專利名稱：包含二烷氧基烷烴以提高十六烷值的柴油組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是在能源部合同DE-FC22-95PC93052下完成的，且由其所產(chǎn)生的權(quán)利是屬于政府的。
本發(fā)明是一種相對于常規(guī)柴油組合物來說，具有提高的十六烷值的柴油組合物，它一般包含選自二烷氧基烷烴(DAAK)系列化學(xué)物質(zhì)中的一種或多種化合物。
柴油是一種范圍較寬的石油產(chǎn)品，它包括原油精制過程中的餾份或殘留物(或這兩種的混合物)，且它可用于壓燃或柴油機。用于定義柴油的兩個基本標(biāo)準(zhǔn)是餾程(一般為150-380℃或302-716°F)和比重范圍(在59°F或15℃下，為0.760-0.935)。柴油的性能在很多方面與煤油、噴氣燃料、和燈油的性能重疊，因此這些產(chǎn)品一般被稱作中間餾份。
柴油的十六烷值與汽油的辛烷值大致相似。高十六烷值表示，柴油機燃油在被注入燃燒缸后能夠迅速點燃。
在回顧有關(guān)包含DAAK的柴油組合物的已有技術(shù)之前，值得注意的是一些關(guān)于DAAK化合物系列的背景知識，包括各種名稱。DAAK可表示成R-O-X-O-R，其中R=CnH2n+1,O為氧且X=CmH2m。該系列中最熟知的化合物可能是，其中上式中的n和m等于1且更常稱其為甲醛縮二甲醇的二甲氧基甲烷(DMMT)。作為本發(fā)明主題的該系列中的其它化合物包括，其中n同樣等于1但m等于2的二甲氧基乙烷(DMET)，和其中n同樣等于1但m等于3的二甲氧基丙烷(DMPP)。用于D從K的其它常用名稱為烷二醇二烷基醚。同樣地，用于DMMT、DMET和DMPP的其它常用名稱分別為甲二醇二甲醚、乙二醇二甲醚和(因為它與1,2DMPP有關(guān))丙二醇二甲醚。
DMMT被認(rèn)為是一種用于柴油的十六烷值增加劑。具體地說，由西南研究院(Southwest Research Institute)為美國能源部所作的一項研究(報道于1994年6月的OSTI上的DE94006949)表明，DMMT(在該項研究稱作甲醛縮二甲醇)作為柴油添加劑/替代物可能有些用途，這是因為它降低了煙霧釋放，而且因為它具有合適的十六烷值。然而，由西南研究院為申請人所作的一項重復(fù)試驗表明，DMMT的十六烷值僅為29(與常規(guī)柴油的大約40的十六烷值相比)，因此當(dāng)被加入柴油中時，它并不是一種十六烷值增加劑。
濃度小(小于5重量％)的DMET，被認(rèn)為是一種用于煙灰和煙霧抑制目的的柴油添加劑。參見，例如美國專利3594136、美國專利3594140、美國專利3615292和英國專利說明書1246853。在IMech E上的一篇1996年論文(C517/023/96)中，Beatrice等人指出DMET的十六烷值為98，并研究認(rèn)為，DMET可能也是一種能減少煙灰的柴油替代物。報道于SAE Technical Paper Series(950250)的由西南研究院所作的一項研究也指出中等濃度，特別是濃度為5.62質(zhì)量％(5.5體積％)和11.24質(zhì)量％(11.1體積％)的DMET(在該項研究中，它被稱作乙二醇二甲醚和“單甘醇二甲醚”)可作為柴油添加劑。然而，在該研究中，向柴油中添加DMET的目的不是為了提高十六烷值，卻是為了提高柴油的氧含量，這樣可測出氧含量對排放量的影響。盡管該研究也調(diào)節(jié)了柴油的十六烷值，這樣可同樣測出十六烷值對排放量的影響，但是其十六烷值增加劑為硝酸2-乙己基酯而不是DMET。應(yīng)該注意，在該研究中，在十六烷值上的任何提高都不能歸因于DMET。該研究只注意到，給柴油供氧能夠按所加DMET的比例提高十六烷值。
DMPP、和除DMMT和DMET之外的其它DAAK，也不被認(rèn)為是柴油或其添加劑。
本發(fā)明是一種相對于常規(guī)柴油組合物來說，具有提高的十六烷值的柴油組合物，它一般包含選自二烷氧基烷烴(DAAK)系列化學(xué)物質(zhì)中的一種或多種化合物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選具體例中，本柴油組合物包含有，混入常規(guī)柴油中的中等量的二甲氧基丙烷(DMPP)和二甲氧基乙烷(DMET)。
本發(fā)明是一種具有提高的十六烷值的柴油組合物，它包含選自(a)由CH3-O-C3H6-O-CH3表示的二甲氧基丙烷(DMPP)；(b)由CH3-O-C2H4-O-CH3表示的二甲氧基乙烷(DMET)，其中DMET在所述柴油組合物中的濃度為(ⅰ)小于100體積％的任何濃度，如果DMET是與DMPP結(jié)合用于該柴油組合物中的；或(ⅱ)大于或等于18體積％但小于100體積％的任何濃度，如果DMET不是與DMPP結(jié)合用于該柴油組合物中的；和
(c)除DMPP和DMET之外，由R-O-X-O-R表示的其它二烷氧基烷烴[DAAK]，其中R=CnH2n+1且X=CmH2m，且其中n至少為1且m至少為2中的一種或多種化合物。
在本發(fā)明的一典型具體例中，該柴油組合物還包含一種含有沸點在150℃-380℃(302°F-716°F)之間的烴餾份的常規(guī)柴油。
下表1說明，1,2-DMPP的十六烷值為109，當(dāng)與十六烷值為37(數(shù)據(jù)1a)或52(數(shù)據(jù)1b)的常規(guī)柴油混合時，所得混合物的十六烷值顯著地提高了35體積％以上和提高了稍低于35體積％。(申請人使用了恒體積燃燒裝置以測量在此記錄的所有十六烷值)表1(數(shù)據(jù)1a)1,2-DMPP的體積％十六烷值0 3745 5050 5875 90100 109(數(shù)據(jù)1b)1,2-DMPP的體積％十六烷值0 5215 5625 6035 6445 7175 83下表2說明，1,2-DMET的十六烷值為105，當(dāng)與十六烷值為37(數(shù)據(jù)2a)或46(數(shù)據(jù)2b)或36.4(數(shù)據(jù)2c)或36.6(數(shù)據(jù)2d)的常規(guī)柴油混合時，或與源于十六烷值33.7的加拿大焦油沙(Canadian tarsands)(相對于源自原油的常規(guī)柴油)的柴油混合時，所得混合物的十六烷值顯著地提高了18體積％以上。
表2(數(shù)據(jù)2a)1,2-DMET的體積％十六烷值0 3745 6950 7175 76100 105(數(shù)據(jù)2b)1,2-DMET的體積％十六烷值0 4615 4725 5035 5945 79(數(shù)據(jù)2c)1,2-DMET的體積％十六烷值0 3618 4423 4627 48(數(shù)據(jù)2d)1,2-DMET的體積％十六烷值0 3718 4423 4627 48(數(shù)據(jù)2e)1,2-DMET的體積％十六烷值0 3418 4123 4426 4529 4632 48
應(yīng)注意到，對于數(shù)據(jù)2c、2d和2e，在所得混合物中也存在很少量的甲醇(等于每個混合物所示DMET體積％的1/18)以及少量的DMMT(也等于每個混合物所示DMET體積％的1/18)。由于甲醇和DMMT的十六烷值均較低，分別為5和29，這些化合物對所得混合物十六烷值的提高沒有貢獻(xiàn)。實際上，由于甲醇和DMMT的十六烷值低于柴油本身的十六烷值，甲醇和DMMT的存在實際上對DMET造成的十六烷值的提高是有負(fù)面影響的，當(dāng)然這種負(fù)面影響相當(dāng)小，因為甲醇和DMMT的濃度非常小。
令人驚奇和意想不到的是，當(dāng)與常規(guī)柴油混合時，DMPP和DMET的混合物是一種有協(xié)同效應(yīng)的十六烷值增加劑。下表3說明，當(dāng)12.5體積％的1,2-DMPP和12.5體積％的1,2-DMET與75體積％的常規(guī)柴油混合時，所得混合物的十六烷值顯著地提高到51。由于該增加百分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于基于表1和2中數(shù)據(jù)的可預(yù)料的增加份數(shù)的總和，所以這種增加是意想不到的。
表31,2-DMPP的體積％ 1,2-DMET的體積％ 十六烷值00 39.412.512.551DMPP和DMET可分別由環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷制得。通過二甲醚(DME)的氧化偶聯(lián)來制備DMET也是有利的。當(dāng)以DME為原料時，其它反應(yīng)產(chǎn)物包括液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物甲醇和DMMT，它們與液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物一起，可輕易地從氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物甲烷、C2和C3烴類、CO、CO2和未反應(yīng)的DME中分離出來。這三種液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的相對濃度可隨催化劑種類、氣體的時空間速度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和DME/氧氣的加料摩爾比而變化。一般來說，由于甲醇和DMMT具有數(shù)值分別為5和29的低十六烷值，且由于它們一旦生成，就難以從DMET中分離出來，所以應(yīng)該對這些變量加以選擇，使得所產(chǎn)生的甲醇和DMMT的量最小化。
專業(yè)技術(shù)人員知道，本發(fā)明柴油組合物應(yīng)該能最終形成單相，這樣才是有用的。幸運的是，DMPP、DMET和常規(guī)柴油的混合物可在一個較寬范圍內(nèi)變化而能保持其混溶性(即，保持在單相中)。在DMPP不超過90體積％的所有濃度下，DMPP和常規(guī)柴油的混合物是混溶的。同樣，在DMET不超過90體積％的所有濃度下，DMET和常規(guī)柴油的混合物是混溶的。然而，應(yīng)該注意的是，當(dāng)甲醇為柴油組合物的一組分時，兩相一般是在甲醇組分大于10體積％時產(chǎn)生，因此，應(yīng)該將甲醇控制在該限度以下。用于產(chǎn)生這種混溶性數(shù)據(jù)的柴油是低硫的、無染料的和非冬季配方的#1柴油。
除了提高十六烷值，本發(fā)明柴油組合物相對常規(guī)柴油組合物的另一優(yōu)點是其改善的冷起動性能，這種作用的產(chǎn)生是基于這樣的事實，即，相對于常規(guī)柴油組合物來說，本發(fā)明的DAAK化合物的揮發(fā)性得到了提高。
最后，應(yīng)該注意的是，即使柴油與其它中間餾份燃料如煤油、噴氣燃料、和燈油之間在性能方面有重疊，本發(fā)明的DAAK化合物作為這種其它中間餾份燃料的替代物或添加劑仍具有其實用性。
權(quán)利要求
1．一種具有提高的十六烷值的柴油組合物，它包含一種或多種選自如下的化合物(a)由CH3-O-C3H6-O-CH3表示的二甲氧基丙烷(DMPP)；(b)由CH3-O-C2H4-O-CH3表示的二甲氧基乙烷(DMET)，其中DMET在該柴油組合物中的濃度為(ⅰ)小于100體積％的任何濃度，如果DMET是與DMPP混合用于該柴油組合物中的；或(ⅱ)大于或等于18體積％但小于100體積％的任何濃度，如果DMET不是與DMPP混合用于該柴油組合物中的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的柴油組合物，它還含有一種合有沸點為150℃-380℃(302°F-716°F)的烴餾份的常規(guī)柴油。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的柴油組合物，它含有12.5體積％的DMPP、12.5體積％的DMET和75體積％的常規(guī)柴油。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的柴油組合物，它還含有選自甲醇和由CH3-O-CH2-O-CH3表示的二甲氧基甲烷(DMMT)中的一種或多種化合物。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的柴油組合物，其中包含DMET、DMMT和甲醇的混合物(Compounds)是通過二甲醚(DME)的氧化偶聯(lián)而以液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的形式生成的。
全文摘要
本發(fā)明是提出了一種相對于常規(guī)柴油組合物具有提高的十六烷值的柴油組合物,該組合物一般包含選自二烷氧基烷烴(DAAK)系列化學(xué)物質(zhì)中的一種或多種化合物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選具體例中,本柴油組合物包含有,混入常規(guī)柴油中的中等量的二甲氧基丙烷(DMPP)和二甲氧基乙烷(DMET)。
文檔編號C10L1/185GK1212994SQ9811956
公開日1999年4月7日 申請日期1998年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月23日
發(fā)明者F·J·瓦勒, 小E·L·韋斯特, P·J·A·蒂姆, D·M·布朗 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司