BRPI0610039A2

BRPI0610039A2 - aditivo para combustìvel de hidrocarboneto consistindo em compostos inorgánicos, não-acìdicos de boro e processos relacionados

Info

Publication number: BRPI0610039A2
Application number: BRPI0610039-2A
Authority: BR
Inventors: Edward C Baxter Jr
Original assignee: Envirofuels L L C
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2010-06-01
Also published as: EA200702310A1; WO2006116070A3; KR20070122233A; AU2006240025A1; EP1879986A2; JP2008537013A; MX2007013124A; WO2006116070A2; PE20061404A1; IL186335A0; CA2603879A1; US20060236596A1; CN101248161A; UY29496A1; AR056978A1

Abstract

A presente invenção provê um aditivo de combustível e um processo para usar e fazer o aditivo de combustível, O aditivo de combustível inclui um sal contendo boro não-acídico em um fluido carreador. O aditivo de combustível aperfeiçoa combustão mediante aumento da eficiência do combustível ou produção diminuída de poluentes em um gás de descarga resultante da combustão do combustível com o aditivo de combustível.

Description

ADITIVO PARA COMBUSTÍVEL DE HIDROCARBONETO CONSISTINDO EMCOMPOSTOS INORGÂNICOS, NÃO-ACÍDICOS DE BORO E PROCESSOS RELACIONADOS

Pedidos Relacionados

Esse pedido é relacionado e reivindica prioridadee beneficio do Pedido de Patente Provisório ÜS número desérie 60/673.907, depositado em 22 de abril de 2005,intitulado "Additive For Hydrocarbon Fuel Consisting ofNon-Acidic Inorganic Compounds of Boron and RelatedProcesses", o qual é incorporado aqui como referência emsua totalidade.

Campo Técnica da Invenção

A presente invenção se refere ao campo deaditivos de combustível, e especificamente, a um aditivocontendo boro para combustíveis de hidrocarbonetoutilizados para melhorar a eficiência e/ou reduzir apoluição.

Antecedentes da Invenção

Muitos combustíveis de hidrocarboneto têm sidousados, cada um deles com suas próprias vantagens edesvantagens. Exemplos de tais combustíveis incluemgasolina, gás natural, diesel, querosene, combustível dejato, LPG, destilados pesados, combustível BPF, etanol,carvão, outros combustíveis de hidrocarboneto sólidos, esemelhantes. Compostos químicos foram usados como aditivosde combustível no século passado para melhorar diversosparâmetros, tal como indice de octano, de diversoscombustíveis. O uso e a subseqüente proibição, de chumbo nagasolina são conhecidos há muito tempo. Chumbo tetraetilicoapresentou um efeito positivo em relação ao octano e umefeito profundamente negativo no meio ambiente.

Além de chumbo tetraetilico, sabe-se que várioselementos têm características catalisadoras de combustão emgasolina ou outros combustíveis de hidrocarboneto.Exemplos, além de chumbo, são: manganês, ferro, cobre,cério, cálcio e bário. Cada um desses elementos temvantagens e desvantagens em aplicações específicas. Asdesvantagens de certos compostos de ferro incluemsolubilidade limitada em gasolina, toxicidade e custo comoum aditivo. Interação com enxofre e criação de precipitadode sulfeto também pode ocorrer, o que é indesejável.

Outro aditivo comumente usado na gasolina é MTBE.Embora esse composto impulsione os níveis de octanosignificativamente, considera-se que o composto sejacarcinogênico. Além disso, ele se mistura facilmente com aágua o que é perigoso se houver um vazamento. Gasolinacontendo MTBE vazando de um tanque subterrâneo em um postode gasolina poderia potencialmente se infiltrar na águasubterrânea e contaminar os poços. Como resultado dopotencial efeito negativo presumido do MTBE no ambiente,etanol também está sendo avaliado como um aditivo degasolina para impulsionar o octano.

Além do objetivo da indústria no sentido deaumentar a eficiência de combustão, a redução das emissõesde matéria particulada e fumaça também é uma preocupação,particularmente para aplicações de combustível de diesel. Aindústria não realizou progresso substancial nodesenvolvimento de um aditivo de combustível para reduziras emissões de material particulado e fumaça.

Finalmente, é feito ajuste dos parâmetros decombustão para tentar maximizar a função para reduzir CO eN0X. Apesar dessas e combinações dessas tentativas paraminimizar os poluentes, a combustão de combustível continuasendo o foco de interesse para se aumentar a eficiência decombustível e reduzir os poluentes.Um aditivo de combustível que incluísse umcatalisador de combustão para reduzir as emissões dematerial particulado e fumaça dos motores de ônibus,caminhões e automóveis operando com combustíveis degasolina seria vantajoso. Também seria vantajoso um aditivode combustível que aumentasse a eficiência e/ou diminuísseos poluentes para aplicações de combustível de diesel.Seria vantajoso reduzir as emissões de fumaça, materialparticulado e nitrogênio a partir das aplicações decombustível. Um aditivo que não resultasse na formação deprecipitados também seria vantajoso. Um aditivo paracombustível de hidrocarboneto que reduzisse o nível de N0Xproduzido também seria vantajoso. Finalmente, um aditivoque permanecesse estável durante o processo de combustãoseria vantajoso.

Sumário da Invenção

Conseqüentemente, a presente invenção prove umaditivo de combustível compreendendo uma mistura de pelomenos um sal e um fluido carreador, o sal compreendendo[Y]aB bOc, em que [Y] é um cátion e o sal é não-acídico, ofluido carreador sendo operável para manter os sais dentrodo fluido carreador em um estado pelo menos parcialmentedisperso, o aditivo de combustível sendo operável paramelhorar a combustão quando colocado em contato comcombustível em uma zona de combustão e queimado, acombustão melhorada sendo mensurável pela eficiênciaaumentada do combustível ou produção reduzida de poluentesem um gás de descarga resultante da queima do combustível edo aditivo de combustível. Uma característica da presenteinvenção é que [Y] é um composto de amônio.Alternativamente, [Y] é um metal alcalino.

A presente invenção também prove vantajosamenteum processo para melhorar o desempenho de um combustível dehidrocarboneto em um sistema de combustão tendo uma zona decombustão compreendendo as etapas de prover um aditivo decombustível compreendendo uma mistura de pelo menos um sale um fluido carreador, o sal compreendendo [Y]aBbOc, em que[Y] é um cátion e o sal é não-acídico, em uma quantidadeeficaz para melhorar o desempenho do combustível para azona de combustão e queimar o combustível de hidrocarbonetocom o aditivo de combustível. Uma característica dapresente invenção é que o combustível pode ser umcombustível de hidrocarboneto sólido ou líquido.

Descrição Detalhada

A presente invenção inclui um aditivo decombustível e um método de uso do aditivo em relação aocombustível de hidrocarboneto. 0 aditivo de combustível dainvenção inclui um sal contendo boro que preferivelmenteinclui [Y]2B407, em que Y é um cátion. Amônio é um cátioninorgânico preferido. Metais alcalinos são outro cátioninorgânico preferido, mais preferivelmente aqueles metaisalcalinos com pesos atômicos inferiores a 50,0.

Em uma modalidade, os sais de boro são pelo menosparcialmente dispersos em água ou outro fluido aquoso paracriar uma dispersão original contendo boro. Os sais de borosão dispersos na água ou fluido aquoso, e não ocorrequalquer dissociação ou dissolução dos sais. A dispersãoestável dos sais de boro em um tamanho de partículapreferido de 5 micra ou menos, mais preferivelmente de 2-5micra, prove um catalisador de combustão heterogêneo emcombustível de hidrocarboneto que prove reduções deemissões e melhoramentos na economia de combustível.

Em uma modalidade da presente invenção, adispersão original contendo boro é adicionada ou misturadacom um fluido de dispersão. O fluido de dispersão é umfluido que é operável para manter os sais dentro do fluidode dispersão em um estado pelo menos parcialmente dispersoe que é miscivel, ou capaz de ser mantido em solução, nocombustível de hidrocarboneto. Em uma modalidade preferida,a água, por exemplo, é amplamente removida da dispersãooriginal contendo boro no fluido de dispersão através demeio térmico para criar o aditivo de combustível. 0 fluidode dispersão é preferivelmente um óleo básico do grupo II.Outros fluidos de dispersão preferidos incluemhidrocarbonetos leves, gasolina, poligás, querosene,diesel, óleos leves de nafta, óleos base do Grupo I, III,IV, V ou VI como definido pela API, óleos aromáticos,polibutenos, poliglicóis, óleos mais pesados ou combinaçõesdos mesmos.

0 aditivo de combustível é operável para melhorarcombustão quando colocado em contato com o combustível,independente do teor de enxofre do combustível. Combustãoaperfeiçoada significa que a eficiência do combustível éaumentada em comparação com o combustível sem o aditivo decombustível, ou que a produção de poluente em um gás dedescarga a partir da combustão é reduzida, ou umacombinação desses efeitos. Poluentes típicos podem incluirNOx, matéria particulada, monóxido de carbono e outrospoluentes conhecidos resultantes da combustão decombustível de hidrocarboneto. Observa-se que diferentesregiões geográficas se concentram na minimização de umpoluente específico dependendo das características do ar.Redução de um poluente alvo ou uma combinação de poluentes,tal como N0X e CO, é altamente vantajosa. Alternativamente,eficiência aumentada do combustível resulta em um volumetotal inferior de poluentes, assim como vantagem econômica.

Quando o aditivo de combustível é preparadoutilizando compostos de amônio, os compostos de amônio sãodefinidos como aqueles compostos contendo grupos NRX, ondeR pode ser, por exemplo, hidrogênio. NH4 é especialmentepreferido. Descobriu-se que os compostos de amônio têmpropriedades de combustão cataliticas particularmenteacentuadas, por exemplo, em termos de redução de NOx,quando usados em sais contendo boro de acordo com apresente invenção.

Os sais de borato são essencialmente neutros,mas, mais particularmente, não são altamente acidicos. Emuma modalidade preferida, a dispersão original contendoboro tem um pH entre aproximadamente 6,0 e 8,0. Ácidobórico tipicamente não está presente nessa faixa de pHrelativamente neutra. Por exemplo, pentaboratos etetraboratos são aqui revelados. Os sais de borato podemestar em qualquer forma incluindo metaborato, ortoborato ouqualquer forma de borato que não seja acidica, oucombinações das mesmas. Os sais podem ser anidros ou emniveis diversos de hidratação. Os sais de boro preferidosde acordo com a presente invenção são inorgânicos, não-acidicos, insolúveis e dispersiveis.

A dispersão original contendo boro de umamodalidade da invenção pode ser usada em qualquer tipo deambiente, por exemplo, em ambientes hidrofilicos ouhidrofóbicos. No caso de um ambiente hidrofóbico, pode sernecessário que um fluido ou fluidos carreadores sejamselecionados para permitir dispersão adequada. Em umamodalidade preferida, o fluido carreador pode ser monóis,dióis e polióis de polioxipropileno; monóis, dióis epolióis de polioxibutileno, particularmente Bayer ActaclearND17. Um dispersante usado em conjunto com os fluidoscarreadores para criar o aditivo de combustível também éabrangido em uma modalidade preferida. Dispersantespreferidos incluem polialquenil succinimidas tais comoTexaco TFA 4690C, Oronite ODA 78012 e Ethyl Hitec 646. Paraaplicações de combustível de hidrocarboneto líquido, pelomenos um fluido carreador pode ser preferivelmente umfluido com pelo menos certa natureza hidrofílica que sejamiscível com o combustível para atuar como agente decompatibilização em conjunto com o dispersante.

0 aditivo de combustível da invenção é útil paramelhorar a combustão de tal modo que combustão maiscompleta seja alcançada com combustão aumentada para C02 eH2O em comparação com a combustão do combustível sem oaditivo de combustível. 0 resultado é a redução de produtosde combustão parcial assim como N0X, desse modo aumentandoa eficiência do combustível.

0 aditivo de combustível é usado mediante adiçãodo aditivo ao combustível em uma quantidade suficiente paraaumentar a eficiência do combustível e/ou reduzir ospoluentes. Os termos melhorada e combustão melhorada sereferem a qualquer um desses efeitos. Um exemplo depoluentes reduzidos é uma redução de NOx e CO em um gás dedescarga produzido a partir de um motor de combustãointerna ou queimador de chama exposta de injeção direta.Vantajosamente, ambos os efeitos são observados através daadição do aditivo de combustível da presente invenção. Umamodalidade preferida inclui a adição de entreaproximadamente 5 e 10 ppm de boro em peso no combustívelatravés da adição do aditivo de combustível. Quantidadesaumentadas de boro de até 25 ppm de boro em peso também sãoeficazes. Observa-se que uma solução muito eficaz em termosde custo pode ser preparada com baixa percentagem em pesode boro, isto é, menos do que 20 ppm. Outro alvo preferidoé inferior a 15 ppm de boro. Concentrações relativamentebaixas de boro proporcionam vantajosamente vantagenseconômicas, podem ser ambientalmente mais aceitáveis epodem proporcionar operações mais limpas no motor comdepósitos e resíduos reduzidos.

Está incluído na invenção um processo paramelhorar o desempenho do combustível de um combustível dehidrocarboneto em um sistema de combustão incluindo asetapas de prover o aditivo de combustível descrito acima emuma quantidade eficaz para melhorar o desempenho decombustível para o combustível de hidrocarboneto e queimaro combustível de hidrocarboneto com o aditivo decombustível. 0 sistema de combustão pode ser qualquer meioconhecido daqueles de conhecimento comum na técnica paraqueima de hidrocarboneto. 0 sistema de combustão podeincluir qualquer um dos vários motores de combustãointerna. Em uma modalidade preferida, esse processo é usadocom um combustível de hidrocarboneto liquido ou liqüefeito.Alternativamente, o processo também pode ser utilizado comcombustível de hidrocarboneto sólido. 0 resultado deadicionar o aditivo ao combustível de hidrocarboneto é umcombustível melhorado que tem uma quantidade substancial decombustível de hidrocarboneto adequada para combustão, euma quantidade do aditivo de combustível operável paramelhorar a combustão. Preferivelmente, o combustívelmelhorado contém boro em uma quantidade operável parareduzir as emissões e aperfeiçoar a eficiência na combustãodo combustível melhorado em comparação com a combustão docombustível de hidrocarboneto sem o aditivo de combustível.Mais preferivelmente, o combustível melhorado contém boroentre aproximadamente 5 e 10 ppm em peso. Quantidadesaumentadas de boro de até 25 ppm de boro em peso também sãoeficazes. Observa-se que uma solução muito eficaz em termosde custo pode ser preparada com baixa percentagem em pesode boro, isto é, menos do que 20 ppm. Outro alvo preferidoé inferior a 15 ppm de boro.Uma modalidade alternativa da invenção inclui umprocesso para melhorar o desempenho do combustível de umcombustível de hidrocarboneto em um sistema de combustãoincluindo as etapas de adicionar uma composição de adiçãoquimica ao combustível de hidrocarboneto em uma quantidadeeficaz para melhorar o desempenho do combustível.

A composição de adição quimica, também chamada defluido de dispersão, pode ser criada por criação de umadispersão original aquosa intermediária mediante dispersãodo sal de borato em água. A próxima etapa inclui combinar adispersão original contendo boro, aquosa com um fluidocarreador na presença de diversos dispersantes, agentestensoativos e semelhante e, então, removendo-se a água paracriar o fluido de dispersão contendo boro.

A solução original, ou o fluido de dispersãocontendo boro da invenção, pode ser adicionado em ouincluir um combustível de combustão. Outra vez, pode servantajoso incluir dispersantes para promover a dispersão emcombustíveis que são à base de hidrocarboneto. Combustíveisexemplares são querosene, combustível de diesel ecombustíveis residuais.

Um combustível melhorado é criado quando umaquantidade substancial de um combustível adequada paracombustão é combinada com uma quantidade da dispersãooriginal contendo boro ou a composição de adição quimicasuficiente para reduzir as emissões ou para aumentareficiência na combustão do combustível melhorado. Diesel egasolina são dois exemplos de combustíveis adequados paracombustão. Outros combustíveis de hidrocarbonetos úteispara combustão em um motor de combustão também sãoabrangidos. Em certas circunstâncias, o fluido de dispersãoé uma quantidade de um fluido alvo, isto é, um fluido quecontém o combustível desejado.Exemplo 1: Preparação de solução original aquosacontendo boro

A 83,5 gramas carregadas de pentaborato de amôniooctahidratado (NH4B508-8H20; mol em peso (544,3 gramas/mol))foram adicionados 417,7 gramas de água desionizada. Amistura foi aquecida, com agitação, a 80 °C até que todo osal se dispersou. A solução permaneceu clara a 80 °C econtinha 1,8% em peso de boro.

Exemplo 2: Preparação do fluido de dispersãocontendo boro

A 1.200 gramas de um estoque-base de óleomineral, em um frasco Erlenmeyer de 4 litros, foramadicionados 90 gramas de Lubrizol 400A, um pacote deaditivo patenteado contendo uma mistura de dispersantes, e180 gramas de querosene. A mistura foi agitada a

temperatura ambiente até que uma solução clara foi obtida.À solução de óleo foram adicionados 166,0 gramas dadispersão original aquosa contendo boro preparada noExemplo 1. As duas soluções foram misturadas juntasutilizando uma mistura manual de alta velocidade paraformar uma emulsão de água em óleo. A emulsão foitransferida para um frasco de fundo redondo de 3 litrosequipado com um agitador e sifão Dean-Starke comcondensador. A mistura foi aquecida com agitação até umatemperatura máxima de 150 °C por um periodo deaproximadamente 1 hora para remoção da água. 0 resultadofoi uma dispersão do sal de borato na matriz de óleo. Oteor de água final foi de 6.480 ppm com um teor de boroteórico final de 1.827 ppm.

Exemplo 3: Preparação de tratamento paracombustível de motor de dois tempos contendo boro

Um óleo lubrificante adequado para diluição comgasolina e uso como combustível para motor de dois temposfoi preparado mediante mistura do fluido de dispersãocontendo boro do Exemplo 2 com Tufflo 6036, um pacote deaditivo patenteado contendo diversos detergentes edispersantes até um teor final de boro de aproximadamente300 ppm. 0 combustível foi então adicionado à mistura emuma razão de 50:1 para prover um teor de boro final deaproximadamente 6 ppm.

Exemplo 4: Teste com máquina de recolher folhagemHomelite Yard Broom II

A máquina de recolher folhagem Homelite YardBroom II é uma máquina de mão que utiliza um motor agasolina de dois tempos de 30 cc. A máquina de recolherfolhagem é usada para se analisar os aperfeiçoamentos emeficiência do motor, especialmente economia aumentada decombustível. Para estabelecer uma linha de base, o óleo dedois tempos Homelite padrão foi misturado na proporção de50:1 com gasolina sem chumbo comum de 87 octanas.Exatamente 250 mililitros da mistura de combustível foramadicionados ao tanque de combustível da máquina de recolherfolhagem. O motor foi então colocado em funcionamento comRPM total até que o combustível foi completamente consumidoe o motor morreu. O tempo de funcionamento, RPM etemperatura de descarga foram medidos e registrados. Oteste foi repetido utilizando-se o óleo contendo boro doExemplo 3 em diluição na proporção de 50:1 eaproximadamente 6 ppm de boro. O resultado foi um aumentoem RPM de 2,3%, uma diminuição na temperatura do ar dedescarga de 6,5% e um aumento no tempo de funcionamento de11,8%. Esses valores demonstram um aperfeiçoamentosignificativo na eficiência de operação do motor com o óleocontendo boro da invenção.Exemplo 5: Combustão de combustível de diesel emuma chama exposta

Um queimador de chamada exposta alimentado comcombustível de diesel foi usado para medir as emissões deCO. Uma linha de base foi estabelecida mediante queima dediesel não tratado em misturas de combustível e ar,especificas e controladas. Para esse teste a mistura decombustivel/ar não foi variada. 0 fluido de dispersão deboro do Exemplo 2 foi diluído a 20 ppm B com diesel N°2 dealto teor de enxofre. Essa mistura foi então usada paraalimentar o queimador e durante 14 mensurações uma reduçãode CO de 11,5% foi avaliada.

Claims

1. Um aditivo de combustível compreendendo umamistura de pelo menos um sal e um fluido carreador, o salcompreendendo [Y]aBbOc, em que [Y] é um cátion e o sal énão-acidico, o fluido carreador sendo operável para mantero sal dentro do fluido carreador em um estado pelo menosparcialmente disperso, o aditivo de combustível sendooperável para melhorar a combustão quando colocado emcontato com o combustível em uma zona de combustão equeimado, a combustão aperfeiçoada sendo mensurável pelaeficiência aumentada do combustível ou produção diminuídade poluentes em um gás de descarga resultante da combustãodo combustível e do aditivo de combustível.

2. O aditivo de combustível da reivindicação 1,em que o sal é selecionado do grupo consistindo emmetaborato, pentaborato, tetraborato e ortoborato e suascombinações.

3. 0 aditivo de combustível da reivindicação 1,compreendendo adicionalmente [NH^E^O?.

4. 0 aditivo de combustível da reivindicação 1,compreendendo adicionalmente um composto de amônio.

5. O aditivo de combustível da reivindicação 1,em que o pH da solução está entre aproximadamente 6,0 e 8,0.

6. O aditivo de combustível da reivindicação 1,em que o sal é inorgânico.

7. Um processo para melhorar o desempenho decombustível de um combustível de hidrocarboneto em umsistema de combustão tendo uma zona de combustãocompreendendo as etapas de prover o aditivo de combustívelda reivindicação 1 em uma quantidade eficaz para melhorar odesempenho do combustível para a zona de combustão equeimar o combustível de hidrocarboneto com o aditivo decombustível.

8. 0 processo de melhorar o desempenho decombustível da reivindicação 7, em que o combustível dehidrocarboneto é um combustível de hidrocarboneto líquido.

9. 0 processo de melhorar o desempenho decombustível da reivindicação 7, em que o combustível dehidrocarboneto é um combustível de hidrocarboneto sólido.

10. O processo de melhorar o desempenho decombustível da reivindicação 7, em que a zona de combustãoestá dentro de um motor operando com combustível degasolina.

11. O processo de melhorar o desempenho decombustível da reivindicação 7, em que a zona de combustãoestá dentro de um motor operando com combustível de diesel.

12. O processo de melhorar o desempenho decombustível da reivindicação 7, em que o aditivo decombustível é operável para melhorar a combustão quandocolocado em contato com combustível em um queimador deinjeção direta ou de chama exposta na zona de combustão equeimado, a combustão melhorada sendo mensurável pelaeficiência aumentada de combustível ou produção diminuídade poluente em um gás de descarga resultante da combustãodo combustível e do aditivo de combustível.

13. Um combustível melhorado compreendendo umaquantidade substancial de combustível de hidrocarbonetoadequada para combustão, e uma quantidade de aditivo decombustível da reivindicação 1 operável para melhorar acombustão.

14. O combustível aperfeiçoado da reivindicação-13, em que boro está presente no combustível dehidrocarboneto em uma quantidade entre aproximadamente 5 e-10 ppm em peso.

15. O combustível aperfeiçoado da reivindicação- 13, em que a quantidade de aditivo de combustível é a quantidadeoperável para reduzir as emissões na combustão do combustívelmelhorado em comparação com a combustão do combustível dehidrocarboneto sem o aditivo de combustível.

16. 0 combustível aperfeiçoado da reivindicação 13, emque boro está presente no combustível de hidrocarboneto em umaquantidade inferior a aproximadamente 25 ppm em peso.

17. Um processo para criar um combustível dehidrocarboneto melhorado para uso em um sistema de combustãocompreendendo as etapas de:adicionar uma quantidade efetiva para melhorar odesempenho de combustível ao combustível de hidrocarboneto de umacomposição de adição química, a composição de adição químicacompreendendo o produto a partir da dispersão de um sal de boratonão-acidico em água.

18. O processo da reivindicação 17, em que o sal éinorgânico.

19. 0 processo para criar um aditivo de combustívelpara melhorar combustão de um combustível de hidrocarboneto, oprocesso compreendendo as etapas de:adicionar o sal [Y]aBbOc, em que [Y] é um cátion e o salé não-acidico, a um fluido para pelo menos parcialmente dispersaro sal no fluido para criar uma dispersão original contendo boro;misturar a dispersão original contendo boro com fluidocarreador de tal modo que a dispersão original contendo boro égeralmente dispersa no fluido carreador; eremover uma porção substancial do fluido a partir damistura da dispersão original contendo boro com o fluido carreadorpara criar um aditivo de combustível que é operável para melhorara combustão quando adicionado a uma zona de combustão na presençade um combustível de hidrocarboneto e queimado.

20. O Processo da reivindicação 19, em que o sal éinorgânico.