烷氧基化季铵盐及包含它们的燃料制造技术

本发明专利技术公开了烷氧基化季铵盐及包含它们的燃料。燃料添加剂及其用于发动机的制备品，包含所述添加剂的燃料，燃料添加剂浓缩物，改进燃料喷射器性能的方法和清洁发动机的燃料喷射器的方法。所述燃料添加剂包括季铵盐，该季铵盐衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应，其中所述叔胺不含伯和仲氨基。

【技术实现步骤摘要】
烷氧基化季铵盐及包含它们的燃料
本公开内容涉及燃料添加剂以及可用于改善燃料喷射发动机性能的包括所述添加剂的燃料。具体地，本公开内容涉及有效增强汽油和柴油发动机的燃料喷射器性能的烷氧基化季铵盐燃料添加剂。
技术介绍
公知的是液体燃料包含能在发动机运行期间降解并形成沉积物的组分。这种沉积物能导致燃料不完全燃烧，产生更多的排放物和更差的燃料经济性。清洁剂是公知的液体燃料中的添加剂，帮助将沉积物形成减到最少。随着发动机的动力和机构不断发展，对燃料和添加剂的要求必须进化以跟上这些发动机发展。例如，当今的发动机具有具备更小容忍度且在更高压力下运行的喷射器系统，以增强向压缩或燃烧室的燃料喷雾。沉积物防止和减少对于最佳运行已经变得关键，并且因此需要能够在液体燃料中提供可接受的性能以促进最佳发动机运行的清洁剂。另外，间接燃料喷射柴油发动机，和更现代的高压共轨(HPCR)直接燃料喷射柴油发动机之间存在显著差异。此外，低硫柴油机燃料和超低硫柴油机燃料是现在此类发动机市场中常用的。“低硫”柴油机燃料表示基于燃料总重量按重量计硫含量为500ppm或更少的燃料。“超低硫”柴油机燃料(ULSD)表示基于燃料总重量按重量计硫含量为15ppm或更少的燃料。与较老式发动机和燃料喷射系统相比，HPCR发动机中的燃料喷射器在高的多的压力和温度下工作。低硫或ULSD和HPCR发动机的组合已经导致市场中现在发现的喷射器沉积物类型以及喷射器沉积物形成频率的改变。因此，用于直接燃料喷射发动机的燃料组合物经常在发动机内表面和燃料过滤器中产生不希望有的沉积物。因此，需要能防止沉积物积累，对于车辆寿命而言保持“如新”的清洁度的改进组合物。理想地，能清洁脏燃料喷射器、将性能恢复至以前的“如新”状态的相同组合物在减少空气传播的废气排放和改善发动机动力性能的尝试中将同样是需要的和有价值的。已知的是在燃料组合物中使用某些聚异丁烯基琥珀酰亚胺(PIBSI)衍生的季铵盐清洁剂作为添加剂，通过减少、最小化和控制沉积物形成，来促进最佳发动机运行，例如燃料经济性提高，车辆驾驶性能更好，排放物减少和发动机维护更少。这样的季铵化清洁剂典型地衍生自传统的PIBSI燃料添加剂化合物，其具有能通过季铵化剂，例如环氧丙烷烷基化，即季铵化的侧挂叔胺位点。这样的反应和反应产物的实例包括在美国专利8,147,569中。还已经公开了新的改进种类的衍生自聚异丁烯基琥珀酰胺和/或酯的季铵盐清洁剂。这样的添加剂据称比PIBSI衍生的季铵清洁剂更加热稳定，并且可以由较不能源密集的方法制造。这样的反应和反应产物的实例包括在美国公开2012/0138004中。季铵盐洗涤剂经常需要使用易燃的和危险的环氧化物，例如环氧丙烷，并且进一步需要使用专门的和昂贵的压力容器用于其生产。烷氧基化步骤需要羧酸作为质子给体。所得羧酸盐可能导致沉积物形成及与添加剂和燃料中存在的与羧酸盐有关的其它问题。另外，聚异丁烯基琥珀酰胺和/或酯中间体倾向于非常粘稠，并且在制造过程期间难以处理。反应产物经常包含不同量的聚异丁烯基琥珀酰亚胺，使得难以向反应混合物中加入准确量的环氧化物和或酸。最后，常规的季铵化PIB/胺铵盐倾向于消极地影响诸如柴油机燃料的燃料的抗乳化性。
技术实现思路
本专利技术涉及新类型的烷氧基化季铵清洁剂，其提供优于现有技术聚异丁烯琥珀酰亚胺、酰胺和或酯衍生的PIB/胺季铵盐的显著改进。该方法不需要专门的和/或昂贵的压力反应器。所得季盐不仅提供改进的清洁性能，而且提供改进的抗乳化性。根据本公开内容，示例性实施方案提供燃料添加剂及其用于发动机的制备品，包含所述添加剂的燃料，燃料添加剂浓缩物，改进燃料喷射器性能的方法和清洁用于发动机的燃料喷射器的方法。所述燃料添加剂包括季铵盐，该季铵盐衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应，其中所述叔胺不含伯和仲氨基。所述燃料添加剂浓缩物包含所述燃料添加剂和一种或多种组分和/或溶剂。本公开内容的另一个实施方案提供改善直接燃料喷射发动机的喷射器性能的方法。该方法包括使发动机基于燃料组合物运行，所述燃料组合物包含主要量的燃料和基于所述燃料组合物总重量按重量计约5至约200ppm的季铵盐，该季铵盐衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应，其中该叔胺不含伯和仲氨基。本公开内容的的另一个实施方案提供使直接燃料喷射柴油发动机运行的方法。该方法包括使燃料组合物在发动机中燃烧，所述燃料组合物包含主要量的燃料和基于所述燃料组合物总重量按重量计约5至约200ppm的季铵盐，该季铵盐衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应，其中该叔胺不含伯和仲氨基。本公开内容的另一个实施方案提供制造用作燃料清洁剂的季铵盐的方法。该方法包括使作为反应物的烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物混合，和使各反应物在足以形成季铵盐的条件下反应。所述叔胺不含伯和仲氨基。在此描述的燃料添加剂的优点在于所述添加剂可以不仅减少在燃料喷射器上形成的沉积物的量，而且有效地清洁脏的燃料喷射器，足以为发动机提供改进的功率恢复，并且所述添加剂还可以出乎预料地增强燃料组合物的抗乳化性。本公开内容的其它实施方案和优点将在随后的详细说明中部分阐述，和/或可以通过本公开内容的实施获悉。应理解，上述一般性说明和以下详细说明仅是示例性和说明性的，并非如权利要求那样限制本公开内容。具体实施方式本申请的燃料添加剂组分可以以小量用于主要量的燃料中，并且可以直接加入到燃料中，或者作为添加剂浓缩物的组分加入到燃料中。用于改进内燃发动机的运行的特别合适的燃料添加剂组分可以由下式的叔胺与含羟基的环氧化物在酸酐存在下反应制备，提供烷氧基化季铵盐，其中R1、R2和R3各自选自包含1至200个碳原子的烃基。所述叔胺可以与含羟基的环氧化物和酸酐反应，提供季铵盐，或者所述叔胺可以为与含羟基的环氧化物反应的酰亚胺-胺，条件是所述酰亚胺-胺和叔胺不含伯和仲氨基。所述酰亚胺-胺可以衍生自烃基取代的酸酐和具有伯和叔氨基且不含仲氨基的胺。本公开内容的关键特征为季胺反应产物在基本不存在添加的酸和/或不含羟基的环氧化物的情况下产生。示例性叔胺包括但不限于二甲基己胺、二甲基辛胺、二甲基癸胺、二甲基十四烷基胺、二甲基十五烷基胺、二甲基十六烷基胺、二甲基十二烷基胺、二甲基十八烷基胺、二乙基己胺、二乙基辛胺、二乙基癸胺、二乙基十二烷基胺、二乙基十四烷基胺、二乙基十五烷基胺、二乙基十六烷基胺、二乙基十八烷基胺、二丙基己胺、二丙基辛胺、二丙基癸胺、二丙基十二烷基胺、二丙基十四烷基胺、二丙基十五烷基胺、二丙基十六烷基胺、二丙基十八烷基胺、油烯基酰胺基丙基二甲胺、C9-C30烯基琥珀酰亚胺丙基二甲胺、C9-C30烯基琥珀酰亚胺丙基二甲胺、聚异丁烯基琥珀酰亚胺丙基二甲胺以及多-叔胺。在一个实施方案中，包括二胺和多胺的叔胺可以与C1至C54脂肪酸反应形成酰胺基胺，并且该酰胺基胺随后可以与酸酐和含羟基的环氧化物反应形成季铵盐。可以使用合适的下式的叔酰胺基胺化合物其中R10，R11和R14各自选自包含1至50个碳原子的烃基，R9，R12和R13各自可以独立地选自氢或烃基，x可以为1至6，y可以为0或1，z可以为1至6，和n可以为1至6。烃基R9至R14各自可以独立地为线性、支化、取代、环状本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃料喷射发动机的燃料添加剂，包含衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应的季铵盐，其中所述叔胺不含伯和仲氨基。

【技术特征摘要】
2013.10.08 US 14/0488451.用于燃料喷射发动机的燃料添加剂，包含衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应的季铵盐，其中所述叔胺不含伯和仲氨基。2.权利要求1的燃料添加剂，其中所述环氧化物选自下式的烃基环氧化物其中R各自独立地选自H，OH和C1至C50烃基，和聚环氧化物，条件是至少一个R包括伯、仲或叔羟基。3.权利要求1的燃料添加剂，其中所述烃基环氧化物选自羟甲基氧化环己烯、丁二醇单缩水甘油基醚、丙二醇单缩水甘油基醚、己二醇单缩水甘油基醚、环己烷二甲醇缩水甘油基醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油基醚、甘油二缩水甘油基醚、季戊四醇三缩水甘油基醚、缩水甘油、3-缩水甘油基氧基苯甲醇和上述两种或多种的组合。4.权利要求1的燃料添加剂，其中所述反应在不向反应物中添加羧酸或含酸化合物的情况下进行。5.权利要求1的燃料添加剂，其中所述烃基取代的酸酐的烃基选自C9-C30烯基和聚异丁烯基。6.权利要求1的燃料添加剂，其中所述胺选自油烯基酰胺基丙基二甲胺和十二烷基二甲胺。7.权利要求1的燃料添加剂，其中所述叔胺包含下式的化合物其中R10，R11和R14各自选自包含1至50个碳原子的烃基，R9，R12和R13各自独立地选自氢或烃基，x为1至6，y为0或1，z为1至6，和n为1至6。8.燃料组合物，包含5至200ppm的权利要求1的燃料添加剂，基于所述燃料组合物的总重量。9.柴油机燃料组合物，包含10至200ppm的权利要求1的燃料添加剂，基于所述燃料组合物的总重量，其中所述燃料组合物在根据ASTMD-1094的抗乳化性测试中显示出喷射器清洁特性和全部水恢复以及1b的界面评级。10.改善直接燃料喷射发动机的喷射器性能的方法，包括使发动机基于燃料组合物运行，所述燃料组合物包含主要量的燃料和基于所述燃料组合物总重量按重量计5至200ppm的季铵盐，该季铵盐衍生自烃基取代的酸酐、叔胺和含羟基的环氧化物的反应，其中所述叔胺不含伯和仲氨基。11.权利要求10的方法，其中所述发动机包括直接燃料喷射柴油发动机。12.权利要求10的方法，其中所述发动机包括直接燃料喷射汽油发动机。13.权利要求10的方法，其中所述叔胺包含衍生自具有1至54个碳原子的酸化合物的酰胺基胺。14.权利要求10的方法，其中所述环氧化物选自下式的烃基环氧化物其中R各自独立地选自H，OH和C1至C50烃基，和聚环氧化物，条件是至少一个R包括伯、仲或叔羟基。15.权利要求10的方法，其中所述燃料组合物包含10至50ppm的季铵盐，基于所述燃料组合物的总重量。16.使直接燃料喷射柴油发动机运行的方法，包括使燃料组合物在发动...

【专利技术属性】
技术研发人员：X方，SD施瓦布，
申请(专利权)人：雅富顿化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US