Очищающая добавка к авиационному топливу - RU2679139C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к добавкам к авиационному топливу и, в частности, к очистителю смешиваемого и применяемого в добавке и окончательных композициях топлива. Очиститель применяют вместе с марганецсодержащим добавочным компонентом, чтобы снижать и/или модифицировать образование отложений в двигателе, вызываемых сгоранием авиационного топлива.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современные и будущие правила в отношении композиций авиационного топлива включают требование отсутствия свинца. Поэтому композиции авиационного топлива должны включать в себя компоненты, которые заменяют положительно действующие признаки, которые являются результатом введения свинца в авиационные топлива. Эти проблемы включают удовлетворение требований по величине октанового числа композиции авиационного топлива и управление отложениями в двигателе, которые происходят от сгорания новых составов авиационных топлив, включая марганецсодержащие добавки, но не ограничиваясь этим. К сожалению, решение для некоторых из этих показателей может вызывать проблемы в отношении других показателей. Единые требования к авиационному топливу представляют эти, ранее не решенные проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, целью настоящего изобретения является преодоление проблем с составлением новых композиций авиационного топлива, которые включают в себя марганецсодержащие соединения. В одном примере композиция добавки к авиационному топливу содержит соединение трикарбонила циклопентадиенила марганца и очищающее от марганца соединение. Очищающее от марганца соединение может содержать фосфорсодержащее соединение, органобромидное соединение или трикарбонильное соединение. Фосфорсодержащее соединение может быть выбрано из группы, состоящей из тритолилфосфата, трифенилфосфата, триизопропилфосфата, диметилметилфосфоната, оксида трифенилфосфина и трифенилфосфина. Органобромидное соединение может быть выбрано из группы, состоящей из 1,2-дибромэтана; 3,5-дибромтолуола; 2,5-дибромтолуола; и 2,6-дибром-4-метиланилина. И очиститель от марганца может быть образован из трикарбонильного соединения, выбранного из группы, состоящей из триацетата глицерина; триэтил 1,1,2-этантрикарбоксилата; триэтилцитрата и трибутилцитрата. Трикарбонил циклопентадиенила марганца может содержать трикарбонил метилциклопентадиенила марганца. Количество трикарбонила метилциклопентадиенила марганца может равняться приблизительно от 1 до 500 мг/л композиции добавки.

Способ снижения марганецсодержащих отложений, которые происходят от сгорания авиационного топлива, включающего трикарбонил циклопентадиенила марганца, включает несколько стадий. Сначала, по меньшей мере, один обеспечиваемый очиститель выбирают из группы, состоящей из фосфорсодержащего соединения, органобромидного соединения или трикарбонильного соединения. Этот очиститель затем смешивают с, по существу, бессвинцовой композицией авиационного топлива, которая также содержит трикарбонил циклопентадиенила марганца. Смесь топлива и очистителя затем сгорает в качестве авиационного топлива в двигателе с искровым зажиганием, где данное сгорание дает меньше отложений в двигателе и/или дает модифицированные отложения, чем сгорание композиции топлива без очистителя в сравнимом двигателе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 представляет собой схему, которая изображает несколько фосфорсодержащих очистителей вместе с их относительным влиянием на величину октанового числа получаемого топлива.

Фигура 2 представляет собой карту соотношения структура-активность (ССА) фосфорных очистителей.

Фигура 3 представляет собой таблицу, которая демонстрирует влияние типичных трикарбонильных очистителей на величину октанового числа упоминаемого топлива, содержащего марганецсодержащее соединение.

Фигура 4 представляет собой график, который показывает скорость отложения марганецсодержащих отложений при объединении с трикарбонильными добавками.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Применение любых топливных добавок в связи с композициями авиационного топлива может отличаться и часто отличается от применения добавок в связи с автомобильными моторными топливами. В автомобильных топливах большое внимание уделяется выбросам из двигателя. В авиационных топливах акцент делается на устойчивой и надежной работе двигателя. Этот, отчасти иной акцент означает, что достижения в одном типе состава топлива могут отличаться и не совпадать с достижениями других составов, так как они могут быть неприменимы в других обстоятельствах.

Настоящим изобретением является очиститель, используемый в композициях авиационного топлива, и добавки, используемые для составления конечных композиций авиационного топлива. Более конкретно, задачей описанного здесь очистителя является очистка от марганца и, в частности, снижение и/или модификация марганецсодержащих отложений в двигателе, которые могут образовываться в авиационных двигателях с искровым зажиганием. Путем снижения или модификации марганецсодержащих отложений, например, отложений оксида марганца, работу авиационного двигателя делают более устойчивой и надежной.

Авиационные топлива, важные для данного обсуждения, также включают в себя марганецсодержащие добавки. Эти добавки обычно представляют собой соединения трикарбонила циклопентадиенила марганца, но не ограничиваются этим.

Соединения трикарбонила циклопентадиенила марганца, которые могут применяться в практике рассматриваемых топлив, включают в себя трикарбонил циклопентадиенила марганца, трикарбонил метилциклопентадиенила марганца, трикарбонил диметилциклопентадиенила марганца, трикарбонил триметилциклопентадиенила марганца, трикарбонил тетраметилциклопентадиенила марганца, трикарбонил пентаметилциклопентадиенила марганца, трикарбонил этилциклопентадиенила марганца, трикарбонил диэтилциклопентадиенила марганца, трикарбонил пропилциклопентадиенила марганца, трикарбонил изопропилциклопентадиенила марганца, трикарбонил третбутилциклопентадиенила марганца, трикарбонил октилциклопентадиенила марганца, трикарбонил додецилциклопентадиенила марганца, трикарбонил этилметилциклопентадиенила марганца, трикарбонил инденила марганца и подобные, включая смеси двух или более таких соединений. Предпочтительными являются трикарбонилы циклопентадиенила марганца, которые являются жидкими при комнатной температуре, такие как трикарбонил метилциклопентадиенила марганца, трикарбонил этилциклопентадиенила марганца, жидкие смеси трикарбонила циклопентадиенила марганца и трикарбонила метилциклопентадиенила марганца, смеси трикарбонила метилциклопентадиенила марганца и трикарбонила этилциклопентадиенила марганца и др. Авиационные топлива данного изобретения будут содержать некоторое количество одного или нескольких из вышеуказанных трикарбонилов циклопентадиенила марганца, достаточное, чтобы обеспечить требуемое октановое число и параметры износа седла клапана.

Для целей данной заявки композиция топлива описывается в АSТМ 4814 как по существу "свободная от свинца" или "бессвинцовая", если она содержит 13 мг свинца на литр топлива или меньше (или приблизительно 50 мг Рb/гал или меньше). Альтернативно, термины "свободный от свинца" или "бессвинцовый" означают приблизительно 7 мг свинца на литр топлива или меньше. Еще альтернативно, это означает по существу необнаруживаемое количество свинца в композиции топлива. Другими словами, могут быть следовые количества свинца в топливе; однако топливо является по существу свободным от любого обнаруживаемого количества свинца. Следует понимать, что топлива являются бессвинцовыми в том смысле, что свинецсодерщащий антидетонационный агент не добавляют намеренно в бензин. Следовые количества свинца из-за загрязнения оборудования или подобных обстоятельств допустимы и не считаются исключенными из описанных здесь топлив.

Описанная здесь композиция авиационного топлива обычно содержит авиационные алкилаты. Эти компоненты могут составлять приблизительно от 10 до 80 объемных процентов топлива. Ароматические углеводороды могут вводиться в топливо, чтобы улучшать октановое число топлива. Эти ароматические углеводороды вводят согласно одному примеру настоящего изобретения в количестве приблизительно от нуля до 30 объемных процентов от композиции топлива. В другом примере ароматические углеводороды вводят в количестве приблизительно от 10 до 20 объемных процентов от композиции топлива.

Топливная смесь может содержать ароматические бензиновые углеводороды, по меньшей мере, большая часть которых представляет собой моноядерные ароматические углеводороды, такие как толуол, ксилолы, мезитилены, этилбензол и др. Мезитилен особенно предпочтителен в одном варианте осуществления. Другие подходящие возможные бензиновые углеводороды, которые могут быть использованы в составе описываемых здесь авиационных топлив, включают изопентан, легкие фракции гидрокрекированного бензина и/или С_5-6 изомерат бензина.

Другие компоненты, которые могут применяться и в определенных обстоятельствах предпочтительно применяются, включают в себя красители, которые не способствуют избыточному образованию отложений в системе. Типичными красителями, которые могут применяться, являются 1,4-диалкиламиноантрахинон, п-диэтиламиноазобензол (индекс цвета № 11020 или индекс цвета анилинового желтого № 107), метильные производные азобензол-4-азо-2-нафтола (метильные производные индекса цвета № 26105), алкильные производные азобензол-4-азо-2-нафтола или эквивалентные материалы. Используемые количества должны, когда возможно, удовлетворять пределам, указанным в АSТМ спецификации D 910-90.

Количество марганецсодержащих добавок может варьировать соответственно базовым топливам и другим добавкам, вводимым с топливом. Ожидается, что количество добавляемого марганца находится в интервале от приблизительно от 1 до 500 мг Мn/л конечного топлива или альтернативно приблизительно от 5 до 250 мг Мn/л, или еще альтернативно приблизительно от 125 до 225 мг Мn/л. Концентрация добавки будет варьировать в зависимости от целевой концентрации конечной композиции топлива и относительных объемных количеств объединенных добавки и базового топлива.

Соединение для очистки от марганца может быть любым соединением, которое взаимодействует с марганецсодержащим добавочным компонентом. Под "очисткой" здесь понимается контактирование, объединение, реагирование, внедрение, химическое связывание с или на, физическое связывание с или на, прилипание к, агломерация с, прикрепление, деактивация, переработка, инертизация, расходование, сплавление, собирание, очистка, расходование, модификация, превращение или любой другой способ или средство, посредством которого первый материал дает второй материал, недоступный или менее доступный. Примеры очистителей от марганца включают в себя фосфорсодержащие соединения, органобромиды и трикарбонилы.

Среди соединений фосфора, применимых в настоящих композициях, находятся неорганические и органические соединения. Типичные неорганические соединения фосфора включают в себя фосфонитрилдихлорид, полуторасульфид фосфора, Типичные органические соединения включают в себя трехвалентные сложные эфиры фосфора, такие как трифенилфосфит, триэтилфосфит, диэтилфосфит, триметилфосфит, три-второктилфосфит, трихлорэтилфосфит и подобные.

Другой подходящий класс включает в себя пятивалентные сложные эфиры фосфорных кислот. Их примеры в алкильной и арильной категориях включают триметилфосфат, триметилтиофосфат, триэтилфосфат, трибутилфосфат, триизоамилфосфат, диметилфенилфосфат, три(β-хлорпропил)тиофосфат, трикрезилфосфат, диметилмоноксилфосфат и др. Диметилмоноарилфосфаты, такие как диметилфенилфосфат, также могут быть использованы.

Среди соединений фосфора, содержащих связи углерод-фосфор, могут быть использованы фосфины, такие как триметилфосфин, триэтилфосфин, триоктилфосфин, трифенилфосфин и подобные. Также применимы оксиды третичных фосфинов, такие как оксид триметилфосфина, оксид трипропилфосфина, оксид трифенилфосфина и сульфиды аналогичных фосфинов, такие как сульфид триизобутилфосфина и сульфид трибензилфосфина. Другой класс подходящих соединений фосфора включает в себя фосфонаты, такие как фосфонат диэтилметана, фосфонат диэтилпропана, фосфонат дибутилизопрена и др.

Различные, более сложные соединения фосфора, такие как продукты реакции Р₂S₅-активного соединения водорода, также могут применяться, как могут применяться азотсодержащие соединения, такие как аминофосфаты, аминофосфиты и их сернистые аналоги.

Другие соединения фосфора включают в себя следующие:

или его трибологически приемлемая соль,

где каждый R¹ является одинаковым или разным и независимо выбирается из алкила, алкенила, циклоалкила, арила и аралкила, где упомянутые арил и аралкил возможно замещены заместителями от одного до трех, каждый из которых независимо выбирают из алкила и алкенила;

каждый R² независимо выбирают из алкила, алкенила, циклоалкила и циклоалкилалкила;

Y выбирают из группы, состоящей из алкила, алкоксиалкила, бензила и -R⁴-R⁵-R⁶-;

R⁴ обозначает алкилен;

R⁵ выбирают из группы, состоящей из связи, алкилена; -С(О) и -С(R⁷)-;

R⁶ выбирают из группы, состоящей из алкила, гидроксиалкила, гидроксиалкиленокси, гидрокси и алкокси;

R⁷ обозначает гидрокси;

Х₂ выбирают из группы, состоящей из R⁸,

R⁸ представляет собой алкил, алкенил, циклоалкил, циклоалкилалкил, арил и аралкил, где упомянутые арил и аралкил возможно замещены заместителями от одного до трех, каждый из которых независимо выбирают из алкила и алкенила; и

Z представляет собой

Количество добавляемых фосфорсодержащих соединений может меняться. В качестве очистителя от марганца, количество элементарного фосфора будет коррелироваться путем некоторого эффективного стехиометрического отношения с количеством марганца в добавке или полной композиции составленного топлива. Это стехиометрическое отношение Мn:Р может быть от приблизительно 1:0,1 до 1:10 или альтернативно от 1:0,5 до 1:3.

Также возможно, и вероятно ожидается, что могут быть использованы два или больше фосфорсодержащих соединений. Разные соединения могут иметь разную эффективность очистки. Разные марганецсодержащие соединения могут реагировать различно с разными соединениями фосфора. Кроме того, разные фосфорсодержащие соединения могут оказывать разное воздействие на величину октанового числа или другие рабочие параметры авиационного топлива. Следовательно, комбинации множества соединений фосфора могут быть выбраны, чтобы создавать баланс их эффектов в композиции авиационного топлива.

Органобромидные очищающие соединения, которые могут быть использованы, включают в себя следующие: органобромидное соединение, выбранное из группы, состоящей из 1,2-дибромэтана; 3,5-дибромтолуола; 2,5-дибромтолуола; и 2,6-дибром-4-метиланилина. Другими возможными органобромидами являются арильные органобромиды, включая замещенные арилбромиды, где замещенная группа имеет 1-5 заместителей и может представлять собой амино, алкильную группу, арильную группу, галогенид, иной чем бромид, дополнительные азотсодержащие группы и фосфорсодержащие группы, но не ограничиваясь этим. Ароматические группы не ограничиваются бензолом. Например, могут использоваться нафталин и другие кольца, которые удовлетворяют критерию ароматичности. Это включает гетероарильные кольца, которые содержат азот, кислород или серу. Также возможны алкильные органобромиды (например, 1,2-дибромэтан), имеющие размер алкила 1-15 углеродов. Алкилбромиды могут быть линейными, разветвленными или могут содержать ароматические и циклоалкильные кольцевые структуры. Они также могут содержать другие элементы, такие как азот, фосфор, кислород и сера.

Количество органобромидного очищающего соединения будет пропорционально количеству марганца в топливной добавке или конечной композиции топлива. Данное количество может быть в интервале стехиометрического отношения Мn:Вr приблизительно от 1:0,1 до 1:20 или альтернативно приблизительно от 1:4 до 1:8.

Разные органобромиды могут применяться соответственно их эффективностям с данным соединением марганца. Также могут применяться комбинации органобромидов.

Трикарбонильные очищающие соединения, которые могут применяться, включают в себя следующие: трикарбонил, выбранный из группы, состоящей из триацетата глицерина; триэтил 1,1,2-этантрикарбоксилата; триэтилцитрата и трибутилцитрата. Другие возможные трикарбонилы включают трикарбонил, выбранный из группы, состоящей из триацетата глицерина; триэтил 1,1,2-этантрикарбоксилата; триэтилцитрата и трибутилцитрата. Другие возможные трикарбонилы включают в себя соединения, которые содержат этильные или линейные пропильные цепи, а также три карбонильные группы. Карбонильные группы могут быть непосредственно связаны с данной цепью, как триэтил 1,1,2-этантрикарбоксилат, или отделяться разделяющим атомом, таким как атом кислорода, серы, азота или фосфора, например, триацетат глицерина. Другие заместители, по одиночке или в комбинации, могут прикрепляться к цепи, включая: алкильные, циклоалкильные, алкенильные, алкинильные или арильные группы. Дополнительные группы, содержащие такие элементы, как кислород, азот, сера, хлор, фтор, бром и фосфор, могут присоединяться к цепи, как в случае триэтил и трибутилцитрата. Природа карбонильной группы обычно представляет собой сложный эфир, но может быть тиоэфир, кетон, амид или альдегид. Заместителями на карбонильной группе могут быть алкильные, циклоалкильные, алкенильные, алкинильные или арильные группы. Эти заместители могут содержать гетероатомы, такие как кислород, азот, сера, хлор, фтор, бром и фосфор. Не одобряются функциональные группы, которые ограничивают стабильность при хранении, снижают растворимость очистителя в топливе или делают соединение избыточно или недостаточно летучим.

Количество трикарбонильного очищающего соединения будет пропорционально количеству марганца в топливной добавке или конечной композиции топлива. Данное количество может быть с массовым отношением Мn к трикарбонилу от 1:0,05 до 1:10. В частности, может применяться массовое отношение Мn к очистителю от 1:0,5 до 1:3.

Разные трикарбонилы и комбинации двух или более трикарбонилов могут применяться соответственно их эффективностям с данным соединением марганца и общей композицией топлива.

В добавление к каждому отдельному классу очистителей от марганца возможно и предполагается, что могут применяться разные очистители из разных классов соединений. Другими словами, одно или несколько фосфорсодержащих соединений могут объединяться и применяться с одним или несколькими органобромидными соединениями; одно или несколько фосфорсодержащих соединений могут объединяться и применяться с одним или несколькими трикарбонильными соединениями; одно или несколько трикарбонильных соединений могут применяться с одним или несколькими органобромидными соединениями; или одно или несколько фосфорсодержащих соединений, одно или несколько органобромидных соединений и одно или несколько трикарбонильных соединений могут объединяться и применяться вместе.

Пример 1:

Структура очистителя вызывает ΔМОЧ (фосфорсодержащее соединение)

Есть много преимуществ, связанных с использованием очистителя, когда марганецсодержащую добавку применяют с составами авиационного топлива. Однако фосфорсодержащие очистители могут влиять на моторное октановое число (МОЧ), когда применяются с составом топлива. Фигура 1 изображает несколько примеров фосфорсодержащих очищающих соединений. В каждом случае содержание данного соединения в мг Р/л указано вместе с воздействием или различием в моторном октановом числе между состояниями без использования и с использованием конкретного фосфорсодержащего соединения. Как показано на фигуре 1, прекрасным фосфорсодержащим очистителем является трифенилфосфин.

ССА карта фосфорных очистителей

Чтобы объяснить различное воздействие на моторное октановое число разных фосфорсодержащих очищающих соединений, можно предложить выводы, основанные на примерах фосфорсодержащих очистителей, показанных на фигуре 1. Как изображено и объясняется, разные функциональные группы в фосфорсодержащем очистителе оказывают очевидное воздействие на моторное октановое число и другие физические параметры.

Пример 3:

Тестирование трикарбонильного очистителя

Разные трикарбонильные очищающие соединения тестировали с базовым топливом и топливом, содержащим добавки марганецсодержащего соединения. На основании таблицы на фигуре 3 можно видеть, что трикарбонильные очистители по существу не влияют на моторное октановое число топлива. Небольшое снижение, показанное в моторном октановом числе, является почти незначительным.

Пример 4:

Тестирование трикарбонильного очистителя

Конкретные эффекты и преимущества от использования трикарбонильного очистителя в контексте отложений на свече зажигания показаны на фигуре 4. На этом графике можно видеть, что отложения значительно меньше во время тестирования до приблизительно 120 часов.

Как показано, снижение отложений в двигателе является положительным результатом при применении описанного здесь очистителя. В добавление к снижению отложений, эти отложения могут также модифицироваться. Например, вместо отложений оксида марганца в двигателе эти отложения могут представлять собой фосфат марганца или другие соединения марганца, которые являются мене вредными. Например, эти альтернативные соединения могут формироваться и могут быть более способными к выдуванию из двигателя во время работы, чем отложения, нарастающие на двигателе во время работы.

Эти конкретные отложения в двигателе, которые снижаются и/или модифицируются, включают в себя марганецсодержащие отложения, образующиеся на компонентах двигателя, таких как свечи зажигания, впускные клапаны, выпускные клапаны и камеры сгорания. Эти разные места отложений могут по разному влиять на работу двигателя. Считается, что снижение и/или модификация отложений при использовании описанного здесь очистителя, могут улучшать работоспособность всего двигателя.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут ясны специалистам в данной области техники из рассмотрения данного описания и практики раскрытого здесь изобретения. Используемые в данном описании и формуле изобретения артикли "а" и/или "аn" могут означать один или больше чем один. Если не указано иное, все числа, выражающие количества ингредиентов, свойства, такие как молекулярная масса, процент, отношение, условия реакции и так далее, использованные в данном описании и формуле изобретения, следует понимать, как модифицируемые во всех случаях термином "приблизительно". Соответственно, если не указано обратное, численные параметры, установленные в описании и формуле изобретения, являются приближениями, которые могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые предполагается получить с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует, по меньшей мере, рассматривать в свете числа представленных значимых цифр и используя обычные технологии округления. Несмотря на то, что численные интервалы и параметры, представляющие общий объем изобретения, являются приближениями, численные величины, приведенные в конкретных примерах, указаны настолько точно, насколько возможно. Любая численная величина, однако, неизменно содержит определенные ошибки, обязательно возникающие из стандартного отклонения, обнаруживаемого в соответствующих измерения при их тестировании. Предполагается, что данное описание и примеры следует рассматривать только как типичные, тогда как истинный объем и сущность изобретения показаны в последующей формуле изобретения.

Реферат

Изобретение описывает авиационное топливо, содержащее авиационный алкилат, соединение трикарбонила циклопентадиенила марганца и очищающее от марганца соединение, в котором очищающее от марганца соединение выбрано из оксида трифенилфосфина, трифенилфосфина и трикарбонильного соединения, выбранного из триацетата глицерина и триэтил 1,1,2-этантрикарбоксилата, причем указанное авиационное топливо содержит 13 мг свинца или меньше на литр. Также описывается авиационное топливо, содержащее количество одного или нескольких соединений трикарбонила циклопентадиенила марганца, достаточное для обеспечения от приблизительно 1 до 500 мг Мn/л, и способ снижения марганецсодержащих отложений, происходящих от сгорания авиационного топлива, включающего трикарбонил циклопентадиенила марганца и авиационный алкилат, в двигателе на авиационном топливе. Технический результат заключается в снижении марганецсодержащих отложений, которые происходят от сгорания авиационного топлива, включающего трикарбонил циклопентадиенила марганца. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 пр., 4 ил.

Формула