專利名稱：含有燃料添加劑的箱內(nèi)限時釋放離子交換樹脂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過限時釋放離子交換樹脂向燃料提供燃料添加劑的裝置。該樹脂可含有與例如含胺的清潔劑結(jié)合的強酸性(磺酸)或弱酸性(羧酸)高網(wǎng)狀聚合物，當該清潔劑被逐漸釋放于發(fā)動機中消耗的燃料中時，其提供了有益的沉積或燃燒控制。含該樹脂裝置的位置是在交通工具的燃料箱中。
背景技術(shù)：
燃料添加劑早已眾所周知并用于改進燃燒、降低排放、使得燃燒室和進口閥處的沉積物最少或?qū)⑵淝宄?。通常將這種燃料添加劑與精煉廠的燃料進行混合，或者以后加入到管道中或精煉廠和最終用戶之間的運輸管中。
在燃料中維持穩(wěn)定或理想水平的添加劑很困難。通常操作員在每次裝滿燃料的同時、將瓶裝的添加劑加入交通工具的燃料箱中。雖然許多瓶裝燃料添加劑可從市場獲得，但操作員往往不能在每次裝滿燃料的同時添加瓶裝的添加劑。添加劑有可能不太容易得到或操作員忘記加入添加劑。當將添加劑加入燃料箱時，它并不總能與燃料形成均勻的混合物。燃料箱不包括可靠的辦法來混合燃料。通常操作員依靠在裝滿燃料過程中和由交通工具運動所產(chǎn)生的湍流來混合添加劑和燃料。另外，假定每次裝滿燃料時添加一定量的添加劑，則燃料中添加劑濃度的變化取決于所添加燃料的數(shù)量。
離子交換樹脂已被用于各種交換或釋放特定化學鍵合材料的化學體系中。
美國專利U.S.6,238,554教導了與內(nèi)燃機共同使用的燃料過濾器。這種燃料過濾器包括一種可以釋放進入燃料中的燃料添加劑。
因此，需要一種以限時釋放方式向燃料供料中提供燃料添加劑的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本文的一個實施方式提供了用于向燃料中釋放至少一種燃料添加劑的裝置，該裝置包括以可除去的方式與燃料添加劑結(jié)合的限時釋放離子交換樹脂。
另一實施方式提供了一種向燃料供給燃料添加劑的方法，包括向燃料中提供以可除去的方式與燃料添加劑結(jié)合的限時釋放離子交換樹脂；通過用燃料中的污染物或組分取代離子交換樹脂上的添加劑，從而從離子交換樹脂中取代燃料添加劑，由此將燃料添加劑釋放進入燃料中。
通過選擇離子交換樹脂以及設(shè)計與其結(jié)合的燃料添加劑的酸堿化學機理，可控制燃料添加劑的釋放速度。在一種情況下，燃料添加劑可以以基本穩(wěn)定的速度釋放，以在燃料中保持均勻水平的燃料添加劑。
可以理解到，前面的一般描述和下面的詳細描述僅是例證性的和解釋性的，而且將對權(quán)利要求書所要求保護的本發(fā)明提供進一步的解釋。
具體實施例方式
一方面提供了含離子交換樹脂的裝置，該離子交換樹脂的結(jié)合能力可以是堿性或酸性。樹脂可以是陰離子或陽離子交換樹脂。
陰離子交換樹脂陽離子交換樹脂●強堿性的等多孔(isoporous) ●強酸性的凝膠●強堿性的凝膠 ●弱酸性的凝膠●強堿性的大孔 ●強酸性大孔●弱堿性的大孔 ●螯合樹脂(大孔)這里使用的酸性形式的離子交換樹脂可以包括但又不限于比如具有羧酸基的物質(zhì)或其鈉或鉀鹽、含磷基團、膦基、磷基以及任何其它可與燃料添加劑配位或結(jié)合的酸性基團。強酸性陽離子形式包括從Sybron Chemical，Inc獲得的商標為Lewatit(TM)和Ionac的樹脂。
光譜/凝膠離子交換樹脂是耐用的、不溶的、并且可與大多數(shù)水相和有機溶劑相容。這種樹脂的聚合結(jié)構(gòu)骨架是與2％-8％二乙烯基苯交聯(lián)的苯乙烯。交聯(lián)的量決定了介質(zhì)的孔徑和樹脂的容量。所進行的交換類型(陽離子或陰離子)由加到樹脂上的官能團來決定。例如，陽離子交換樹脂具有作為離子交換位的磺酸官能團。陽離子和陰離子交換樹脂在本發(fā)明中均適用。
此處使用的堿性形式的離子交換樹脂可以包括具有一個或多個胺或氨基、烷基或亞烷基胺、季銨鹽、三嗪基、或其它反應性化學位的樹脂。陰離子交換樹脂可以具有例如三甲基芐銨官能團作為離子交換位。在制備特定的弱堿性型離子交換樹脂時也使用某些多乙烯多胺(ethyleneamine)。這些樹脂被用于各種水處理和工業(yè)生產(chǎn)過程中，它們是聚胺、胺改性的苯乙烯-二乙烯基苯、氨化的苯酚甲醛、或胺改性的丙烯酸(類)樹脂型。下面從Dow Chemical獲得的多乙烯多胺適宜于制備本發(fā)明可使用的離子交換樹脂二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)和四乙烯五胺(TEPA)。DOWEX SBR是從Dow Chemical獲得的有效的交聯(lián)的季銨離子交換樹脂的例子。
這里適用的其它樹脂包括從Rohm&Hass獲得的樹脂，比如AMBERCHROMTM(大孔徑的聚合反相的液體色譜)樹脂；AMBERJET樹脂；AMBERLITE；AMBERLITE FP；AMBERLYST；DUOLITE；IMACTM；丙烯酸陰離子樹脂；AmberliteIRA958 C1樹脂；XAD聚合吸附劑；和Duolite酚醛樹脂。
離子交換樹脂可以是聚苯乙烯基材料，比如購自EichromIndustries，Inc.的Diphonix樹脂。Diphonix含有可起到螯合配位體作用的二膦酸基因，該配位體對吸附特定的金屬呈現(xiàn)出明顯的選擇性。
一種離子交換樹脂的總?cè)萘慷x為每單位重量或單位體積的樹脂中可用于交換的化學當量的總數(shù)。這種容量可以表示為，樹脂的每克干重的毫當量或每毫升濕樹脂的毫當量。
樹脂的交聯(lián)度越高，引入其它官能團的難度越大。在完成交聯(lián)之后進行磺化作用，將磺酸基引入到樹脂顆粒的內(nèi)部及其表面上。類似地，在完成聚合作用之后引入季銨基，它們也被引入到顆粒的內(nèi)部及其表面上。當樹脂被高度交聯(lián)時，可以引入到顆粒內(nèi)部的官能團較少，因此干樹脂的總?cè)萘拷档秃苌佟?br> 可以通過聚合步驟來確定樹脂顆粒的物理尺寸。使用篩子過濾樹脂以獲得非常均勻的尺寸范圍。下表中所列出的是美國標準篩網(wǎng)的篩目大小。目數(shù)越大則意味著每單位面積具有更多和更細的金屬絲網(wǎng)，因此孔徑越小。在本發(fā)明的裝置和方法中，可將各種尺寸的離子交換樹脂微粒用于可滲透性的膜中，或?qū)⒅c基體結(jié)合。

此處適用的燃料添加劑可以包括但不限于潤滑添加劑、助燃劑、去污劑、分散劑、冷流改進劑、去濁劑(dehazer)、破乳劑、十六烷值增進劑、抗氧化劑、清除劑、污染抑制劑以及本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它添加劑。
此處有用的助燃劑可以包括但不限于含錳的燃料添加劑，比如甲基環(huán)戊二烯三羰基錳(從Ethyl Corporation商購的MMT燃料添加劑)。
本發(fā)明可使用的其它燃料添加劑是異十八烷基咪唑啉，它可以經(jīng)釋放而與本發(fā)明的基體結(jié)合。
這里的“燃料”是指選自汽油、中間熘分燃料、柴油、生物柴油、煤油或其混合物和其前體的一種燃料。
在本發(fā)明的實踐中，燃料添加劑通過位于樹脂上的酸性或堿性基團與離子交換樹脂化學或物理地結(jié)合、配位、螯合或其它的締合。將離子交換樹脂設(shè)計為具有特有的和已知的結(jié)合/平衡常數(shù)，以使得被結(jié)合材料的交換或釋放適于所希望的最終使用。在一個實施方式中，在燃料添加劑和離子交換樹脂之間的結(jié)合或締合位處存在著燃料組分(比如任何不需要的副產(chǎn)物)或燃料污染物(比如任何來自精煉流的雜質(zhì))。該燃料組分或燃料污染物具有足夠的酸度或堿度、以從離子交換樹脂取代或交換所結(jié)合的燃料添加劑，從而將該燃料添加劑釋放進入燃料中，由此使燃料組分或燃料污染物結(jié)合在先前由燃料添加劑所占據(jù)的離子交換樹脂上的位置。利用這種方式，通過與樹脂的結(jié)合和污染物的除去來凈化燃料，燃料也被“additized”，從而使添加劑能起到改進燃燒，降低NOx/SOx/烴排放，降低或預防燃料噴嘴、閥門和/或燃燒室內(nèi)沉積物的形成，改進冷流性能，賦予燃料破乳、去濁(dehazing)和凈化的預期功能。
此處適用的離子交換樹脂可以是可釋放地或可逆地與用作燃料添加劑的材料結(jié)合的任何離子交換樹脂。因此，例如離子交換樹脂可以選自但不限于具有磺酸基的聚苯乙烯聚合物、或帶有季銨基團、多乙烯多胺或其它含氮部分的聚苯乙烯聚合物。
離子交換樹脂的形狀可以是適用于釋放燃料添加劑的任何形狀。因此，離子交換樹脂例如可以是微粒、聚合物片或線、聚合物膜、聚合物塊或固體件，或其組合，或其改進，或包含于上述形狀中或位于上述形狀上。
在一個實施方案中，可滲透的膜、比如但不限于網(wǎng)狀袋或網(wǎng)狀物中含有離子交換樹脂及其燃料添加劑，燃料和其污染物或組分可穿過這些網(wǎng)與離子交換樹脂及其結(jié)合的燃料添加劑發(fā)生作用。可滲透燃料的膜可以是但不限于比如尼龍、滌綸、聚酯、聚酰亞胺、聚碳酸酯和/或任何其它聚合的、天然的或合成的材料，這種材料不會使得其已浸入的燃料降解。因此，本文提供了一種向燃料供應添加劑并且適于以控制的速度向該燃料中釋放燃料添加劑的裝置，該裝置包括確定了一個室的可滲透燃料的外殼組件；以及與放置在所述室內(nèi)的燃料添加劑以可除去方式結(jié)合的離子交換樹脂。該外殼組件可以包括例如滲透或半滲透的篩、絲網(wǎng)、袋、濾紙、玻璃料、管材、容器、箱、籠、貯槽，或者任何其它可盛裝離子交換樹脂并能使燃料與該樹脂接觸的合適裝置。該外殼組件可裝入松散態(tài)的樹脂，比如樹脂微粒的網(wǎng)狀包，或者外殼組件可以是附著有含燃料添加劑的樹脂的剛性部件或撓性固體件。
在一個實施方案中，燃料添加劑比如可以是與堿性離子交換樹脂結(jié)合的二甲基氨基丙胺(DMAPA)三嗪(1，3，5-三[3-(二甲基氨基)丙基]六氫-1，3，5-三嗪)或者異十八烷基咪唑啉。
本發(fā)明也提供了向燃料中供應燃料添加劑的方法。因而，一個包括向燃料供應燃料添加劑的方法的實施方案包括向燃料提供離子交換樹脂，該樹脂以可除去的方式與燃料添加劑結(jié)合；通過用燃料中的材料取代離子交換樹脂上的添加劑，從而從離子交換樹脂中取代了燃料添加劑，燃料添加劑由此釋放進入燃料中。
本發(fā)明還提供了向燃料供應添加劑并且適于以可控的速度向該燃料中釋放燃料添加劑的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與燃料添加劑以可除去的方式結(jié)合的離子交換樹脂；含該樹脂的燃料供給容器；和燃料。
可以將本發(fā)明的裝置放置在燃料箱中或交通工具燃料供應管線中裝置會與燃料接觸的任何地方。交通工具可以是任何汽車、卡車、公共汽車、飛機、火車、旅游汽車、水運工具、摩托車、機動自行車、小型摩托車、全地形(all-terrain)交通工具，或者燃料驅(qū)動的其它交通工具或發(fā)動機。
本發(fā)明公開的裝置可利用離子交換樹脂上的燃料添加劑為燃料提供最高至約5年或更長時間的均勻限時釋放處理。
下面的實施例進一步解釋了本發(fā)明公開的內(nèi)容，但本發(fā)明并不局于這些實施例。
實施例實施例1使用Amberlyst15離子交換樹脂(Rohm和Hass，磺酸官能度是5.08meq/g的強酸性網(wǎng)狀樹脂)，并用1，3，5-三[3-(二甲基氨基)丙基]六氫-1，3，5-三嗪)進行如下處理將253.05g Amberlyst15樹脂用二氯甲烷溶劑飽和2小時，并且逐滴緩慢地加入三嗪(160g)以控制放熱，從而使溫度保持在二氯甲烷的沸點之下。在保持1小時之后，過濾漿料并用戊烷洗滌該染料，然后在真空下烘干。產(chǎn)量為349.23g。樹脂容量為38％。
實施例2在與上述實驗類似的第二個實驗中，Amberlyst15樹脂是297.95g，三嗪是120g，生成的被處理樹脂是388.44g，容量是30％。
實施例3如實施例1所述，但使用的是AmberliteIRC-50，其為192.79g(在80℃爐中烘干，弱酸性羧酸官能度@10meq/g)，三嗪是158.86g，產(chǎn)量是216.04g，容量是12％。
實施例4使用AmberliteIR-120(陽性的(plus))201.27g(在80℃爐中烘干水分，強酸性磺酸樹脂@4.4meq/g濕重，10.36meq/g干重)，20.08g三嗪，產(chǎn)量是220.46g，容納10％反應物的容量。
二甲基氨基丙胺(DMAPA)三嗪燃料添加劑可與球狀的離子交換樹脂反應，以在樹脂上獲得5％至60％官能度的活性位置。因而，使得DMAPA燃料添加劑與離子交換樹脂聚合物可逆地結(jié)合在一起。然后將聚合物微粒放置在由合成或天然材料制成的網(wǎng)狀袋內(nèi)，并將此袋放入交通工具比如汽車的油箱內(nèi)。此后向油箱內(nèi)添加不含DMAPA燃料添加劑的常規(guī)汽油，并使其保持幾個小時。啟動汽車發(fā)動機，在無不良效應下運行5至60分鐘。然后從油箱中取出燃料樣品，并且分析已從離子交換樹脂釋放進入汽油的DMAPA燃料添加劑的存在量。汽油中存在的DMAPA證明了本發(fā)明的實用性。
通過思考本發(fā)明的說明書和實踐本文所公開的內(nèi)容，本發(fā)明的其它實施方式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見。整個說明書和權(quán)利要求中所使用的“一”也可指一或多于一。除非另有規(guī)定，否則在一切情況下、在說明書和權(quán)利要求中使用的表示成分、性能比如分子量、百分比、比例、反應條件等的量的數(shù)在所有情況下都可以理解為可通過術(shù)語“約”進行修正。因此，除非另外說明，否則說明書和權(quán)利要求中提出的數(shù)字范圍是大概值，它們可根據(jù)本發(fā)明希望獲得的性能而變化。絲毫不希望限制與權(quán)利要求范圍等同的原則的應用，至少應該根據(jù)報導的主要數(shù)字的數(shù)目并采用常規(guī)的舍入規(guī)則來設(shè)計數(shù)字參數(shù)。盡管在本發(fā)明寬范圍內(nèi)提出的數(shù)字范圍是大概值，但在特定實施例范圍內(nèi)提出的數(shù)值盡可能精確。但是，任何數(shù)值其本身含有一定的誤差，這種誤差來自于各自的檢測中與標準值的偏差。在此指出，說明書和實施例僅被認為是解釋性的，通過下面的權(quán)利要求來表達了本發(fā)明的真實范圍和實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種向燃料中釋放至少一種燃料添加劑的裝置，該裝置包括一種離子交換樹脂，其中一種燃料添加劑以可除去的方式與該樹脂結(jié)合。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中該燃料選自汽油、中間餾分燃料、柴油、生物柴油、煤油及其混合物或其前體。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中該離子交換樹脂選自陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中該離子交換樹脂選自陰離子交換樹脂。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中該離子交換樹脂選自陽離子交換樹脂。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中通過該燃料添加劑與該燃料中一種組分的化學反應而將該燃料添加劑從該離子交換樹脂中至少部分除去。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中通過該燃料添加劑與該燃料中一種污染物的化學反應而將該燃料添加劑從該離子交換樹脂中至少部分除去。
8.權(quán)利要求6的裝置，其中該燃料中的該組分選自不需要的副產(chǎn)物。
9.權(quán)利要求7的裝置，其中該燃料中的該污染物選自雜質(zhì)。
10.權(quán)利要求1的裝置，其中通過物理反應將該燃料添加劑從該離子交換樹脂中至少部分除去。
11.權(quán)利要求1的裝置，其中該燃料添加劑選自潤滑添加劑、助燃劑、去污劑、分散劑、冷流改進劑、去濁劑、破乳劑、十六烷值增進劑、抗氧化劑、清除劑和污染抑制劑。
12.權(quán)利要求1的裝置，其中該燃料添加劑包含一種含錳化合物。
13.權(quán)利要求1的裝置，其中該裝置還包括一種可滲透的膜，燃料可通過此膜而滲透進入該裝置，并且燃料添加劑可通過此膜而滲透到裝置外。
14.一種帶有發(fā)動機的機器，該機器包括權(quán)利要求1的裝置。
15.包括權(quán)利要求1的裝置的交通工具。
16.權(quán)利要求15的交通工具，其中該交通工具選自汽車、卡車、公共汽車、飛機、火車、旅游汽車、水運工具和燃料驅(qū)動的發(fā)動機。
17.一種向燃料提供添加劑、并且適于以控制的速度將該燃料添加劑釋放進入該燃料中的裝置，該裝置包括確定一個室的燃料可滲透的外殼組件；和一種離子交換樹脂，其中放置在該室內(nèi)的燃料添加劑以可除去的方式與該樹脂結(jié)合。
18.一種向燃料提供燃料添加劑的方法，其包括向燃料供料提供一種離子交換樹脂，其中一種燃料添加劑以可除去的方式與該樹脂結(jié)合；通過用該燃料中的物質(zhì)取代該離子交換樹脂上的該添加劑而從該離子交換樹脂中取代該燃料添加劑，從而將該燃料添加劑釋放進入該燃料中。
19.一種向燃料供應添加劑、并且適于以控制的速度向該燃料中釋放該燃料添加劑的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一種離子交換樹脂，其中一種燃料添加劑以可除去的方式與該樹脂結(jié)合；裝有該樹脂的燃料供給容器；和燃料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種裝置，其包含與燃料添加劑物質(zhì)化學結(jié)合的離子交換樹脂，該添加劑將會被逐漸地從該樹脂釋放進入放置該裝置的燃料中。
文檔編號C10L1/30GK1597875SQ20041005750
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者W·J·科盧茨 申請人:乙基石油添加劑有限公司