BRPI0805973A2 - formulacão de aditivos e de combustìveis de álcool carburante aditivado para uso em motores diesel - Google Patents
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Abstract
FORMULAcãO DE ADITIVOS E DE COMBUSTìVEIS DE áLCOOL CARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL com o objetivo de preparar formulacões de aditivos com um reforcador de cetano preferencialmente nitrato de solketal, u em, mistura com um agente lubrificante preferencialmente um oleo vegetal, um agente anticorrosivo preferencialmente um aminoéter tais que adicionados em combustíveis renováveis, em volume e quantidades ideais, formando uma composicóo química com álcool anidro ou hidratado, para permitir o uso do álcool como um combustível para motores do ciclo Diesel.
Description
FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL.
Devido aos altos níveis de emissão de gases poluentes lançados pela combustãopor compressão do óleo diesel na atmosfera, aumentando a temperatura media dasuperfície da terra devido principalmente ao efeito estufa, há grande interesse debuscarem alternativas visando à substituição total do óleo diesel nos motores de igniçãopor compressão. As alternativas propostas estão direcionadas para os materiais de fontesrenováveis, tais como os óleos vegetais, metanol e o etanol.produzindo ésterescomumente chamados de biodiesel.
Um critério que certifica a qualidade do combustível liquido para motores deignição por compressão é o número de cetano determinado experimentalmentel.
Conseqüentemente o desenvolvimento de processos e formulações para aobtenção de um novo combustível pode ser gerado pela adição de aditivos e/ou misturade combustíveis. Os aditivos destinados para este fim são denominados de reforçadoresde cetano. Os reforçadores de cetano possuem a capacidade de melhorar a ignição doscombustíveis, melhorando a partida e o funcionamento do motor e ainda promovendo adiminuição de emissão de gases poluentes.
O uso de combustíveis com menor ação poluente ambiental como o etanol emetanol nos motores de ignição por compressão é um grande desafio por que estesbiocombustíveis possuem número de cetano muito baixo. O metanol possui número decetano aproximadamente 3 e o do etanol é aproximadamente 8. Combustíveisapropriados apresentam valores de número de cetano maiores que 42.
Diversos ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxos superiores estão sendopropostos para aditivar o óleo diesel com a finalidade de reduzir a quantidade deemissão de gás carbônico. Estes ésteres, metílicos ou etílicos, são denominadosbiodiesel. O biodiesel é obtido pelo processo de transeterificação de gorduras sólidas elíquidas com álcoois de cadeias pequenas (Cl - C3), dependendo da fonte de óleovegetal ou gordura animal, possui números de cetano elevados, maiores que 42. Destaforma a adição ou mistura do biodiesel ao metanol ou etanol contribui para umaelevação considerável do número de cetano em relação aos álcoois limpos, entretantoocorre uma diminuição do número de cetano em relação ao biodiesel limpo. Um dos co-produtos do biodiesel é a glicerina.
Foi verificado que o biodiesel de mamona (BM) é adequado para ser misturadoao metanol, etanol ou mistura dos álcoois, em qualquer proporção devido ao grandepercentual do éster ricinoletato contido no biodiesel. Foi verificado que as misturasbinária e ternária possibilitam o uso como um combustível diesel em motores já emfuncionamento. Foi igualmente verificado que a adição de nitratos orgânicos empercentuais de 0,1 a 7,5%, conhecidos experimentalmente promove a queima total damistura dos biocombustíveis desde a partida do motor. A glicerina é fonte para obtençãode muitos produtos industriais, em particular destacamos o solketal (2,2-Dimetil-l,3-dioxolan-4-metanol) que pode ser convertido ao nitrato de Solketal ou 2,2-Dimetil-l,3-dioxolan-4-metilnitrato. Foi verificado experimentalmente, que a adição entre 0,1 a 10,0% de nitrato de Solketal ao álcool (metanol, etanol ou misturas) foi determinante paraque o álcool possa ser usado como combustível em motores do ciclo diesel.
O nitrato de Solketal misturado ao álcool, sem a necessidade de adição de outroscompostos é capaz de corrigir a cetanagem do álcool dando ao combustível ascaracterísticas de ignição similar ao do óleo diesel. Entretanto, ao se levar em contaoutros aspectos como a lubricidade e corrosividade da mistura, outros compostos podemser usados para corrigir essas características. Para melhorar a lubricidade, deve serempregado o óleo de mamona por si só ou juntamente com outro óleo vegetal. Paraevitar a corrosão, deve ser empregada a morfolina pura ou em associação com umaoutra amina.
A presente patente de invenção provê o uso de uma formulação debiocombustivel constituído de nitrato de solketal, álcool (metanol, etanol ou misturas),um lubrificante e uma agente anti-corrosivo. A formulação poderá ter a adição de outrassubstâncias que pode ser de qualquer material apropriado, tais como: um ou misturas dedois ou mais álcoois contendo de 1 a 12 átomos de carbonos (tais como metanol, etanol,propanol, etc.), um hidrocarboneto ou misturas de hidrocarbonetos (tal como agasolina), ou um combustível diesel de baixo número de cetano, um éter-álcool oumisturas de éteres-álcoois (tais como: álcool tetraidrofurfurilico, 2,5-diidroximetil-tetraidrofurfurila e solketal), ou de ésteres dos ácidos oléico e ricinoléico oleato demetila, oleato de etila ricinoleato de etila e ricinoleato de metila, ou de outros biodieseis(tais como biodiesel de soja, milho, girassol, canola, babassu, gergelim, amendoim,algodão) ou de outros nitratos orgânicos (tais como mononitrato e dinitrado de glicois,dinitrato de 2.5-metilfurfurila e 2,2-dimetil-4-nitroximetil-l,3-dioxolano, nitrato detetraidrofurfurila, nitratos derivados de ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxossuperiores ou obtidos diretamente por modificação de biodiesel tais como o 12,10-dinitrato-9-etóxiestearato de etila, Trans -9-etoxi, 10-nitratoestearato de etila, 12,10,9-trinitratoestearato de etila, Trans- 9,10-dinitratoestearato de etila, Trans- 10-nitrato, 9-etoxiestearato de etila, 12,10-dinitrato-9-etóxiestearato de metila, Trans -9-etoxi, 10-nitratoestearato de metila, 12,10,9-trinitratoestearato de metila, Trans- 9,10-dinitratoestearato de metila, Trans- 10-nitrato, 9-etoxiestearato de metila).O processo de obtenção do nitrato de solketal é feito de modo convencional. O nitratode solketal pode ser obtido diretamente da nitração do solketal, em baixas temperaturaspara ser convertido éster nitrico.
Estando 24,48 g de anidrido acético a -5 0C foi adicionado15,43 mL de ácido nitrico 98%. A esta mistura foi adicionado 26,4 g de solketal a 10°C, durante 20 minutos. Água gelada. 100 mL, foi adicionada a mistura e a faseorgânica separada. A solução restante foi neutralizada com bicarbonato de sódio e umanova fase orgânica foi obtida e separada. O produto liquido obtido foi caracterizado,como sendo o nitrato de solketal (NITRATO DE SOLKETAL ), pelas técnicas deespectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear dehidrogênio e de carbono (RMN 1H e 13C).
É conveniente preparar a mistura completa de aditivos para ser adicionada aoálcool quando necessário para que possa ser usado nos motores Diesel. Assim o álcoolpoder usado para outros fins que não necessite do aditivo.
Nos exemplos a seguir são descritas formulações de aditivos testados emmotores diesel em laboratório que se incluem no escopo da presente invenção, sementretanto limitar a sua abrangência.
Nesse exemplo é dada a formulação típica em que o nitrato de solketal éassociado com um lubrificante e um anticorrosivo. Os aditivos podem ser usadosdiretamente com o álcool hidratado ou anidro de modo a ter um combustível a ser usadoem motores do ciclo diesel.
Os testes foram realizados em laboratório utilizando um motor estacionário dedo ciclo diesel com 10 hp, 3600 rpm efetuados em média por períodos de 15 min. Defuncionamento.Formulação do aditivo ideal a cada 100 mL combustível.
Componentes Quantidades em volume (mL)
Nitrato de Solketal 7,92
Óleo de mamona 0,99
Morfolina 0,03
Total, volumes 8,92
Exemplo da composição liquida ideal
Composição liquida Componentes, em volume (mL)
Aditivo Álcool* Total mL
El 89,20 910,8 1000
Ό álcool utilizado é o etanol ou metanol ou misturas em proporções variadas
Nos testes realizados foram utilizados álcool, etanol ou metanol ou misturas emproporções variadas e aditivos constituído por nitrato de solketal, óleo de mamona emorfolina
Todas as composições dos combustíveis foram usadas paraoperar o motor diesel. Todos os combustíveis giraram o motor de maneira satisfatória,sob as mesmas condições de velocidade e carga do motor. As operações satisfatóriasforam acompanhadas sem a determinação do ponto de queima e de retardo de ignição.Exemplos de combustíveis sem a adição do biodiesel de mamona e/ou nitrato desolketal não se inflamaram completamente no motor.
Nos testes efetuados com combustíveis de baixo cetano, talcomo metanol e etanol, isoladamente ou misturados, como combustível num motorconvencional de ignição por compressão o motor não funcionou entretanto a adição donitrato de solketal foi suficiente para tornar os álcoois apropriados para o uso emmotores de ignição por compressão.
Portanto, a adição única de nitrato de solketal a um material combustível debaixo cetano apropriado, possibilitará que o mesmo seja usado como um combustívelnum motor do ciclo diesel.
Claims (7)
1.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL utilizando álcooletílico ou metilico ou uma mistura de ambos, na presença de um nitrato orgânico comoagente ativo, de um lubrificante e de um anti-corrosivo, CARACTERIZADO PELOfato do agente ativo ser o nitrato de solketal ou em mistura com 12,10-dinitrato-9-etóxiestearato de etila, ou Trans-9-etoxi, 10-nitratoestearato de etila, 12,10,9-trinitratoestearato de etila, ou Trans-9,10-dinitratoestearato de etila, ou Trans-10-nitrato, 9-etoxiestearato de etila, ou 12,10-dinitrato-9-etóxiestearato de metila, ou Trans--9-etoxi, 10-nitratoestearato de metila, ou 12,10,9-trinitratoestearato de metila, ou Trans--9,10-dinitratoestearato de metila, ou Trans-10-nitrato, 9-etoxiestearato de metila, nitratode tertaidrofurfurila, ou nitrato de isopropila, ou nitrato de n-butila, ou nitrato deisoamila (mistura de isômeros), ou nitrato de n-hexila, ou nitrato de 2-octila, ou nitratode 2-etoxi-etila, ou nitrato de n-octila,ou nitrato de n-heptila, ou nitrato de ciclohexila,ou nitrato de 2-etilhexila, ou dinitrato de dietilenoglicol, ou dinitrato de trietilenoglicol,ou dinitrato de tetraetilenoglico, ou nitrato de 2-(4-morfolina)-etila, ou l,3-dimetoxi-2-nitrato-propano, ou l,3-dietoxi-2-nitrato-propano, ou l,3-dipropoxi-2-nitrato-propano,ou l,3-dibutoxi-2-nitrato-propano.
2.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO PELO fato do agente lubrificante serpreferencialmente constituído pelo óleo de mamona ou ácido ricinoleico ou ésteres doácido ricinoleico.
3.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADO PELO fato do agente anticorrosivo serpreferencialmente uma amina-éter da classe dos óxidos de dietilenimida ou commisturas de aminas aromáticas, aminas alifáticas, ou alcaminas.
4.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1 CARACTERIZADO PELO fato de ser usado entre 1% e 10% devolume de nitrato de solketal na mistura combustível.
5.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1 CARACTERIZADO PELO fato do agente lubrificante ser adicionadona proporção entre 1% a 20% em volume na mistura combustível..
6.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1 CARACTERIZADO PELO fato do agente anticorrosivo ser adicionadona proporção entre 0,03% a 0,5% em volume na mistura combustível.
7.) FORMULAÇÃO DE ADITIVOS E DE COMBUSTÍVEIS DE ÁLCOOLCARBURANTE ADITIVADO PARA USO EM MOTORES DIESEL de acordo com areivindicação 1 CARACTERIZADO PELO fato da quantidade de aditivos ser de tal quea quantidade do agente ativo nitrato orgânico presente no combustível seja em umaquantidade mínima variando ente 1% a 10% em volume na mistura combustível.
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