实施例的目的，特别是至多约5小时。可以注意到，本反应也可以在室温下进行，但不能在高于100℃的温度下进行，因为之后会形成上述步骤2的环状环化合物PIBSI，而本实施例的目的是避免上述步骤2的环状环化合物PIBSI的形成。这之后，蒸馏出甲苯以得到酰胺，该酰胺在本发明中被指定为A组分。发现A组分(酰胺)具有：

·约18mg KOH/g的酸值，通过ASTM D664-16方法计算出。

·5％氮含量，通过元素分析计算出；和

·约123mg KOH/g的总胺值，通过ASTM D 2074-16方法计算出。

步骤B：PO-TIPA衍生物(B组分)的制备：

在高压釜中装入约437gm的TIPA，向其中添加约7.5gm氢氧化钾(KOH)，并将所得反应混合物加热至约130℃的温度，并向其中添加约1062.5gm的PO。将所得反应混合物的温度保持在约130℃的温度达约2-3小时，以引起PO-TIPO衍生物的形成。将反应混合物冷却至室温(RT)，并分离出PO-TIPA衍生物，该PO-TIPA衍生物在本发明中被指定为B组分。发现B组分(PO-TIPA衍生物)具有：

·3％氮含量，通过元素分析计算出；和

·约91mg KOH/g的总胺值，通过ASTM D 2074-16方法计算出。

制备A组分和B组分的混合物或共混物：-[在实施例中称为PDA7]：

在本发明的一个示例性实施方式中，A组分和B组分的混合物或共混物[在实施例中称为PDA7]可通过以下过程来制备。

将约150g在上述步骤A中得到的A组分(酰胺)装入清洁干燥的四颈烧瓶中，向其中添加约95g的B组分[在上述步骤B中由以约1：8的重量比所取的TIPA：PO获得的PO-TIPA衍生物]，并将所得反应混合物加热至约78℃至80℃的温度约4h。观察到，这导致形成两个分离的层，这证实了即使将本发明的A组分和B组分的反应混合物加热至约78℃至80℃的温度约4小时，本发明的A组分和B组分之间也没有发生化学反应。

通过对这两个分离的层进行分析，发现A组分和B组分的混合和加热不会导致季盐的形成，并因此证实了本发明的A组分和B组分之间没有发生化学反应。

对于本发明的一个示例性实施方式，将因此形成的上述两个分离的层用甲苯稀释以具有50％活性，这导致形成均质的单层，即A组分和B组分的混合物或共混物，其是本发明的混合物或共混物。

50％活性的A组分和50％活性的B组分的混合物或共混物的分析：

·约5mg KOH/g的酸值，通过ASTM D664-16方法计算出；

·3％氮含量，通过元素分析计算出；和

·约65mg KOH/g的总胺值，通过ASTM D 2074-16方法计算出。

缩写：

在本发明中，使用了以下缩写：

·TIPA是三异丙醇胺；

·PO-TIPA是TIPA的环氧丙烷(PO)衍生物；

·750PIBSI是平均分子量(M_w)为750道尔顿的聚异丁烯琥珀酰亚胺；

·HRPIB是高反应性聚异丁烯；

·TEPA是四乙烯五胺；

·PIBSA是聚异丁烯琥珀酸酐；以及

·HAR是重芳烃溶剂。

因此，在一个实施方式中，本发明的性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺(即，PIBSA和TEPA的反应产物，也就是步骤A的A组分)；和(ii)TIPA的经氧化物处理的衍生物，例如PO-TIPA衍生物(即TIPA和PO的产物，也就是步骤B的B组分)的混合物/共混物。

因此，在第二个实施方式中，本发明的性能增强添加剂组合物包含：(i)酰胺(即，PIBSA和TEPA的反应产物，即步骤A的A组分)；和(ii)TIPA的经氧化物处理的衍生物，例如PO-TIPA衍生物(即TIPA和PO的产物，即步骤B的B组分)的混合物/共混物；并且进一步包含(iii)作为清洁剂的PIBSI(C组分)。

本发明的其他实施方式从所附实施例中将是显而易见的，这些实施例仅用于说明目的，并不旨在限制本发明的范围。

实施例：

通过使用适合于所使用的测试方法的市售参比燃料，制备了各种柴油燃料组合物以评估当前提供的添加剂组合物的效率。例如，对于CEC-F-98-08测试方法，可以使用市售的CEC RF-79-07参比燃料。已知这种参比燃料的十六烷值通过EN ISO 5165方法测量为约52至约54，通过EN ISO 12185方法测量得到在15℃下的密度为约833Kg/m³至约837Kg/m³，通过EN ISO 2719方法测量得到闪点为约62℃或更高，通过EN ISO 3104方法测量得到在40℃下的粘度为约2.300mm²/s至约3.300mm²/s。也可以使用市售的CEC RF 06 03参比燃料。已知这种参比燃料的十六烷值通过EN ISO 5165-98方法测量为约52至约54，通过EN ISO 3675-98方法测量得到在15℃下的密度为约833Kg/m³至约837Kg/m³，通过EN ISO 22719方法测量得到闪点为约55℃或更高，通过EN ISO 3104方法测量得到在40℃下的粘度为约2.3mm²/s至约3.3mm²/s。向这些示例性组合物中添加约1ppm的锌作为新癸酸锌(zincneodecanoate)。所得组合物通过CEC-F-98-08方法测试。对于这些实验，使用了CEC RF-79-07参比燃料，其是由欧洲协调委员会(Coordinating European Council，CEC)提名的用于CEC-F-98-08发动机测试方法的标准参比燃料。可以注意到，本发明的范围既不受测试方法的限制，也不受用于测试方法的参比燃料的限制。

在以下示例性组合物中，PDA1和PDA7与上文所述相同。

表1

从上表1的测试结果可以观察到，具有74ppm添加剂PDA1的基础燃料显示出2.3％的功率损耗；具有100ppm添加剂PDA7的基础燃料显示出大幅降低的功率损耗％，功率损耗为0.9％，其中将PDA1(即清洁剂)添加到添加剂PDA7中，导致功率损耗％进一步大幅降低至0.7％或0.5％功率损耗。因此，本发明的组合物已证明了令人惊讶且出乎意料的技术优点，即协同作用。

从上表1的测试结果中可以观察到，与空白样品和由现有技术添加剂(即没有本发明的添加剂组合物的PDA1)组成的样品相比，包含PDA7、或PDA7和PDA1的本发明的组合物通过降低功率损耗％证实了性能上的改善。