DE69101603T2 - FUEL ADDITIVE COMPOSITION. - Google Patents
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Abstract
Description
Kohlenwasserstofftreibstoffen sind zahlreiche Stoff eigen, die Ablagerungen bilden. Wenn diese Stoffe in Verbrennungsmotoren verwendet werden neigen sie dazu, an und um begrenzte Bereiche des Motors, die mit dem Treibstoff in Berührung kommen, Ablagerungen zu bilden. Zu den typischen Bereichen, die gewöhnlich und manchmal stark durch die Bildung von Ablagerungen belastet sind, gehören u.a. Vergaserentlüftungen, der Drosselklappenkörper und Lufttrichter, Motoreinlaßventile und -ansaugschlitze, Treibstoffeinspritzdüsen, die Oberflächen des Zylinderkopies und des Deckels der Verbrennungskammerkolben, usw.Hydrocarbon fuels have a number of deposit-forming substances inherent in them. When these substances are used in internal combustion engines, they tend to form deposits in and around localized areas of the engine that come into contact with the fuel. Typical areas commonly and sometimes severely affected by deposit formation include carburetor vents, the throttle body and horn, engine intake valves and intake ports, fuel injectors, the cylinder head and combustion chamber piston cover surfaces, etc.
Ablagerungen haben eine schädlichen Wirkung auf den Betrieb von Fahrzeugen, die Kohlenwasserstofftreibstoffe verwenden. Zum Beispiel erhöhen Ablagerungen auf dem Drosselklappenkörper und den Lufttrichtern das Treibstoff/Luft-Verhältnis des Gasgemisches zur Verbrennungskammer und erhöhen so die Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, die von der Kammer ausgestoßen werden. Hohe Treibstoff/- Luft-Verhältnisse verringern auch die Benzin-Meilenleistung, die man mit dem Fahrzeug erreichen kann.Deposits have a detrimental effect on the operation of vehicles that use hydrocarbon fuels. For example, deposits on the throttle body and vents increase the fuel/air ratio of the gas mixture to the combustion chamber, increasing the amount of unburned hydrocarbon and carbon monoxide expelled from the chamber. High fuel/air ratios also reduce the gas mileage that can be achieved with the vehicle.
Ablagerungen auf den Motoreinlaßventilen, die ausreichend schwer sind, schränken den Fluß des Gasgemisches in die Verbrennungskammer ein. Durch diese Einschränkung ist der Motor mit Luft und Treibstoff unterversorgt, und es kommt zu einem Verlust an Leistung. Ablagerungen auf den Ventilen erhöhen auch die Wahrscheinlichkeit eines Versagens der Ventile aufgrund von Brennen und unpassendem Ventilsitz. Darüber hinaus können diese Ablagerungen abbrechen und in die Verbrennungskammer eindringen und dort möglicherweise zu einer mechanischen Beschädigung des Kolbendeckels. der Kolbenringe, des Zylinderkopfs usw. führen.Deposits on the engine intake valves that are sufficiently heavy restrict the flow of the gas mixture into the combustion chamber. This restriction causes the engine to be starved of air and fuel and a loss of power occurs. Deposits on the valves also increase the likelihood of valve failure due to burning and improper valve seating. In addition, these deposits can break off and enter the combustion chamber, possibly causing mechanical damage to the piston cap, piston rings, cylinder head, etc.
Es ist seit langem bekannt, daß die Bildung dieser Ablagerungen sowohl gehemmt als auch beseitigt werden kann, wenn in den Treibstoff ein aktives Detergens eingebracht wird. Diese Detergentien haben die Funktion, die Bereiche, die zu Ablagerungen neigen, von den schädlichen Ablagerungen zu reinigen und dadurch die Leistung und die Lebensdauer des Motors zu erhöhen.It has long been known that the formation of these deposits can be both inhibited and eliminated by adding an active detergent to the fuel. These detergents have the function of cleaning the areas prone to deposits of the harmful deposits, thereby increasing the performance and service life of the engine.
Die erste Generation von Treibstoffadditiven bestand aus Detergentien, die halfen, die Sauberkeit kritischer Vergaserelemente zu erhalten. Diese ursprünglichen Treibstoffadditive wurden typischerweise in geringen Dosen verwendet, im allgemeinen im Bereich von 15 bis 30 ppm. Leider sahen diese geringen Dosen an Additiven eine geringe Kontrolle der Ablagerungen in anderen Teilen der Verbrennungsmotoren vor.The first generation of fuel additives consisted of detergents that helped maintain the cleanliness of critical carburetor elements. These original fuel additives were typically used in low doses, generally in the range of 15 to 30 ppm. Unfortunately, these low doses of additives provided little control of deposits in other parts of the internal combustion engine.
Die nächste Generation von Treibstoffadditiven sah im allgemeinen eine verbesserte Kontrolle der Ablagerungen im Einlaßsystem vor, einschließlich überhitzter Stellen im Einlaßkrümmer, in Kanälen, in Einlaßventilschlitzen und Einlaßventilen. Das Ausmaß an Ablagerungskontrolle wurde typischerweise durch die Kontrolle der Dosis an Additiva, gewöhnlich im Bereich von 70 bis 2 000 ppm, reguliert. Wenn jedoch die Dosen an Additiva auf hohe Gehalte gesteigert wurden, wurde die Akkumulation von Ablagerungen in den Verbrennungskammern zu einem erheblichen Problem, aus Gründen, die im folgenden ersichtlich werden.The next generation of fuel additives generally provided improved control of deposits in the intake system, including hot spots in the intake manifold, in ports, in intake valve slots and inlet valves. The degree of deposit control was typically regulated by controlling the dosage of additive, usually in the range of 70 to 2,000 ppm. However, when the dosages of additive were increased to high levels, the accumulation of deposits in the combustion chambers became a significant problem, for reasons which will become apparent below.
In den letzen Jahren hat die weitverbreitete Verwendung von unverbleitem Benzin den Gebrauch an Benzinadditiven des Detergenstyps weiter erschwert. Bei Kfz-Motoren, die die Verwendung von unverbleiten Benzinen erfordern (um zu verhindern, daß katalytische Konverter, die zur Abgasreduzierung verwendet werden, unwirksam gemacht werden), fand man es schwierig, Benzin mit einer Oktanzahl zu liefern, die ausreicht, das Klopfen und die entsprochende dadurch ausgelöste Schädigung zu verhindern. Das Problem entsteht durch eine Erhöhung des Oktanbedarfs, im folgenden "ORI" genannt, die ein Ergebnis der Ablagerungen ist, welche durch den Gebrauch von kommerziellen Benzinen gebildet werden.In recent years, the widespread use of unleaded gasoline has further complicated the use of detergent-type gasoline additives. In automotive engines requiring the use of unleaded gasolines (to prevent catalytic converters used to reduce emissions from being rendered ineffective), it has been found difficult to supply gasoline with an octane rating sufficient to prevent knocking and the associated damage caused thereby. The problem arises from an increase in octane requirement, hereinafter referred to as "ORI," which is a result of the deposits formed by the use of commercial gasolines.
Die Grundlage des ORI-Problems ist folgende: jeder Motor verlangt, wenn er neu ist, einen Treibstoff mit einer bestimmten Mindestoktanzahl, um zufriedenstellend ohne Klingeln und/oder Klopfen zu laufen, und/oder nach dem Betrieb. Wenn der Motor mit irgendeinem Bezin betrieben wird, erhöht sich dieser Mindestoktanbedarf Dies wird offensichtlich durch die Bildung von Ablagerungen in der Verbrennungskammer verursacht. In den meisten Fällen wird, wenn der Motor für einen längeren Zeitraum mit demselben Treibstoff betrieben wird, die ORI ein Gleichgewicht erreichen. Das Gleichgewicht wird typischerweise nach 5 000 bis 15 000 Meilen (3107,5 - 9322,5 km) Kfz-Betrieb erreicht.The basis of the ORI problem is this: every engine, when new, requires a fuel with a certain minimum octane rating to run satisfactorily without pinging and/or knocking, and/or after operation. As the engine is run on any gasoline, this minimum octane requirement increases. This is obviously caused by the formation of deposits in the combustion chamber. In most cases, if the engine is run on the same fuel for an extended period of time, the ORI will reach equilibrium. Equilibrium is typically reached after 5,000 to 15,000 miles (3107.5 - 9322.5 km) of vehicle operation.
Die Erhöhung des Oktanbedarfs in einem bestimmten Motor, der mit kommerziellen Benzinen betrieben wird, wird bei einem Gleichgewicht von 4 bis 6 Oktaneinheiten bis hin zu 12 oder 15 Einheiten variieren, abhängig von den Bezinzusammensetzungen, der Bauweise des Motors und der Art des Betriebes. Dies belegt die Schwere des Problems. Ein typisches Kraftfahrzeug mit einem Forschungs-Oktanbedarf von 85 im Neuzustand kann nach einigen Monaten Betrieb Forsehungs-Oktanbenzin von 97 für seinen ordentlichen Betrieb benötigen, und wenig unverbleites Benzin dieses Oktans ist erhältlich. Das ORI-Problem besteht bis zu einem gewissen Grad auch bei Motoren, die mit verbleitem Benzin betrieben werden. Die U.S.-Patente Nr. 3,144,311; 3,146,203 und 4,247,301 offenbaren bleihaltige Treibstoffzusammensetzungen, die reduzierte ORI-Eigenschaften aufweisen.The increase in octane requirement in a given engine running on commercial gasolines will vary from 4 to 6 octane units at equilibrium to 12 or 15 units, depending on the gasoline compositions, engine design, and type of operation. This demonstrates the severity of the problem. A typical automobile with a research octane requirement of 85 when new may, after a few months of operation, require research octane gasoline of 97 for proper operation, and little unleaded gasoline of that octane is available. The ORI problem also exists to some extent in engines running on leaded gasoline. U.S. Patent Nos. 3,144,311; 3,146,203 and 4,247,301 disclose leaded fuel compositions which have reduced ORI properties.
Das ORI-Problem ist verbunden mit der Tatsache, daß die gängigste Methode zur Erhöhung des Oktangehalts unverbleiten Benzins eine Erhöhung seines Gehalts an Aromaten ist. Diese Aromaten verursachen jedoch schließlich eine noch größere Erhöhung des Oktanbedarfs. Überdies können einige der Stickstoff enthaltenden Verbindungen, die zur Zeit als Additive zur Kontrolle von Ablagerungen verwendet werden, und deren Mineralöl- oder Polymerträger bei Motoren, die unverbleite Treibstoffe verwenden, ebenfalls erheblich zur ORI beitragen.The ORI problem is related to the fact that the most common method of increasing the octane content of unleaded gasoline is to increase its aromatics content. However, these aromatics ultimately cause an even greater increase in octane requirement. Moreover, some of the nitrogen-containing compounds currently used as deposit control additives and their mineral oil or polymer carriers in engines using unleaded fuels can also contribute significantly to ORI.
Es ist daher besonders wünschenswert, Additive zur Kontrolle von Ablagerungen in Dosen zu liefern, die ausreichen, um die Ablagerungen in Einlaßsystemen von Motoren erfolgreich zu kontrollieren, ohne daß sie selbst erheblich zum ORI-Problem beitragen.It is therefore particularly desirable to supply deposit control additives in doses sufficient to successfully control deposits in engine intake systems without themselves contributing significantly to the ORI problem.
In dieser Hinsicht sind die Hydrocarbyl-poly(oxyalkyylen)aminocarbamat-Dispergiermittel kommerziell erfolgreiche Treibstoffadditive, welche Ablagerungen im Einlaßsystem kontrollieren, ohne selbst erheblich zum ORI-Problem beizutragen. Diese Additive sind jedoch relativ teuer, und dies rät von ihrem Gebrauch in hohen Dosen ab.In this regard, the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate dispersants are commercially successful fuel additives that control intake system deposits without themselves contributing significantly to the ORI problem. However, these additives are relatively expensive and this discourages their use in high doses.
Bei wirtschaftlichen Treibstoffkonzentrationen sind die Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamate nicht ganz so effizient bei der Kontrolle von Ablagerungen in den Injektoren oder dem Vergaser moderner Verbrennungsmotoren. Die Leistung dieser Motoren, die Treibstoffeinspritz- Treibstoffverteilsysteme enthalten, kann von relativ geringen Mengen an Ablagerungen wesentlich beeinträchtigt werden.At economical fuel concentrations, hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamates are not as effective at controlling deposits in the injectors or carburetor of modern internal combustion engines. The performance of these engines, which contain fuel injection/fuel distribution systems, can be significantly affected by relatively small amounts of deposits.
Andererseits ist bekannt, daß Hydrocarbylamin- und Polyamin-Detergentien mit geringem Molekulargewicht Ablagerungen an Injektoren erfolgreich kontrollieren. Diese Amin-Detergentien sind ähnlich den früher beschriebenen, die verwendet wurden, um Vergaser sauber zu erhalten. Um jedoch Ablagerungen an Injektoren zu kontrollieren, werden diese Detergentien bei Treibstoffkonzentrationen im Bereich von 40 bis 70 ppm verwendet. Nun ist bekannt, daß so hohe Dosen an Injektor-Detergentien einen negativen Einfluß auf die Kontrolle von Ablagerungen an Einlaßventilen und in der Verbrennungskammer von Motoren haben.On the other hand, low molecular weight hydrocarbylamine and polyamine detergents are known to successfully control injector deposits. These amine detergents are similar to those previously described that have been used to keep carburetors clean. However, to control injector deposits, these detergents are used at fuel concentrations in the range of 40 to 70 ppm. Now it is known that such high doses of injector detergents have a negative effect on the control of deposits on intake valves and in the combustion chamber of engines.
Ein zusätzliches Problem bei einigen Hydrocarbylamin- und Polyamin-Detergentien mit niedrigem Molekulargewicht, die eine primäre oder sekundäre Aminfunktionalität enthalten, ist die Bildung eines festen Präzipitats, wenn das Amin Kohlendioxid ausgesetzt wird, wie z.B. die Aussetzung dem Kohlendioxid der Luft. Man glaubt, daß dieses Präzipitat ein Carbaminsäure-Addukt ist, welches, durch die Reaktion des primären oder des sekundären Amins mit Kohlendioxid gebildet wird. Wie auch immer seine chemische Struktur beschaffen ist, ist die Bildung eines solchen Präzipitats aus Gründen, die im folgenden erklärt werden, unerwünscht.An additional problem with some low molecular weight hydrocarbylamine and polyamine detergents containing primary or secondary amine functionality is the formation of a solid precipitate when the amine is exposed to carbon dioxide, such as exposure to carbon dioxide in the air. This precipitate is believed to be a carbamic acid adduct formed by the reaction of the primary or secondary amine with carbon dioxide. Whatever its chemical structure, the formation of such a precipitate is undesirable for reasons explained below.
Ein weiteres Problem, das mit einigen Aminen mit geringem Molekulargewicht zusammenhängt, besonders mit jenen, die polare Substituenten wie Hydroxygruppen enthalten, ist die Tatsache, daß diese Amine eine hohe Wasserlöslichkeit besitzen und daher bei Kontakt mit Wasser aus der Kohlenwasserstoffphase vollkommen in die Wasserphase extrahiert werden können. Daher würden solche Amine bei Kohlenwasserstoff-Treibstoffen eine verringerte Wirksamkeit besitzen.Another problem associated with some low molecular weight amines, especially those containing polar substituents such as hydroxy groups, is the fact that these amines have high water solubility and can therefore be completely extracted from the hydrocarbon phase into the water phase upon contact with water. Therefore, such amines would have reduced effectiveness in hydrocarbon fuels.
In dieser Hinsicht offenbart das U.S.-Patent Nr. 4,810,263 für Zimmerman et al. ein Paket an Additiven zur Reduzierung und/oder zur Verhinderung von Verschmutzungen in einem Motor mit Treibstoffeinspritzung mit Mehrfachansaugschlitzen, das ein Aminoxid enthält, wie z.B. bis(2-Hydroxyethyl)cocaminoxid, und einen Demulgator mit einem oder mehreren demulgierenden Mitteln, ausgewählt aus einem Reaktionsprodukt von Fettsäure-Alkylamin und einer Lösung von oxyalkylierten Alkylphenol-Formaldehydharzen und Polyglycolen. Das U.S.-Patent Nr. 4,836.829 fur Zimmerman et al. offenbart ein ähnliches Paket an Additiven, das ein tertiäres Amin, wie z.B. bis(2-Hydroxyethyl)cocamin, vorzugsweise in Verbindung mit einem Aminoxid, und ein demulgierendes Mittel enthält. Wie in U.S.-Patent Nr 4,810,263 festgestellt, ist in dem Aminoxid typischerweise Wasser vom Herstellungsprozeß vorhanden, das schwer zur Gänze entfernt werden kann. Als Ergebnis ist das Aminoxid kommerziell als eine Isopropylalkohollösung erhältlich, die von 6 bis 8 Gewichtsprozent Wasser enthält.In this regard, U.S. Patent No. 4,810,263 to Zimmerman et al. discloses an additive package for reducing and/or preventing fouling in a multi-port fuel injected engine comprising an amine oxide such as bis(2-hydroxyethyl)cocamine oxide and a demulsifier comprising one or more demulsifying agents selected from a reaction product of a fatty acid alkylamine and a solution of oxyalkylated alkylphenol formaldehyde resins and polyglycols. U.S. Patent No. 4,836,829 to Zimmerman et al. discloses a similar additive package comprising a tertiary amine such as bis(2-hydroxyethyl)cocamine, preferably in conjunction with an amine oxide, and a demulsifying agent. As noted in U.S. Patent No. 4,810,263, the amine oxide typically contains water from the manufacturing process that is difficult to remove entirely. As a result, the amine oxide is commercially available as an isopropyl alcohol solution containing from 6 to 8 weight percent water.
Häufig werden Mineralölträger entweder mit den Amin-Detergentien oder den Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat-Dispergiermitteln zur Hilfe bei der Entfernung und dem Verhindern von Ablagerungen verwendet. Auch mit dem Zusatz von Mineralölträgern sieht jedoch keine der Gruppen von Treibstoffadditiven eine vollkommmene Kontrolle der Ablagerungen des Einlaßsystems vor.Mineral oil carriers are often used with either the amine detergents or the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate dispersants to aid in the removal and prevention of deposits. However, even with the addition of mineral oil carriers, neither group of fuel additives provides complete control of intake system deposits.
Es wäre daher besonders wünschenswert, ein Additiv zur Kontrolle von Ablagerungen an den Einlaßventilen und der Verbrennungskammer, wie z.B ein Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat-Dispergiermittel, mit einem Injektor-Detergens, wie z.B. einem Amin oder Polyamin mit niedrigem Molekulargewicht, und einur wirksamen Menge einer Tragerfluid zu kombinieren, um ein Paket an Treibstoffadditiven mit Mehrfachkomponenten und Mehrfachfunktionalität zur Verfugung zu stellen, welches die wirksame Kontrolle von Ablagerungen im gesamten Einlaßsystem und der Verbrennungskammer von Motoren maximiert, und welches selbst nicht wesentlich zum Problem der Oktanbedarfssteigerung beiträgt.It would therefore be particularly desirable to combine an intake valve and combustion chamber deposit control additive, such as a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate dispersant, with an injector detergent, such as a low molecular weight amine or polyamine, and an effective amount of a carrier fluid to provide a multi-component, multi-functional fuel additive package that maximizes effective deposit control throughout the intake system and combustion chamber of engines and that does not itself significantly contribute to the octane requirement increase problem.
Die Auswahl an Komponenten für eine Treibstoffadditiv-Zusammensetzung mit Mehrfachkomponenten und Mehrfachfunktionalität zur Kontrolle von Ablagerungen ist nicht geradlinig. Die Zusammensetzung muß eine effektive Kontrolle der Ablagerungen bei Additivpegel, die ökonomisch sind, liefern, und mit Additiven, die nicht zu ORI beitragen. Ebenso ist es wesentlich, daß die Zusammensetzung homogen bleibt, d.h., eine einzige flüssige Phase bei allen Feldbedingungen, wenn die Zusammensetzung verläßlich die erwartete Leistung bei der Kontrolle von Ablagerungen liefern soll, wenn sie mit Treibstoff gemischt wird, und im tatsächlichen Motorbetrieb.The selection of components for a multi-component, multi-functional deposit control fuel additive composition is not straightforward. The composition must provide effective deposit control at additive levels that are economical and with additives that do not contribute to ORI. It is also essential that the composition remain homogeneous, i.e., a single liquid phase, under all field conditions if the composition is to reliably deliver the expected deposit control performance when mixed with fuel and in actual engine operation.
Beim Vorsehen einer wirksamen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung ist die Aufrechterhaltung einer einzigen flüssigen Phase kritisch. Typischerweise gibt es keine praktischen Mittel, eine Additiv-Zusammensetzung, die einmal ausgeliefert wurde, zu rehomogenisieren. Wenn sich der Hauptteil der Additiv-Zusammensetzung in zwei oder mehr Phasen als Ergebnis einer Inkompatibilität der Komponenten trennt, wird keine der Phasen die wirksame Kombination von Komponenten, die für den Treibstoff beabsichtigt ist, enthalten. Daher wird die Gesamtleistung des Treibstoffes bei der Kontrolle von Ablagerungen ernsthaft geschmälert. Überdies wird die Zusammensetzung an Additiv, welches dem Treibstoff zugeführt wird, erratisch sein.In providing an effective fuel additive composition, maintaining a single liquid phase is critical. Typically, there is no practical means of rehomogenizing an additive composition once it has been delivered. If the bulk of the additive composition separates into two or more phases as a result of component incompatibility, neither phase will contain the effective combination of components intended for the fuel. Therefore, the overall deposit control performance of the fuel will be severely compromised. Moreover, the composition of additive delivered to the fuel will be erratic.
Die Phasentrennung einer inkompatiblen Zusammensetzung kann viele Formen annehmen. Typischerweise erscheint die Phasentremiung zuerst als eine Trübung, die sich schließlich absetzt, entweder oben oder unten, abhängig von den relativen Dichten der zwei Phasen. Wenn daher der Additivpegel z.B. in einem Lagertank abgesenkt wird, kann die Grenzfläche zwischen den Phasen unter den Entnahmepunkt für die Flüssigkeit sinken, zu welchem Zeitpunkt sich die Zusammensetzung des Additivs, das in den Treibstoff fließt, ändern wird, und zwar möglicherweise drastisch.Phase separation of an incompatible composition can take many forms. Typically, phase separation first appears as a turbidity that eventually settles, either on top or on the bottom, depending on the relative densities of the two phases. Therefore, if the additive level in, for example, a storage tank is lowered, the interface between the phases may drop below the liquid withdrawal point, at which point the composition of the additive flowing into the fuel will change, possibly drastically.
Eine Phasentrennung wird auch ernste Probleme im Additivverteil- oder -zuführsystem, welches dem Treibstoff die Additiv-Zusammensetzung zuführt, verursachen. Falls die Phasentrennung zwei flüssige Phasen involviert, wird sich die schwerere Phase am Boden des Additiv-Lagertanks und an den tiefgelegenen Stellen der Additiv-Zuführleitungen sammeln. Dies wird zur Notwendigkeit einer teuren und lästigen periodischen Säuberung der Additiv-Zuführanlage führen.Phase separation will also cause serious problems in the additive distribution or delivery system that delivers the additive composition to the fuel. If the phase separation involves two liquid phases, the heavier phase will collect at the bottom of the additive storage tank and at the low points of the additive delivery lines. This will result in the need for expensive and inconvenient periodic cleaning of the additive delivery system.
Falls die Phasentrennung einen Feststoff aufweist, der sich vom Hauptteil der flüssigen Additiv-Zusammensetzung abtrennt, wäre die Wirkung ernster und unmittelbarer. Praktisch alle Additiv-Einspritzsysteme haben feinmaschige Filter zum Schutz der Ventile und der Abdichtungen in der Einspritzpumpe. Eine feste Phase würde diese Filter rasch verstopien und den Injektor verschließen, und somit müßte der Filter gereinigt werden, bevor der Injektor wieder gestartet wird. Eine separate feste Phase würde ebenfalls die periodische Säuberung des Additiv-Lagertanks erfordern. Somit ist offenkundig, daß eine homogene Additiv-Zusammensetzung kritisch ist.If the phase separation involved a solid separating from the bulk of the liquid additive composition, the effect would be more severe and immediate. Virtually all additive injection systems have fine mesh filters to protect the valves and seals in the injection pump. A solid phase would quickly clog these filters and seal the injector, and thus the filter would have to be cleaned before the injector was restarted. A separate solid phase would also require periodic cleaning of the additive storage tank. Thus, it is clear that a homogeneous additive composition is critical.
Es wird im allgemeinen für günstig erachtet, eine kleinere Menge eines Materials, welches Eigenschaften eines Treibstoff/Wasser-Demulgators aufweist, Treibstoffmischungen von Additiv-Zusammensetzungen zuzusetzen. Der Demulgator muß demulgierende Eigenschaften bei der Benützung in Motortreibstoffen bei relativ geringen Gehalten, wie etwa 5 bis 25 Teil en pro Million, aufweisen. Es wurde jedoch beobachtet, daß sogar geringe Dosen eines solchen Materials in bestimmten Fallen eine negative Wirkung auf die ablagerungshemmenden Eigenschaften der Additiv-Zusammensetzung habeu. Daher ist es wünschenswert, einen Demulgator zu wählen, der diese negative Wirkung nicht zeigt. Überdies ist es aus den oben angeführten Gründen kritisch, daß der Demulgator mit der Additiv-Zusammensetzung homogen bleibt.It is generally considered desirable to add a minor amount of a material exhibiting properties of a fuel/water demulsifier to fuel blends of additive compositions. The demulsifier must exhibit demulsifying properties when used in motor fuels at relatively low levels, such as 5 to 25 parts per million. However, it has been observed that even small doses of such a material in certain cases have a negative effect on the deposit inhibiting properties of the additive composition. Therefore, it is desirable to select a demulsifier which does not exhibit this negative effect. Moreover, for the reasons stated above, it is critical that the demulsifier remain homogeneous with the additive composition.
Es ist im allgemeinen auch günstig, in die Additiv-Zusammensetzung ein Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel aufzunehmen. Die primäre Funktion dieser Komponente ist die Reduzierung der Viskosität der Zusammensetzung bei niedrigen Temperaturen. Das Lösungsmittel muß jedoch mit den Additiv-Komponenten kompatibel und wirtschaftlich sein.It is also generally beneficial to include a solvent or diluent in the additive composition. The primary function of this component is to reduce the viscosity of the composition at low temperatures. However, the solvent must be compatible with the additive components and economical.
Die U.S.-Patente Nr. 4,160,648 und 4, 191,537 offenbaren Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamate als Treibstoffadditive. Die Verwendung eines treibstofflöslichen Trägeröls und zusätzlich eines Demulgators in Kombination mit den Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamaten wird ebenfalls offenbart.U.S. Patent Nos. 4,160,648 and 4,191,537 disclose hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamates as fuel additives. The use of a fuel-soluble carrier oil and additionally a demulsifier in combination with the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamates is also disclosed.
Die Verwendung von Hydrocarbylaminen und Hydrocarbylpolyaminen als Treibstoffadditive ist in den U.S.-Patenten Nr. 3,438,757: 3,565,834: 3,574,576, 3,898,056 und 3,960,515 offenbart.The use of hydrocarbyl amines and hydrocarbyl polyamines as fuel additives is disclosed in U.S. Patent Nos. 3,438,757: 3,565,834: 3,574,576, 3,898,056 and 3,960,515.
Die U.S.-Patente Nr. 3,898,056 und 3,960,515 offenbaren eine Mischung von Hydrocarbylaminen mit hohem und niedrigem Molekulargewicht, die als Detergentien und Dispergiermittel bei geringen Konzentrationen in Treibstoffen verwendet werden. Das Hydrocarbylamin mit hohem Molekulargewicht enthält mindestens eine Hydrocarbylgruppe mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 1 900 und 5 000, und das Hydrocarbylamin mit niedrigem Molekulargewicht enthält mindestens eine Hydrocarbylgruppe mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 300 und 600. Das Gewichtsverhältnis von Amin mit niedrigem Molekulargewicht zu Amin mit hohem Molekulargewicht in der Mischung wird zwischen etwa 0,5:1 und 5:1 gehalten.U.S. Patent Nos. 3,898,056 and 3,960,515 disclose a mixture of high and low molecular weight hydrocarbyl amines used as detergents and dispersants at low concentrations in fuels. The high molecular weight hydrocarbyl amine contains at least one hydrocarbyl group having a molecular weight between about 1,900 and 5,000 and the low molecular weight hydrocarbyl amine contains at least one hydrocarbyl group having a molecular weight between about 300 and 600. The weight ratio of low molecular weight amine to high molecular weight amine in the mixture is maintained between about 0.5:1 and 5:1.
Diese Referenzen offenbaren zwar Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamate, die als Dispergiermittel brauchbar sind, und Hydrocarbylamine und -polyamine, die als Detergentien brauchbar sind, keine von diesen Referenzen lehrt jedoch eine homogene Additiv-Zusammensetzung, die ein Dispergiermittel, Detergens. Trägeröl und Demulgator umfaßt, welche, wenn sie mit Treibstoff bei geringen Konzentrationen gemischt wird, eine wirksame Kontrolle der Ablagerungen im gesaniten Einlaßsystem vorsieht, während der Beitrag zum ORI-Problem auf ein Minimum reduziert wird.While these references disclose hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamates useful as dispersants and hydrocarbyl amines and polyamines useful as detergents, none of these references teach a homogeneous additive composition comprising a dispersant, detergent, carrier oil and demulsifier which, when mixed with fuel at low concentrations, provides effective control of deposits in the sanitation intake system while minimizing contribution to the ORI problem.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue homogene Treibstoffadditiv-Zusammensetzung zur Verfügung, welche enthält:The present invention provides a new homogeneous fuel additive composition which contains:
(a) ein Dispergiermittel, umfassend ein Hydrocarbyl-poly(oxyakylen)aminocarbamat mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000 bis etwa 3 000;(a) a dispersant comprising a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of about 1,000 to about 3,000;
(b) ein Injektor-Detergens, umfassend ein verzweigtkettiges Hydrocarbylamin mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 300 bis etwa 700, worin der Hydrocarbyl-Teil von Polymeren aus C&sub2;- bis C&sub6;-Olefinen abgeleitet ist;(b) an injector detergent comprising a branched chain hydrocarbylamine having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of from about 300 to about 700, wherein the hydrocarbyl portion is derived from polymers of C2 to C6 olefins;
(c) einen Treibstoff-Demulgator, welcher mit den anderen Komponenten der genannten Treibstoffadditiv- Zusammensetzung homogen ist, und(c) a fuel demulsifier which is homogeneous with the other components of said fuel additive composition, and
(d) ein natürliches oder synthetisches Trägerfluid.(d) a natural or synthetic carrier fluid.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters eine Treibstoffzusammensetzung mit einem Kohlenwasserstoff, der im Benzin- oder Dieselbereich siedet, und mit etvava 400 bis 1 200 Teilen pro Million die oben beschriebene homogenen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung zur Verfügung.The present invention further provides a fuel composition comprising a hydrocarbon boiling in the gasoline or diesel range and containing from 400 to 1,200 parts per million of the homogeneous fuel additive composition described above.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Treibstoff-Konzentrat mit einem inerten, stabilen, oleophilen organischen Lösungsmittel, welches im Bereich von 150º bis 400ºF (65,6 - 204,4 ºC) siedet, und mit etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent homogener Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der Erfindung.The present invention also relates to a fuel concentrate comprising an inert, stable, oleophilic organic solvent boiling in the range of 150° to 400°F (65.6-204.4°C) and about 5 to 50 weight percent of a homogeneous fuel additive composition of the invention.
Unter anderem beruht die vorliegende Erfindung auf der überraschenden Entdeckung, daß die hier beschriebene einzigartige Kombination von Dispergiermittel, Injektor-Detergens mit niedrigem Molekulargewicht, Demulgator und Trägerfluid eine vollkommene Kontrolle der Einlaßablagerungen vorsieht, während sie die schwächenden Ablagerungen an den Verbrennungskammern, die mit ORI korrelieren auf ein Minimum reduziert.Among other things, the present invention is based on the surprising discovery that the unique combination of dispersant, low molecular weight injector detergent, demulsifier and carrier fluid described herein provides complete control of intake deposits while minimizing the debilitating combustion chamber deposits correlated with ORI.
Darüber hinaus vermeidet die Verwendung eines verzweigtkettigen Hydrocarbylamins mit niedrigem Molekulargewicht als Injektor-Detergens das Problem der Präzipitation, das mit bekannten Amindetergentien wie z.B. Oleylamin verbunden ist.Furthermore, the use of a low molecular weight branched chain hydrocarbylamine as an injector detergent avoids the problem of precipitation associated with known amine detergents such as oleylamine.
Im wesentlichen richtet sich die vorliegende Erfindung auf das Problem, welches mit der Tatsache verbunden ist, daß keines der Treibstoffadditive des Standes der Technik einzeln oder in typischerweise verwendeten Konzentrations-Kombinationen eine vollkommene Kontrolle der Ablagerungen am Benzineinlaßsystem vorsehen kann. Die vorliegende Erfindung zeigt eine neue Formulierungs-Technologie, welche eine maximale Ablagerungskontrolle an jedem der kritische Ablagerungen bildenden Bereiche vorsieht, während sie gleichzeitig die Dosen jedes kritischen Bestandteiles auf ein Minimum reduziert. Infolgedessen ist es nun möglich, den negativen Einfluß jedes einzelnen Bestandteils auf die Leistung bei der Kontrolle der Ablagerungen am gesamten Einlaßsystem und an der Verbrennungskammer auf ein Minimum zu reduzieren.Essentially, the present invention addresses the problem associated with the fact that none of the prior art fuel additives, individually or in typically used concentration combinations, can provide complete control of deposits on the gasoline intake system. The present invention demonstrates a new formulation technology which provides maximum deposit control at each of the critical deposit forming areas while simultaneously minimizing the doses of each critical component. As a result, it is now possible to minimize the negative influence of each component on the overall intake system and combustion chamber deposit control performance.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Treibstoffadditiv-Zusammensetzung, welche eine homogene Mischung von Additiven zur Kontrolle von Ablagerungen und Trägerfluid vorsieht, in individuellen Proportionen, die signifikant unter den Gehalten liegen, welche traditionell zur Aufrechterhaltung einer angemessenen Kontrolle der Ablagerungen am Einlaßsystem in deren jeweiligen Wirksamkeitsbereichen anerkannt sind, und einen ölkompatiblen Demulgator.The present invention describes a fuel additive composition which provides a homogeneous mixture of deposit control additives and carrier fluid in individual proportions significantly below the levels traditionally recognized for maintaining adequate intake system deposit control in their respective ranges of effectiveness, and an oil compatible demulsifier.
Daher ist die neue Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine homogene Mischnng, die folgende Komponenten umfaßt:Therefore, the novel fuel additive composition of the present invention is a homogeneous mixture comprising the following components:
(a) ein Dispergiermittel, umfassend ein Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000 bis etwa 3 000;(a) a dispersant comprising a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of about 1,000 to about 3,000;
(b) ein Injektor-Detergens, umfassend ein verzweigtkettiges Hydrocarbylamin mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 300 bis etwa 700, worin der Hydrocarbyl-Teil von Polymeren aus C&sub2;- bis C&sub6;-Olefinen abgeleitet ist;(b) an injector detergent comprising a branched chain hydrocarbylamine having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of from about 300 to about 700, wherein the hydrocarbyl portion is derived from polymers of C2 to C6 olefins;
(c) einen Treibstoff-Demulgator, welcher mit den anderen Komponenten der genannten Treibstoffadditiv- Zusammensetzung homogen ist; und(c) a fuel demulsifier which is homogeneous with the other components of said fuel additive composition; and
(d) ein natürliches oder synthetisches Trägerfluid.(d) a natural or synthetic carrier fluid.
Im allgemeinen wird die homogene Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der Erfindung etwa 10 bis 70 Gewichtsprozent Aminocarbamat-Dispergiermittel, etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent Hydrocarbylamin-Injektor-Detergens, etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Treibstoffdemulgator und etwa 25 bis 80 Gewichtsprozent Tragerfluid enthalten. Die vorliegende Treibstoffadditiv-Zusammensetzung kann zwar unverdünnt verwendet werden, es ist jedoch oft wünschenswert, die Zusammensetzung mit einem inerten Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel bis zu etwa 50 Prozent Verdünnung zu verdünnen.Generally, the homogeneous fuel additive composition of the invention will comprise about 10 to 70 weight percent aminocarbamate dispersant, about 1 to 10 weight percent hydrocarbylamine injector detergent, about 0.5 to 5 weight percent fuel demulsifier, and about 25 to 80 weight percent carrier fluid Although the present fuel additive composition may be used undiluted, it is often desirable to dilute the composition with an inert solvent or diluent to about 50 percent dilution.
Das in der homogenen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der Erfindung verwendete Dispergiermittel ist ein Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 3 000. Man kann somit sagen, daß das verwendete Dispergiermittel eine Poly(oxyalkylen)-Komponente, eine Amin-Komponente und eine Carbamat-Verbindungsgruppe enthält.The dispersant used in the homogeneous fuel additive composition of the invention is a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of about 1,000 to 3,000. Thus, the dispersant used can be said to contain a poly(oxyalkylene) component, an amine component and a carbamate linking group.
Die mit Hydrocarbyl terminierten Poly(oxyalkylen)-Polymere, welche zum Herstellen der Carbamate der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Monohydroxy-Verbindungen, z.B. Alkohole, oft als Monohydroxypolyether oder Polyalkylenglycolmonocarbylether oder "geschützte" Poly(oxyalkylen)glycole bezeichnet, und sollten von den Poly(oxyalkylen)glycolen (Diolen) oder Polyolen, welche nicht mit Hydrocarbyl terminiert sind, d.h. nicht geschützt sind, unterschieden werden. Die Hydrocarbyl terminierten Poly(oxyalkylen)alkohole werden durch Addition von niederen Alkyloxiden, wie z.B. Oxiran, Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, etc. an die Hydroxy-Verbindung, ROH, unter Polymerisationsbedingungen hergestellt, worin R die Hydrocarbylgruppe ist, welche die Poly(oxyalkylen)-Kelle schützt. In der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Poly(oxyalkylen)- Komponente wird die Gruppe R allgemein 1 bis etwa 30 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, enthalten, und sie ist vorzugsweise aliphatisch oder aromatisch, d h. ein Alkyl oder ein Alkylphenyl, worin das Alkyl eine gerade oder verzweigte Kette mit 1 bis etwa 24 Kohlenstoffatomen ist. Mehr bevorzugt ist R Alkylphenyl, worin die Alkylgruppe eine verzweigte Kette mit 12 Kohlenstoffatomen ist, die von Propylentetramer abgeleitet ist und üblicherweise als Tetrapropenyl bezeichnet wird. Die Oxyalkylen-Einheiten in der Poly(oxyalkylen)-Komponente enthalten vorzugsweise 2 bis etwa 5 Kohlenstoffatome, aber auch eine oder mehrere Einheiten mit einer höheren Kohlenstoffzahl können vorhanden sein. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Poly(oxyalkylen)-Komponente ist ausführlicher beschrieben und mit Beispielen versehen im U.S.-Patent Nr. 4,191,537.The hydrocarbyl terminated poly(oxyalkylene) polymers used to prepare the carbamates of the present invention are monohydroxy compounds, e.g., alcohols, often referred to as monohydroxy polyethers or polyalkylene glycol monocarbyl ethers or "protected" poly(oxyalkylene) glycols, and should be distinguished from the poly(oxyalkylene) glycols (diols) or polyols which are not hydrocarbyl terminated, i.e., are not protected. The hydrocarbyl terminated poly(oxyalkylene) alcohols are prepared by adding lower alkyl oxides such as oxirane, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, etc. to the hydroxy compound, ROH, under polymerization conditions, where R is the hydrocarbyl group protecting the poly(oxyalkylene) glycol. In the poly(oxyalkylene) component used in the present invention, the group R will generally contain from 1 to about 30 carbon atoms, preferably from 2 to about 20 carbon atoms, and is preferably aliphatic or aromatic, i.e., an alkyl or an alkylphenyl, where the alkyl is a straight or branched chain of from 1 to about 24 carbon atoms. More preferably, R is alkylphenyl, where the alkyl group is a branched chain of 12 carbon atoms derived from propylene tetramer and commonly referred to as tetrapropenyl. The oxyalkylene units in the poly(oxyalkylene) component preferably contain from 2 to about 5 carbon atoms, but one or more units with a higher carbon number may also be present. The poly(oxyalkylene) component used in the present invention is more fully described and exemplified in U.S. Patent No. 4,191,537.
Obwohl die Hydrocarbylgruppe auf der Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)-Komponente vorzugsweise 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten wird, können auch längere Hydrocarbylgruppen, besonders längere Kettenalkylphenylgruppen, verwendet werden.Although the hydrocarbyl group on the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) moiety will preferably contain from 1 to 30 carbon atoms, longer hydrocarbyl groups, particularly longer chain alkylphenyl groups, may also be used.
Zum Beispiel werden auch Alkylphenyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamate, in denen die Alkylgruppe mindestens 40 Kohlenstoffatome enthält, wie im U.S.-Patent Nr. 4,881,945 für Buckler beschrieben, für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen. Die Alklphenylgruppe auf den Aminocarbamaten des U.S.-Patents Nr. 4,881,945 wird bevorzugt eine Alkylgruppe mit 50 bis 200 Kohlenstoffatomen, und mehr bevorzugt eine Alkylgruppe mit 60 bis 100 Kohlenstoffatomen, enthalten.For example, alkylphenyl poly(oxyalkylene) aminocarbamates in which the alkyl group contains at least 40 carbon atoms, as described in U.S. Patent No. 4,881,945 to Buckler, are also contemplated for use in the present invention. The alkylphenyl group on the aminocarbamates of U.S. Patent No. 4,881,945 will preferably contain an alkyl group having from 50 to 200 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having from 60 to 100 carbon atoms.
Der Amin-Teil des mit Hydrocarbylterminierten Poly(oxyalkylen)aminocarbamats wird vorzugsweise von einem Polyamin mit 2 bis etwa 12 Aminstickstoffatomen und mit 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen abgeleitet. Das Polyamin wird vorzugsweise mit einem Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)chlorformiat umgesetzt, um ein Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat-Treibstoffadditiv herzustellen, welches im Bereich der vorliegenden Erfindung zur Verwendung kommt. Das Chlorformiat selbst wird von Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)alkohol durch Umsetzang mit Phosgen abgeleitet. Das Polyamin, das Diamine einschließt, liefert das Produkt Poly(oxyalkylen)aminocarbamat mit durchschnittlich mindestens etwa einem basischen Stickstoffatom pro Carbamat-Molekül, d.h. einem Stickstoffatom, das mit starker Säure titrierbar ist. Das Polyamin hat vorzugsweise ein Kohlenstoff/Stickstoffverhaltnis von etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1. Das Polyamin kann mit Substituenten substititiert sein, die ausgewählt sind aus Wasserstoff, Hydrocarbylgruppen mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, Acylgruppen mit 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, und Monoketon-, Monhydroxy-, Mononitro-, Monocyan-, Alkyl- und Alkoxyderivaten von Hydrocarbylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Es ist bevorzugt, daß zumindest eines der basischen Stickstoffatome des Polyamins ein primärer oder sekundärer Aminostickstoff ist. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyamin-Komponente wurde detaillierter beschrieben und mit Beispielen ausgeführt im U.S.-Patent Nr. 4,191,537.The amine portion of the hydrocarbyl-terminated poly(oxyalkylene) aminocarbamate is preferably derived from a polyamine having from 2 to about 12 amine nitrogen atoms and from 2 to about 40 carbon atoms. The polyamine is preferably reacted with a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) chloroformate to produce a hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate fuel additive useful in the present invention. The chloroformate itself is derived from hydrocarbyl poly(oxyalkylene) alcohol by reaction with phosgene. The polyamine, which includes diamines, provides the product poly(oxyalkylene) aminocarbamate having an average of at least about one basic nitrogen atom per carbamate molecule, i.e., a nitrogen atom that is titratable with strong acid. The polyamine preferably has a carbon/nitrogen ratio of about 1:1 to about 10:1. The polyamine may be substituted with substituents selected from hydrogen, hydrocarbyl groups having from 1 to about 10 carbon atoms, acyl groups having from 2 to about 10 carbon atoms, and monoketone, monohydroxy, mononitro, monocyano, alkyl and alkoxy derivatives of hydrocarbyl groups having from 1 to 10 carbon atoms. It is preferred that at least one of the basic nitrogen atoms of the polyamine is a primary or secondary amino nitrogen. The polyamine component used in the present invention has been described in more detail and exemplified in U.S. Patent No. 4,191,537.
Hydrocarbyl, wie es bei der Beschreibung der in dieser Erfindung verwendeten Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)- und Amin-Komponenten verwendet wird, bezeichnet einen organischen Rest, bestehend aus Kohlenstoff und Wasserstoff welcher aliphatisch, alicyklisch, aromatisch oder Kombinationen davon. z.B. Aralkyl, sein kann. Vorzugsweise wird die Hydrocarbylgruppe relativ frei von aliphatischer Ungesättigtheit, d.h., ethylenischer und acetylenischer, besonders acetylenischer Ungesättigtkeit, sein. Das mehr bevorzugte Polyamin, das im Bereich der vorliegenden Erfindung zur Verwendung kommt, ist ein Polyalkylenpolyamin, z.B. ein Alkylendiamin, und z.B. substituierte Polyamine. z.B. alkyl und hydroxyalkyl-substituierte Polyalkylenpolyamine. Vorzugsweise enthält die Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome, wobei sich vorzugsweise 2 bis 3 Kohlenstoffatome zwischen den Stickstoffatomen befinden. Beispiele solcher Polyamine sind z.B. Ethylendiamin, Diethylentriamin. Triethylentetramin, Di(Trimethylen)triamin, Dipropylentriamin, Tetraethylenpentamin, usw. Unter den Polyalkylenpolyaminen sind Polyethylenpolyamin und Polypropylenpolyamin mit 2-12 Aminstickstoffatomen und 2-24 Kohlenstoffatomen besonders bevorzugt, und im speziellen sind die niedrigeren Polyalkylenpolyamine, z.B Ethylendiamin, Diethylentriamin, Propylendiamin, Dipropylentriamin, usw., am meisten bevorzugt.Hydrocarbyl, as used in describing the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) and amine components used in this invention, refers to an organic radical consisting of carbon and hydrogen which may be aliphatic, alicyclic, aromatic, or combinations thereof, e.g., aralkyl. Preferably, the hydrocarbyl group will be relatively free of aliphatic unsaturation, i.e., ethylenic and acetylenic, especially acetylenic, unsaturation. The more preferred polyamine used in the scope of the present invention is a polyalkylene polyamine, e.g., an alkylenediamine, and e.g., substituted polyamines, e.g., alkyl and hydroxyalkyl substituted polyalkylene polyamines. Preferably, the alkylene group contains 2 to 6 carbon atoms, with preferably 2 to 3 carbon atoms between the nitrogen atoms. Examples of such polyamines are, for example, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, di(trimethylene)triamine, dipropylenetriamine, tetraethylenepentamine, etc. Among the polyalkylenepolyamines, polyethylenepolyamine and polypropylenepolyamine having 2-12 amine nitrogen atoms and 2-24 carbon atoms are particularly preferred, and in particular, the lower polyalkylenepolyamines, e.g. ethylenediamine, diethylenetriamine, propylenediamine, dipropylenetriamine, etc., are most preferred.
Das Poly(oxyalkylen)aminocarbamat-Treibstoffadditiv, welches in Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird durch Verbinden der Amin-Komponente und der Poly(oxyalkylen)-Komponente über eine Carbamatbindung. d.h.,The poly(oxyalkylene) aminocarbamate fuel additive used in compositions of the present invention is prepared by linking the amine component and the poly(oxyalkylene) component via a carbamate bond. i.e.,
-O-C(O)- -.-O-C(O)- -.
erhalten, worin der Sauerstoff als der terminale Hydroxylsauerstoff der Poly(oxyalkylen)alkohol-Komponente betrachtet werden kann, und die Carbonylgruppe -C(O)- vorzugsweise von einem Kupplungsmittel, z.B. Phosgen, geliefert wird. Bei der bevorzugten Herstellungsweise wird der Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)alkohol mit Phosgen umgesetzt, um ein Chlorformiat zu ergeben, und das Chlorformiat wird mit dem Polyamin umgesetzt. Die Carbamatbindungen sind als die Poly(oxyalkylen)-ketten gebildet und sind an den Stickstoff des Polyamins über die Oxycarbonylgruppe des Chlorformiats gebunden. Da mehr als ein Stickstoffatom des Polyamins vorhanden sein kann, das in der Lage ist, mit dem Chloroformiat zu reagieren, enthält das Aminocarbamat mindestens eine Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)-Polymerkette, die über eine Oxycarbonylgruppe an ein Stickstoffatom des Polyamins gebunden ist, aber das Carbamat kann 1 bis 2 oder mehr solcher Ketten enthalten. Es ist bevorzugt daß das Hydrocarbyl-poly(oxyalkylen)aminocarbamat-Produkt durchschnittlich etwa 1 Poly(oxyalkylen)-Kette pro Molekül enthält (d.h., ein Monocarbamat ist), obwohl die Auffassung besteht, daß dieser Reaktionsweg zu Mischungen führen kann, welche merkliche Mengen an Di- oder höheren Poly(oxyalkylen)-Ketten-Substitution auf einem Polyamin mit einigen reaktiven Stickstoffatomen enthalten. Ein besonders bevorzugtes Aminocarbamat ist Alkylphenyl-poly(oxybutylen)aminocarbamat, in dem der Amin-Teil von Ethylendiamin oder Diethylentriamin abgeleitet ist. Syntheseverfahren zur Vermeidung höherer Grade an Substitution, Herstellungsverfahren, und andere Merkmale der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Aminocarbamate sind im U.S.-Patent Nr. 4,191,537 detaillierter beschrieben und durch Beispiele ausgeführt.wherein the oxygen can be considered as the terminal hydroxyl oxygen of the poly(oxyalkylene) alcohol component and the carbonyl group -C(O)- is preferably supplied by a coupling agent, e.g. phosgene. In the preferred manner of preparation, the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) alcohol is reacted with phosgene to give a chloroformate and the chloroformate is reacted with the polyamine. The carbamate bonds are formed as the poly(oxyalkylene) chains and are attached to the nitrogen of the polyamine via the oxycarbonyl group of the chloroformate. Since more than one nitrogen atom of the polyamine may be present capable of reacting with the chloroformate, the aminocarbamate contains at least one hydrocarbyl poly(oxyalkylene) polymer chain attached to a nitrogen atom of the polyamine through an oxycarbonyl group, but the carbamate may contain from 1 to 2 or more such chains. It is preferred that the hydrocarbyl poly(oxyalkylene) aminocarbamate product contain an average of about 1 poly(oxyalkylene) chain per molecule (i.e., be a monocarbamate), although it is believed that this reaction route may result in mixtures containing appreciable amounts of di- or higher poly(oxyalkylene) chain substitution on a polyamine having some reactive nitrogen atoms. A particularly preferred aminocarbamate is alkylphenyl poly(oxybutylene) aminocarbamate in which the amine portion is derived from ethylenediamine or diethylenetriamine. Synthetic methods for avoiding higher degrees of substitution, methods of preparation, and other features of the aminocarbamates used in the present invention are described in more detail and exemplified in U.S. Patent No. 4,191,537.
Das in der homogenen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Injektor-Detergens ist ein verzweigtkettiges Hydrocarbylamin mit mindestens einem basischen Stickstoffatom und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 300 bis etwa 700, und worin der Hydrocarbyl-Teil von Polymeren aus C&sub2;- bis C&sub6;-Olefinen abgeleitet ist.The injector detergent used in the homogeneous fuel additive composition of the present invention is a branched chain hydrocarbyl amine having at least one basic nitrogen atom and an average molecular weight of from about 300 to about 700 and wherein the hydrocarbyl portion is derived from polymers of C2 to C6 olefins.
Bei dem Amin-Injektor-Detergens wird die verzweigtkettige Hydrocarbylgruppe gewöhnlich durch Polymerisieren von Olefinen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen (wobei Ethylen mit einem anderen Olefin copolymerisiert wird, um ein verzweige Kette zu erhalten) hergestellt wird. Die verzweigtkettige Hydrocarbylgruppe wird im allgemeinen mindestens 1 Zweig pro 6 Kohlenstoffatome entlang der Kette aufweisen, bevorzugt mindestens 1 Zweig pro 4 Kohlenstoffatome entlang der Kette, und mehr bevorzugt mindestens 1 Zweig pro 2 Kohlenstoffatome entlang der Kette. Die bevorzugten verzweigtkettigen Hydrocarbylgruppen sind Polypropylen und Polyisobutylen. Die Verzweigungen werden für gewöhnlich aus 1 bis 2 Kohlenstoffatomen bestehen, vorzugsweise aus 1 Kohlenstoffatom, das heißt, Methyl. Im allgemeinen wird die verzweigtkettige Hydrocarbylgruppe etwa 20 bis 40 Kohlenstoffatome enthalten.In the amine injector detergent, the branched chain hydrocarbyl group is usually prepared by polymerizing olefins having 2 to 6 carbon atoms (ethylene being copolymerized with another olefin to obtain a branched chain). The branched chain hydrocarbyl group will generally have at least 1 branch per 6 carbon atoms along the chain, preferably at least 1 branch per 4 carbon atoms along the chain, and more preferably at least 1 branch per 2 carbon atoms along the chain. The preferred branched chain hydrocarbyl groups are polypropylene and polyisobutylene. The branches will usually consist of 1 to 2 carbon atoms, preferably 1 carbon atom, i.e., methyl. Generally, the branched chain hydrocarbyl group will contain about 20 to 40 carbon atoms.
In den meisten Fällen sind die verzweigtkettigen Hydrocarbylamine nicht ein reines Einzelprodnkt, sondern eher eine Mischung von Verbindungen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht. Für gewöhnlich wird der Bereich von Molekulargewichten relativ eng sein und den höchsten Punkt nahe dem angegebenen Molekulargewicht erreichen.In most cases, the branched chain hydrocarbyl amines are not a pure single product, but rather a mixture of compounds with an average molecular weight. Usually, the range of molecular weights will be relatively narrow, reaching the highest point near the stated molecular weight.
Die Amin-Komponente der verzweigtkettigen Hydrocarbylamine kann entweder ein Monoamin oder ein Polyimin sein. Die Monoamin- oder Polyamin-Komponente verkörpert eine breite Klasse von Aminen mit 1 bis 10 Aminstickstoffatomen und mit 2 bis 40 Kohlenstoffatomen, mit einem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis zwisehen etwa 1 : 1 und 10 : 1. In den meisten Fallen ist die Amin-Komponente nicht ein reines Einzelprodukt, sondern eher eine Mischung von Verbindungen, die eine größere Menge des ausersehenen Amins aufweisen. Für die komplizierteren Polyamine werden die Zusammensetzungen eine Mischung von Aminen sein, die als das Hauptprodukt die bezeichnete Verbindung und geringere Mengen an analogen Verbindungen aufweist.The amine component of the branched chain hydrocarbyl amines can be either a monoamine or a polyimine. The monoamine or polyamine component represents a broad class of amines having from 1 to 10 amine nitrogen atoms and having from 2 to 40 carbon atoms, with a carbon/nitrogen ratio of between about 1:1 and 10:1. In most cases, the amine component is not a pure single product, but rather a mixture of compounds having a major amount of the designated amine. For the more complex polyamines, the compositions will be a mixture of amines having as the major product the designated compound and minor amounts of analogous compounds.
Wenn die Amin-Komponente ein Polyamin ist, wird sie vorzugsweise ein Polyalkylenpolyamin sein, z.B. Alkylendiamin. Bevorzugt wird die Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten, und mehr bevorzugt 2 bis 3 Kohlenstoffatome. Beispiele solcher Polyamine sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und Tetraethylenpentamin.When the amine component is a polyamine, it will preferably be a polyalkylenepolyamine, e.g. alkylenediamine. Preferably, the alkylene group will contain 2 to 6 carbon atoms, and more preferably 2 to 3 carbon atoms. Examples of such polyamines are ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine and tetraethylenepentamine.
Ein besonders bevorzugtes verzweigtkettiges Hydrocarbylamin ist Polyisobutenylethylendiamin.A particularly preferred branched chain hydrocarbylamine is polyisobutenylethylenediamine.
Die in der Treibstoffadditiv-Zusammensetzung der Erfindung verwendeten verzweigtkelligen Hydrocarbylamin-Injektor-Detergentien werden durch herkömmliche Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, hergestellt. Solche verzweigtkettigen Hydrocarbylamine und deren Herstellungen sind in den U.S.-Patenten Nr. 3,438,757, 3,565,804; 3,574,576; 3,848,056 und 3,960,515 ausführlich beschrieben.The branched chain hydrocarbylamine injector detergents used in the fuel additive composition of the invention are prepared by conventional methods known in the art. Such branched chain hydrocarbylamines and their preparations are described in detail in U.S. Patent Nos. 3,438,757; 3,565,804; 3,574,576; 3,848,056 and 3,960,515.
Der in der erfindungsgemäßen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung verwendete Demulgator ist ein chemisches Mittel, welches, wenn es in relativ geringen Konzentrationen in Benzinzusammensetzungen verwendet wird, ein schnelles Koaleszieren von emulgiertem Wasser bis zu dem Punkt fördert, wo es vom Hauptkohlenwasserstoff mittels statischer Schwerkraft, unterstützt durch Abtrennung in einem ruhigen Lagertank, wirksam abgetrennt werden kann. Das Demulgatormittel ist häufig ein Gemisch verschiedener chemischer Mittel, welche in richtiger Kombination die erwünschten demulgierenden Eigenschaften verleihen. Diese Mittel werden typischerweise von Alkylphenol-Harzen, auf Polyoxyalkylen basierenden Fluida, Alkylarylsulfonaten, Derivaten von Fettsäuren und dergleichen gewählt, sind aber nicht auf diese beschränkt. Ein zur Verwendung in dieser erfindungsgemäßen Zusammensetzung bevorzugter Demulgator ist als Tolad T-326 bekannt, ein kommerziell von Petrolite Corporation, Tretolite Division. St. Louis, Missouri, erhältlicher Demulgator, welcher ein Gemisch aus oxyalkylierten Alkylphenol-Formaldehyd-Harzen, Polyoxyalkylenglycolen und Natriumarylsulfonat in schwerem aromatischen Naphtha enthält.The demulsifier used in the fuel additive composition of the present invention is a chemical agent which, when used in relatively low concentrations in gasoline compositions, promotes rapid coalescence of emulsified water to the point where it can be effectively separated from the main hydrocarbon by static gravity assisted by separation in a quiescent storage tank. The demulsifier agent is often a mixture of various chemical agents which in proper combination impart the desired demulsifying properties. These agents are typically selected from, but are not limited to, alkylphenol resins, polyoxyalkylene-based fluids, alkylaryl sulfonates, derivatives of fatty acids, and the like. A preferred demulsifier for use in this composition of the present invention is known as Tolad T-326, a commercially available product from Petrolite Corporation, Tretolite Division. St. Louis, Missouri, which contains a mixture of oxyalkylated alkylphenol-formaldehyde resins, polyoxyalkylene glycols and sodium aryl sulfonate in heavy aromatic naphtha.
Beim Wählen eines geeigneten Mittels zum Demulgieren von Treibstoff/Wasser ist es wichtig, daß der Treibstoff, gemischt mit einer wirksamen, die Ablagerungen kontrollierenden Menge eines Treibstoffadditivs, Wasser abstoßen kann oder im wesentlichen innerhalb von 15 bis 30 Minuten Kontakt mit einer wässerigen Phase im wesentlichen emulsionsfrei wird. Die erfindungsgemäße Treibstoffadditiv-Zusammensetzung, die allgemein als ein Dispergiermittel angesehen wird, weist auch die Tendenz auf, eine Emulsionsbildung zu fördern, wenn Benzinzusammensetzungen, die die Additiv-Zusammensetzung enthalten, mit Wasser in Kontakt gebracht werden. Bei relativ geringen Treibstoffkonzentrationen unterstützen Demulgatoren bei der Demulgierung solcher Emulsionen und helfen dadurch, ansonsten trübe, nasse Treibstoffe zu klaren. Es ist wichtig anzumerken, daß Demulgatoren, wenn sie in Konzentrationen von höher als etwa 25 ppm angewendet werden, auch eine Emulgierung fördern können. Ihre Dosierung müssen daher sorgfältig reguliert und den physikalischen/chemischen Kennwerten von Treibstoffzusammensetzungen, die Treibstoffadditiv-Komponenten enthälten, angepaßt werden. Viele Demulgatoren erfüllen dieses Kriterium, werden jedoch nichtsdestoweniger das Kriterium der Kompatibilität mit anderen Komponenten der Treibstoffadditiv-Zusammensetzung nicht erfüllen.In selecting a suitable fuel/water demulsifying agent, it is important that the fuel, when mixed with an effective deposit-controlling amount of a fuel additive, be able to repel water or become substantially emulsion-free within 15 to 30 minutes of contact with an aqueous phase. The fuel additive composition of the present invention, generally considered a dispersant, also has a tendency to promote emulsion formation when gasoline compositions containing the additive composition are contacted with water. At relatively low fuel concentrations, demulsifiers assist in demulsifying such emulsions and thereby help to clarify otherwise cloudy, wet fuels. It is important to note that demulsifiers, when used at concentrations greater than about 25 ppm, can also promote emulsification. Their dosage must therefore be carefully regulated and adapted to the physical/chemical characteristics of fuel compositions containing fuel additive components. Many demulsifiers meet this criterion, but will nevertheless not meet the criterion of compatibility with other components of the fuel additive composition.
Das in dieser Erfindung verwendete Trägerfluid ist ein chemisch inertes, in Kohlenwasserstoffen losliches, flüssiges Vehikel, welches den nicht flüchtigen Rückstand (NVR) oder eine lösungsmittelfreie, flussige Fraktion der Treibstoffadditiv-Zusammensetzung im wesentlichen erhöht, während es zur Steigerung des Octanerfordernisses nicht überwältigend beitragt. Das Trägerfluid kann ein natürliches oder synthetisches Öl sein, wie ein Mineralöl, raffinierte Erdöle, synthetische Polyalkane und -alkene, von synthetischen Polyoxyalkylenen abgeleitete Öle und dergleichen, wie sie zum Beispiel im U.S.-Patent Nr. 4,191,537 für Lewis beschrieben sind. Es wird angenommen, daß diese Tragerfluida als ein Träger für das Dispergiermittel und das Detergens wirken und beim Entfernen und Zurückhalten von Ablagerungen helfen.The carrier fluid used in this invention is a chemically inert, hydrocarbon-soluble liquid vehicle which substantially increases the non-volatile residue (NVR) or solvent-free liquid fraction of the fuel additive composition while not overwhelmingly contributing to the increase in octane requirement. The carrier fluid may be a natural or synthetic oil, such as a Mineral oil, refined petroleum oils, synthetic polyalkanes and alkenes, synthetic polyoxyalkylene derived oils, and the like, such as those described in U.S. Patent No. 4,191,537 to Lewis. These carrier fluids are believed to act as a vehicle for the dispersant and detergent and to assist in removing and retaining deposits.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Trägerfluid muß auch in der Lage sein, mit den anderen Komponenten der vorliegenden Treibstoffadditiv-Zusammensetzung ein homogenes Gemisch zu bilden. Beispiele von geeigneten Trägerfluida sind z.B. das Chevron Neutral Oil 500R und das Chevron Neutral Oil 600P, erhältlich von Chevron U.S.A. Inc., San Francisco, Kalifornien.The carrier fluid used in the present invention must also be capable of forming a homogeneous mixture with the other components of the present fuel additive composition. Examples of suitable carrier fluids include Chevron Neutral Oil 500R and Chevron Neutral Oil 600P, available from Chevron U.S.A. Inc., San Francisco, California.
Die erfindungsgemaße Treibstoffadditiv-Zusammensetzung wird in der Regel als ein Kohlenwasserstoffdestillat-Treibstoff, der im Benzin- oder Dieselbereich siedet, angewendet. Die richtige Konzentration an dieser Additiv-Zusammensetzung ist wichtig, um die erwünschten Detergens- und Dispergierwirkung in Abhängigkeit vom Typus des angewendeten Treibstoffs, der Anwesenheit anderer Additive und dergleichen zu erzielen. In der Regel werden jedoch etwa 400 bis 1 200 Teile pro Million (ppm) der vorliegenden Treibstoffadditiv-Zusammensetzung im Basistreibstoff benötigt um die besten Ergebnisse zu erzielen. Hinsichtlich einzelner Komponenten werden Treibstoff-Zusammensetzungen, die die erfindungsgemäße homogene Treibstoffadditiv-Zusammensetzung enthalten, in der Regel etwa 100 bis 225 ppm Aminocarbamat-Dispergiermittels, etwa 10 bis 70 ppm Hydrocarbylamin-Injektor-Detergens, etwa 5 bis 25 ppm Demulgator und etwa 250 bis 800 ppm Trägerfluid enthalten.The fuel additive composition of the present invention is typically employed as a hydrocarbon distillate fuel boiling in the gasoline or diesel range. The proper concentration of this additive composition is important to achieve the desired detergent and dispersant effects depending on the type of fuel employed, the presence of other additives, and the like. Typically, however, about 400 to 1,200 parts per million (ppm) of the present fuel additive composition are required in the base fuel to achieve the best results. With respect to individual components, fuel compositions containing the homogeneous fuel additive composition of the present invention will typically contain about 100 to 225 ppm aminocarbamate dispersant, about 10 to 70 ppm hydrocarbylamine injector detergent, about 5 to 25 ppm demulsifier, and about 250 to 800 ppm carrier fluid.
Die erfindungsgemäße Treibstoffadditiv-Zusammensetzung zur Ablagerungskontrolle kann auch als ein Konzentrat formuliert werden, wobei ein inertes, stabiles, oleophiles organisches Lösungsmittel verwendet wird, das im Bereich von etwa 15ºC bis 400ºF (65,5 bis 204,4ºC) siedet. Vorzugsweise wird ein aliphatisches oder ein aromatisches Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel verwendet. wie Benzol, Toluol, Xylole, oder höher siedende Aromaten oder aromatische Verdünner. Auch aliphatische Alkohole mit etwa 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Isopropanol, Isobutylcarbinol, n-Butanol und dergleichen sind in Kombination mit Kohlenwasserstofflösungsmittel zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Additiv-Zusammensetzung geeignet. Im Treibstoffkonzentrat wird die Menge der vorliegenden Additiv-Zusammensetzung normalerweise mindestens 5 Gewichtsprozent sein und in der Regel 50 Gewichtsprozent nicht überschreiten und vorzugsweise zwischen 10 nnd 30 Gewichtsprozent liegen.The deposit control fuel additive composition of the present invention can also be formulated as a concentrate using an inert, stable, oleophilic organic solvent boiling in the range of about 15°C to 400°F (65.5°C to 204.4°C). Preferably, an aliphatic or aromatic hydrocarbon solvent is used, such as benzene, toluene, xylenes, or higher boiling aromatics or aromatic diluents. Also, aliphatic alcohols having about 3 to 8 carbon atoms, such as isopropanol, isobutylcarbinol, n-butanol, and the like, are suitable in combination with hydrocarbon solvents for use with the additive composition of the present invention. In the fuel concentrate, the amount of the additive composition present will normally be at least 5% by weight and will usually not exceed 50% by weight and will preferably be between 10 and 30% by weight.
In Benzintreibstoffe können auch andere Treibstoffadditive eingebracht werden, wie Antiklopfmittel, z.B. Methylcyclopentadienylmangantricarbonyl, Tetramethyl- oder Tetraethylblei, tert.Butylmethylperoxid und verschiedene Oxygenate, wie Methanol, Ethanol und t.Butylmethylether. Auch Bleifänger, wie Arylhalogenide, z.B. Dichlorbenzol oder Alkylhalogenide, z.B Ethylendibromid, können eingebracht werden. Zusätzlich können Antioxidantien und Metalldeaktivatoren vorhanden sein.Other fuel additives can also be added to gasoline fuels, such as anti-knock agents, e.g. methylcyclopentadienylmanganese tricarbonyl, tetramethyl or tetraethyl lead, tert.butylmethyl peroxide and various oxygenates, such as methanol, ethanol and t.butylmethyl ether. Lead scavengers, such as aryl halides, e.g. dichlorobenzene or alkyl halides, e.g. ethylene dibromide, can also be added. In addition, antioxidants and metal deactivators can be present.
In Diesel-Treibstoffen konnen andere gut bekannte Additive, wie Mittel zur Herabsetzung des Stockpunktes, Fließverbesserer, Cetanverbesserer, etc. verwendet werden.Other well-known additives such as pour point depressants, flow improvers, cetane improvers, etc. can be used in diesel fuels.
Die folgenden Beispiele werden geboten, um diese Erfindung spezifisch darzustellen. Diese Beispiele und Erläuterungen sollten jedoch nicht als den Umfang dieser Erfindung auf irgendeine Weise beschrankend angesehen werden.The following examples are offered to specifically illustrate this invention. However, these examples and explanations should not be construed as limiting the scope of this invention in any way.
Ein bei dieser Erfindung brauchbares Dispergiermittel wurde auf eine Weise hergestellt, die der in Lewis, U.S.-Patent Nr. 4,160,648, Beispiele 6-8, beschriebenen Weise ähnlich ist, außer daß Diethyltriamin anstelle von Ethylendiamin verwendet wurde. In diesem Beispiel wurde ein Tetrapropenylphenol schrittweise mit Butylenoxid, Phosgen und Diethylentriamin umgesetzt, um ein Tetrapropenyl-poly(oxybutylen)aminocarbamat mit hohem Molekulargewicht, das im folgenden als Polyetheramin (PEA) bezeichnet wird, zu erhalten.A dispersant useful in this invention was prepared in a manner similar to that described in Lewis, U.S. Patent No. 4,160,648, Examples 6-8, except that diethyltriamine was used in place of ethylenediamine. In this example, a tetrapropenylphenol was reacted stepwise with butylene oxide, phosgene and diethylenetriamine to obtain a high molecular weight tetrapropenyl poly(oxybutylene) aminocarbamate, hereinafter referred to as polyetheramine (PEA).
Ein Injektor-Detergens (ID) wurde auf eine Weise hergestellt, die jener ähnlich ist, die von Honnen, U.S.- Patent Nr. 3,438, 757, Beispiel 2, beschrieben wurde. In diesem Beispiel wurde ein C&sub3;&sub0;-Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von etwa 420 schrittweise mit Chlor und Ethylendiamin umgesetzt, um ein Polyisobuten- Ethylendiamin-Addukt herzustellen.An injector detergent (ID) was prepared in a manner similar to that described by Honnen, U.S. Patent No. 3,438,757, Example 2. In this example, a C30 polyisobutene having a molecular weight of about 420 was reacted stepwise with chlorine and ethylenediamine to produce a polyisobutene-ethylenediamine adduct.
Chevron Neutral Oil 500R und Chevron Neutral Oil 600P wurden als Trägerfluida (CF) in den nachfolgenden Beispielen verwendet. Chevron Neutral Oil 500R ist ein hochraffiniertes Basisöl mit einem Stockpunkt von -12ºC (max.) und einer Viskosität von 98,6 cSt bei 40ºC. Chevron Neutral Oil 600P ist ein hochraffiniertes Basisöl mit einem Stockpunkt von 10ºF (-12,2ºC) und einer Viskosität von 129,5 cSt (mm²/s) bei 37,8ºC.Chevron Neutral Oil 500R and Chevron Neutral Oil 600P were used as carrier fluids (CF) in the following examples. Chevron Neutral Oil 500R is a highly refined base oil with a pour point of -12ºC (max.) and a viscosity of 98.6 cSt at 40ºC. Chevron Neutral Oil 600P is a highly refined base oil with a pour point of 10ºF (-12.2ºC) and a viscosity of 129.5 cSt (mm2/s) at 37.8ºC.
Der in diesen Beispielen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung verwendete Demulgator (D) war ein kommerziell erhältlicher Demulgator (von Petrolite Corporation, Tretolite Division, St. Louis, MO), vom Hersteller als Tolad T-326 identifiziert. Dieser Demulgator umfaßt ein Gemisch aus oxyalkylierten Alkylphenol- Formaldehyd-Harzen, Polyoxyalkylenglycolen und Natriumarylsulfonat (1 bis 5 Gewichtsprozent) in schwerem aromatischen Naphtha (30 bis 60 Gewichtsprozent). Es wird berichtet, daß Tolad T-326 einen Flammpunkt, SFCC, von 114ºF (45,5ºC), einen Stockpunkt. ASTM D-97, von 5ºF (-15ºC) und eine Viskosität von 263 SUS bei 60ºF (57,3 mm²/s 15.5ºC) besitzt.The demulsifier (D) used in these examples to illustrate the present invention was a commercially available demulsifier (from Petrolite Corporation, Tretolite Division, St. Louis, MO) identified by the manufacturer as Tolad T-326. This demulsifier comprises a mixture of oxyalkylated alkylphenol-formaldehyde resins, polyoxyalkylene glycols and sodium aryl sulfonate (1 to 5 weight percent) in heavy aromatic naphtha (30 to 60 weight percent). Tolad T-326 is reported to have a flash point, SFCC, of 114°F (45.5°C), a pour point, ASTM D-97, of 5°F (-15°C) and a viscosity of 263 SUS at 60°F (57.3 mm2/s 15.5°C).
Das von der ASTM-Methode D-1094 beschriebene Verfahren wurde angewendet, um die Demulgierbarkeit zu testen. Hier werden die Treibstoffphäse und die Grenzfläche auf Klarheit und Persistenz einer Grenzemulsionsschicht bewertet. Die Treibstoffadditiv-Zusammensetzungen wurden getestet und numerisch auf einer Skala von eins bis vier bewertet. Die Zahl "Eins" war die höchste Bewertung für Klarheit und "Eins" war die höchste Bewertung für die Persistenz einer Grenzemulsionsschicht.The procedure described by ASTM Method D-1094 was used to test demulsibility. Here, the fuel phase and interface are evaluated for clarity and persistence of a boundary emulsion layer. The fuel additive compositions were tested and rated numerically on a scale of one to four. The number "one" was the highest rating for clarity and "one" was the highest rating for persistence of a boundary emulsion layer.
Die erfindungsgemaße Treibstoffadditv-Zusammensetzung, beispielhaft mit Probe 6A unten dargestellt, erfüllte die Anforderung einer Bewertung von eins bei beiden dieser Tests.The fuel additive composition of the invention, exemplified by Sample 6A below, met the requirement of a rating of one in both of these tests.
Es wurden zwei Treibstoffadditiv-Zusammensetzungen hergestellt. 150 Teile des Polyetheramins von Beisp.1, 25 Teile des Injektor-Detergens von Beisp.2, 12 Teile Demulgator, 212 Teile Chevron-Solvent 25 (welches ein Gemisch aus C-9 Mischaromaten, erhältlich von Chevron, U.S.A. Inc., San Francisco, Kalifornien, ist), und 450 Teile Chevron Neutral Oil 500R (Bsp. 3) wurden bei Raumtemperatur unter Rühren in einem 200 ml Kolben gemischt.Two fuel additive compositions were prepared. 150 parts of the polyetheramine of Ex.1, 25 parts of the injector detergent of Ex.2, 12 parts demulsifier, 212 parts Chevron Solvent 25 (which is a blend of C-9 mixed aromatics available from Chevron, U.S.A. Inc., San Francisco, California), and 450 parts Chevron Neutral Oil 500R (Ex. 3) were mixed at room temperature with stirring in a 200 ml flask.
Probe 6A enthielt Tolad T-326 (wie in Beisp.4 beschrieben) als Demulgator. Probe 6B enthielt L-1562 als Demulgator. L-1562 ist ein kommerziell erhältlicher Demulgator der von der Petrolite Corporation, St. Louis, MO, gekauft wurde. Eine dritte Additiv-Zusammensetzung, Probe 6C, enthielt Oleylamin als Injektor-Detergens und wird für Vergleichszwccke gezeigt. Oleylamin ist ein primäres Amin mit gerader C&sub1;&sub8;-Kette und niedrigem Molekulargewicht.Sample 6A contained Tolad T-326 (as described in Ex. 4) as a demulsifier. Sample 6B contained L-1562 as a demulsifier. L-1562 is a commercially available demulsifier purchased from Petrolite Corporation, St. Louis, MO. A third additive composition, Sample 6C, contained oleylamine as an injector detergent and is shown for comparison purposes. Oleylamine is a low molecular weight, straight C18 chain primary amine.
Der angewendete Kompatibilitatstest war eine Modifizierung der von der ASTM-Methode D-2273 beschriebenen Arbeitsweise, außer daß, da eine beträchtliche Menge Verdünnungslösungsmittel (Chevron Solvent 25, ein Gemisch aus C-9 Mischaromaten) in diesen Zusammensetzungen bereits vorhanden war, dieser Test ohne weitere Verdünnung durchgeführt wurde. Der Test wurde in zwei Teilen durchgeführt. In Teil A wurden die Proben, die mit der Arbeitsweise von Beispiel 6 hergestellt wurden, bei Umgebungs- oder Raumtemperatur (etwa 20- 25ºC) 24 Stunden lang gehalten. Jede Probe wurde dann visuell auf eine Sekundärphase untersucht. Falls eine Sekundärphase beobachtet wurde, wurde die Probe zentrifugiert, und die Volumsprozent der Sekundärphase wurden bestimmt. Falls keine Sekundärphase beobachtet wurde, wurde Teil B dieses Tests durchgeführt.The compatibility test used was a modification of the procedure described by ASTM Method D-2273, except that since a significant amount of diluent solvent (Chevron Solvent 25, a mixture of C-9 mixed aromatics) was already present in these compositions, this test was conducted without further dilution. The test was conducted in two parts. In Part A, the samples prepared using the procedure of Example 6 were held at ambient or room temperature (about 20-25°C) for 24 hours. Each sample was then visually inspected for a secondary phase. If a secondary phase was observed, the sample was centrifuged and the volume percent of the secondary phase was determined. If no secondary phase was observed, Part B of this test was conducted.
Im Teil B wurden die Proben auf 0ºF (-17,7ºC) abgekühlt und bei dieser Temperatur 24 Stunden lang gehalten. Dann wurde jede Probe visuell auf eine Sekundärphase untersucht. Falls eine Sekundärphase beobachtet wurde, wurde die Probe zentrifugiert und wurden die Volumsprozent der Sekundärphase bestimmt.In Part B, samples were cooled to 0ºF (-17.7ºC) and held at that temperature for 24 hours. Each sample was then visually inspected for a secondary phase. If a secondary phase was observed, the sample was centrifuged and the volume percent of the secondary phase was determined.
Die Ergebnisse werden in Volumsprozent Sekundärphasensediment nach Zentrifugieren berichtet, welches entweder eine Flüssigkeit, ein Feststoff oder eine Kombination war. Gehalte an Sediment (oder Sekundärphase), die 0,005 Vol-% überschritten, werden als unakzeptabel angesehen.Results are reported as volume percent of secondary phase sediment after centrifugation, which was either a liquid, a solid, or a combination. Sediment (or secondary phase) contents exceeding 0.005 vol% are considered unacceptable.
Die Treibstoffadditiv-Zusammeusetzung dieser Erfindung (Probe 6A) besitzt unter diesen Testbedingungen keine meßbaren Volumsprozent einer Sekundärphase. Wenn jedoch L-1562 als der Demulgator (Probe 6B) verwendet wurde, oder wenn Oleylamin als das Injektor-Detergens (Probe 6C) verwendet wurde, wurden beträchtliche und unakzeptable Gehalte an Sekundarphäse beobachtet. Vol.-% Sekundärphase Treibstoffadditiv-Zusammensammensetzung Teil Probe Chevron Teile Chev. Sol. Vergleich OleylaminThe fuel additive composition of this invention (Sample 6A) does not possess any measurable volume percent of secondary phase under these test conditions. However, when L-1562 was used as the demulsifier (Sample 6B) or when oleylamine was used as the injector detergent (Sample 6C), significant and unacceptable levels of secondary phase were observed. Vol% Secondary Phase Fuel Additive Composition Part Sample Chevron Parts Chev. Sol. Comparison Oleylamine
Bei Probe 6B wurde eine flüssige Sekundärphase bei Raumtemperatur beobachtet, die die Inkompatibilität des Demulgators mit den anderen Komponenten der Treibstoffadditiv-Zusammensetzung zeigte.In Sample 6B, a liquid secondary phase was observed at room temperature, demonstrating the incompatibility of the demulsifier with the other components of the fuel additive composition.
Die Probe 6C, die Oleylamin als ein Injektor-Detergens enthielt, wurde nach Kühlen auf 0ºF (-17,7ºC) zentrifugiert und zeigte ein kleines Volumen (0,05 Vol.-%) eines unlöslichen festen Sediments. Sie erfüllte daher nicht das Kriterium, daß die Sedimentgehalte 0,005 Vol.-% nicht überschreiten dürfen.Sample 6C, which contained oleylamine as an injector detergent, was centrifuged after cooling to 0ºF (-17.7ºC) and showed a small volume (0.05 vol.%) of insoluble solid sediment. It therefore did not meet the criterion that sediment levels must not exceed 0.005 vol.%.
Ein unverbleites Benzin normaler Güte wurde mit Treibstoffadditiv-Packungen dieser Erfindung so versetzt, daß der Treibstoff die folgenden Inhaltsstoffe enthielt:A standard grade unleaded gasoline was mixed with fuel additive packages of this invention so that the fuel contained the following ingredients:
8A: 150 ppm an PEA (Bsp. 1)8A: 150 ppm of PEA (Ex. 1)
25 ppm an ID (Bsp. 2)25 ppm of ID (Ex. 2)
450 ppm an CF (Bsp. 3, Chevron 600 P)450 ppm of CF (Example 3, Chevron 600 P)
12 ppm an D (T-326)12 ppm of D (T-326)
8B: 150 ppm an PEA (Bsp. 1)8B: 150 ppm of PEA (Ex. 1)
25 ppm an D (Bsp. 2)25 ppm of D (Ex. 2)
450 ppm an CF (Bsp. 3, Chevron 500 R)450 ppm of CF (Example 3, Chevron 500 R)
12 ppm an D (T-326)12 ppm of D (T-326)
Die Benzine wurden auf die Wirksamkeit für die Reinhaltung der Einlaßdüse getestet, wobei eine Arbeitsweise angewendet wurde, welche einen 1981er Pontiac 2,5-Liter-Motor verwendete, der auf einem Motorprüfstand montiert war und 90 h lief. Diese Prüfung simulierte einen schwierigen Feldtestbetrieb, gekennzeichnet durch Fahrbedingungen unter geringer Belastung. Die Wirksamkeit einer Additiv-Packung wird durch Mitteln der Gewichte von akkumulierten Einlaßdüsen-Ablagerungen, die nach Testende erhalten wurden, und Vergleichen dieser Resultate mit denjenigen, die unter Verwendung identischer Testbedingungen und unter Verwendung des nicht-versetzten Treibstoffs erhalten wurden. Eine gute Treibstoffadditiv-Packung, die in der Lage ist, das gesamte Einlaßsystem vollständig sauber zu halten, wird typischerweise die Ablagerungen an der Einlaßdüse für das Basisbenzin verringeru.The gasolines were tested for effectiveness in keeping the intake nozzle clean using a procedure that used a 1981 Pontiac 2.5-liter engine mounted on an engine test bench and operated for 90 hours. ran. This test simulated a difficult field test operation characterized by light load driving conditions. The effectiveness of an additive package is determined by averaging the weights of accumulated intake nozzle deposits obtained at the end of the test and comparing these results with those obtained using identical test conditions and using the unadjusted fuel. A good fuel additive package capable of keeping the entire intake system completely clean will typically reduce intake nozzle deposits for the base gasoline.
Unter Anwendung der obigen Testbedingungen ergab der Test mit nicht-versetztem Basistreibstoff durchschnittlich 1 090 Milligmmm Ablagerungen pro Einlaßdüse. Das gleiche Benzin, das eine Treibstoffadditiv- Packung dieser Erfindung enthielt, ergab unter Verwendung von Chevron Neutral Oil 600P, Beispiel 8A, durchschnittlich 23 Milligramm Ablagerungen pro Einlaßdüse. Beim obigen Vergleich zwischen dem Basistreibstoff und dem versetzten Treibstoff, welches das Chevron Neutral Oil 500R, Beispiel 8B, enthielt, beobachteten wir durchschnittlich 299 Milligramm Einlaßdüsen-Ablagerungen. Diese Ergebnisse sind unten zusammengefaßt. Treibstoffmischung enthaltend: Durchschnittl. Ablagerungsgewichte Kein Additiv (Basisfall)Using the above test conditions, the non-adjusted base fuel test resulted in an average of 1,090 milligrams of deposits per inlet nozzle. The same gasoline containing a fuel additive package of this invention using Chevron Neutral Oil 600P, Example 8A, resulted in an average of 23 milligrams of deposits per inlet nozzle. In the above comparison between the base fuel and the adjuvanted fuel containing Chevron Neutral Oil 500R, Example 8B, we observed an average of 299 milligrams of inlet nozzle deposits. These results are summarized below. Fuel mixture containing: Average deposit weights No additive (base case)
Sowohl in 8A als auch in 8B ist das durchschnittliche Ablagerungsgewicht unter dem Basisfall, was die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Treibstoffadditiv-Zusammensetzung zeigt.In both Figures 8A and 8B, the average deposit weight is below the base case, demonstrating the effectiveness of the fuel additive composition of the present invention.
Dieser Test mißt das Potential, welches jedes Benzinadditiv aufwiesen kann, den Octanbedarf von mit Benzin betriebenen Motoren hinaufzusetzen. Mit der Zeit ist auf Grund des Aufbaus von Ablagerungen in der Verbrennungskammer ein höheroctaniges Benzin erförderlich, um das Motorklopfen zu minimieren. Benzine ohne Additiv tragen einen Grundpegel an Ablagerungen bei, welche typischerweise einen Treibstoff erfordern, der eine Octanzahl besitzt, die vier Zahlen höher ist als jene des Anfangstreibstoffs, der verwendet wurde, um den Test zu gewinnen, um die Steigerung der Motorklopfbedingung zu minimieren. Benzinadditive tragen zu diesem Problem in verschiedenen Ausmaßen bei, und die Größe dieses Beitrags kann durch Vergleiche mit Motortests unter Verwendung von Treibstoff mit Zusatz gemessen werden. Der Unterschied der ORI, der zwischen den Tests beobachtet wird, ist dieser zusatzliche Zuwachs einer gesteigerten Octanzahl, die erforderlich ist, ein Motorkloplen weiter zu minimieren, und wird in der Regel als Octanbedarfszunahme bezeichnet, die der Benzinadditiv-Pakkung selbst zuzuordnen ist. Dieser Wert wird typischerweise als "Additiv-ORI-Zahl" bezeichnet.This test measures the potential that any gasoline additive can have to increase the octane requirement of gasoline-fueled engines. Over time, due to the buildup of deposits in the combustion chamber, a higher octane gasoline is required to minimize engine knock. Gasolines without additives contribute a base level of deposits which typically require a fuel having an octane rating four numbers higher than that of the initial fuel used to win the test to minimize the increase in engine knock condition. Gasoline additives contribute to this problem to varying degrees, and the magnitude of this contribution can be measured by comparisons with engine tests using additive-added fuel. The difference in ORI observed between tests is that additional gain of increased octane required to further minimize engine knock and is typically referred to as the octane requirement increase attributable to the gasoline additive package itself. This value is typically referred to as the "additive ORI number."
Diese Arbeitsweise verwendet einen 1975er Toyota 2,2-Liter-Motor der auf einem Motorstand montiert und mit einem Steuerungssystem ausgerüstet ist, um die Testbedingungen und die Motorbetriebscyclen sorgfältig zu regulieren. Der Motor wird zuerst fünfzehn Stunden mit einem relativ sauber verbrennenden. Additiv-freien Alkylattreibstoff betrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Octanbedarf bestimmt und der Treibstoff auf ein Gemisch aus 70% unverbleitem herkommlichen Benzin und 30% FCC Schwerbenzin umgestellt. Die FCC Schwerbenzin-Komponente wird verwendet, um die Rate der Ablagerungsakkumulierung in der Verbrennungskammer während dieser Phase des Tests zu steigern. Nach zusätzlichen 110 Stunden Motorbetrieb wird die Endmessung des Octanbedarfs vorgenommen.This approach uses a 1975 Toyota 2.2-liter engine mounted on an engine stand and equipped with a control system to carefully regulate the test conditions and engine operating cycles. The engine is first run for fifteen hours on a relatively clean-burning, additive-free alkylate fuel. At this time, the octane requirement is determined and the fuel is changed to a mixture of 70% unleaded conventional gasoline and 30% FCC heavy gasoline. The FCC heavy gasoline component is used to control the rate of deposit accumulation in the combustion chamber. during this phase of the test. After an additional 110 hours of engine operation, the final measurement of the octane requirement is taken.
Als die Treibstoffadditiv-Packung dieser Erfindung auf diese Weise getestet wurde, trug sie eine halbe Octanzahl mehr als der Octanbedarf, der für den Treibstoff ohne Zusatz (Test 9A) beobachtet wurde, bei. Diese Zunahme war beträchtlich geringer als jene, die für eine kommerzielle Benzinadditiv-Packung beobachtet wurde, die aus einem schweren Polybutenamin, hergestellt aus einem Polybuten, welches durchschnittlich 100 Kohlenstoffe pro Molekül und ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1 450 aufwies, welches schrittweise mit Chlor und Ethylendiamin umgesetzt wird, und einer großen Dosis Trägeröl (Test 9B) bestand. Treibstoff enthaltend: ORI-Zahl Zunahme gegenüber Basis Basis: Kein Additiv Test Chevron 500R 250 ppm schweres PolybutenaminWhen the fuel additive package of this invention was tested in this manner, it contributed one-half octane more than the octane requirement observed for the unadditive fuel (Test 9A). This increase was considerably less than that observed for a commercial gasoline additive package consisting of a heavy polybutene amine prepared from a polybutene having an average of 100 carbons per molecule and an average molecular weight of about 1,450, which is reacted stepwise with chlorine and ethylenediamine, and a large dose of carrier oil (Test 9B). Fuel containing: ORI number increase over base Base: No additive Test Chevron 500R 250 ppm heavy polybutenamine
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