KR20090045084A

KR20090045084A - 이중 기능 연료 미립화 및 점화 첨가제

Info

Publication number: KR20090045084A
Application number: KR1020080107144A
Authority: KR
Inventors: 앨런 에이 아라디
Original assignee: 에프톤 케미칼 코포레이션
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: CN101423779A; US20090107555A1; SG152155A1; KR101095336B1; US20120000117A1; FR2922895A1

Abstract

본 개시는 초고압하에 연료가 연소 구역으로 주입되는 연소 시스템에서의 사용을 위한 연료 첨가제를 포함하는, 연료 미립화 및 연소 효율을 개선시키기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다.

Description

이중 기능 연료 미립화 및 점화 첨가제{DUAL FUNCTION FUEL ATOMIZING AND IGNITION ADDITIVES}

본 발명은 초고압 하에서 연소 구역으로 연료가 주입되는 연소 시스템에서의 사용을 위한 연료 첨가제에 관한 것이다.

물리적 전단력에 의한 분자로부터의 전자 분리는 잘 알려진 현상이다. 연료에서, 방향족 고리에 전자 방출성 치환기를 갖는 첨가제는 화학적 또는 물리적 섭동(perturbation) 때문에 전자를 잃는 고리의 능력을 감소시키거나 증가시키게 될 수 있다. 상기 고리에서 치환기의 전자 압력이 일정 수준으로 증가할 때, 상기 고리는 화학적 반응에서 전자를 쉽게 잃고, 라디칼 또는 양으로 하전된 라디칼 또는 양으로 하전된 양이온으로 산화된다. 상기 첨가제 분자가 하전되는 것은 또한 첨가제가 극고압에서 주입기 노즐을 빠져 나가는 연료 제트의 성분일 때 이루어질 수 있다. 따라서 이러한 첨가제를 포함하는 연료는 주입된 제트의 높은 전단력으로 인해 미립화가 잘 되고, 또한 기화하는 액체방울(droplet)은 향상된 점화 특성을 갖는 급진적으로 하전된 증기를 제공할 것이다.

본 출원은 (1,000 Bar 또는 14,504 psi 초과하는) 초고압 하에서 연소 구역 으로 연료가 주입되는 연소 시스템에서의 사용을 위한 이중-기능의 미립화 및 점화 연료 첨가제의 개발을 개시한다. 상기 첨가제를 포함하는 주입된 연료 조성물의 전단력은 미립화 비율을 증가시키기 위해 미립 연료의 표면에 불안정한 전하를 차례로 제공할 수 있는 첨가제 분자로부터 전자를 분리시킬 수 있다. 상기 연료 제트의 미립화 및 증기화로부터 생성되는 연료 증기는 하전될 수 있고, 점화를 증진시키는 것으로 알려진 상태이다. 향상된 미립화 및 점화는 상기 연소 시스템의 효율을 증가시킬 수 있고, 배기 오염물 정도를 저하시킬 수 있다.

본원에 나타낸 하나의 구현예는 (a) 다량의 연료 및 (b) 소량의 첨가제 조성물을 포함하는 연료 조성물을 제공한다. 상기 첨가제 조성물은 하기 (1) 및 (2)의 치환기를 갖는 방향족 고리를 포함하는 하나 이상의 연료 첨가제를 포함할 수 있다: (1) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및 (2) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중에서 하나 이상을 포함한다). 상기 하나 이상의 연료 첨가제는 연료 조성물 내에 약 500ppm 이상의 양으로 존재한다.

일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 치환기는 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환될 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 연료 조성물은 하기 (1) 및 (2)의 치환기를 갖는 방향족 고리를 포함하는 하나 이상의 제2 연료 첨가제를 추가로 포함할 수 있다: (1) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R구조를 포함하고, -X는 헤테로원자를 포함하고, R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및 (2) 상기 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환된 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다). 일부 구현예에서, 상기 연료 조성물은 향상된 연료 미립화 및 향상된 연료 점화를 제공한다.

일부 구현예에서, 상기 헤테로원자는 14족 원소, 15족 원소, 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 헤테로원자는 질소 및 산소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, R은 메틸, 에틸, 프로필, 및 이소프로필 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 하나 이상의 제2 치환기는 탄소수 약 32개 이하의 알킬기(여기서 알킬기는 선형 또는 분지형 사슬을 포함하고, 포화되거나 불포화된다)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 제2 치환기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, sec-부틸, tert-부틸, 및 펜틸 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 방향족 고리는 단환식 고리, 다환식 고리, 및 복소환식 고리 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 방향족 고리는 벤젠, 나프탈렌, 및 안트라센 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 첨가제 화합물은 2,4,6-트리메틸-N-메틸아닐린; 중합된 1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린; 2-메틸 인돌린; N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민; 메틸 치환 벤젠; 에틸 치환 벤젠; 프로필 치환 벤젠; 이소프로필 치환 벤젠; 부틸 치환 벤젠; 및 이소부틸 치환 벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 연료 첨가제는 연료 조성물에 약 4000 ppm 이상의 양으로 존재한다. 또 다른 구현예에서, 상기 하나 이상의 연료 첨가제는 연료 조성물에서 약 5000 ppm 내지 약 10,000 ppm의 양으로 존재한다.

다른 구현예에서, 연료 점화를 개선시키기 위한 방법은 연료 조성물(여기서 연료 조성물은 연료 및 하나 이상의 연료 첨가제를 포함한다)을 연소 시스템에 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 연료 첨가제는 (1) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 X-R구조를 포함하고, X는 헤테로원자를 포함하고, R은 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및 (2) 상기 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 -X-R구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 또는 헤테로원자를 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다)를 갖는 방향족 고리를 포함한다. 상기 연료 조성물의 연료 점화는 하나 이상의 연료 첨가제가 없는 연료에 비해 향상될 수 있다.

다른 구현예에서, 연료 미립화를 향상시키는 방법은

(a) 연료 조성물(연료 조성물은 연료 및 하나 이상의 연료 첨가제를 포함한다)을 제공하는 단계; 및

(b) 상기 연료 조성물을 연소 시스템의 연소 영역으로 전달시키는 단계(여기서 연소 영역으로 상기 연료 조성물의 전달은 연료 첨가제로부터 하나 이상의 전자를 제거하여 생성되는 연료 첨가제를 제공하기 위해 상기 연료 조성물에 충분한 전단력이 생기게 한다)를 포함할 수 있고,

상기 (a)단계에서 하나 이상의 연료 첨가제는 (1) 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R구조를 포함하고, -X는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및 (2) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다)를 갖는 방향족 고리를 포함한다. 상기 연료 조성물의 연료 미립화는 하나 이상의 연료 첨가제가 없는 연료에 비해 향상될 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 연소 영역으로 연료 조성물의 전달은 약 1000 bar를 초과하는 압력에서 이루어진다. 일부 구현예에서, 상기 연소 영역으로 연료 조 성물의 전달은 약 1500 bar를 초과하는 압력에서 이루어진다. 기타 구현예에서, 상기 연소 영역으로 연료 조성물의 전달은 약 2000 bar를 초과하는 압력에서 이루어진다. 또 다른 구현예에서, 상기 압력은 약 1000 내지 약 2500 Bar의 범위이다.

일부 구현예에서, 상기 생성 연료 첨가제는 산화된다. 일부 구현예에서, 상기 생성 연료 첨가제는 라디칼로 산화된다. 일부 구현예에서, 생성 연료 첨가제는 양으로 하전된 라디칼로 산화된다. 또 다른 구현예에서, 상기 생성 연료 첨가제는 양으로 하전된 양이온으로 산화된다.

일부 구현예에서, 상기 연소 시스템의 상기 연소 영역은 내부 연소 엔진, 보일러, 난방로(furnace), 소각기(incinerator), 제트 엔진, 및 로켓 엔진으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

다른 구현예에서, 연료 점화를 향상시키는 방법은 연료 첨가제(여기서 연료 첨가제는 연료 MON 및/또는 RON을 감소시킨다)를 포함하는 연료 조성물을 연소 시스템의 연소 영역으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 "옥탄가(octane number)"라는 용어는 본 연료와 동일한 안티노킹성(anti-knocking)(예컨대, 자연점화 저항 또는 폭발 방지를 갖는 노르말 헵탄 및 이소-옥탄(2,2,4-트리메틸펜탄, 옥탄의 이성질체)의 혼합물에서 이소-옥탄의 부피백분율을 언급한다.

본원에 사용되는, RON(Research Octane Number)이란 용어는 저강도 엔진 작동 하에서의 모의 연료 성능을 언급한다. 본원에서 사용되는 MON(Motor Octane Number)이라는 용어는 고속 또는 고부하(high load)에서 초래될 수 있는 (RON 보다) 더 극한 엔진 작동 하에서의 모의 연료 성능을 언급한다.

RON 및 MON 둘 모두는 표준 단기통, 가변압축비 엔진(variable compression ratio engine)으로 측정된다. RON 및 MON 둘 모두의 경우, 상기 엔진은 일정한 속도(RPM's)에서 작동되고, 상기 압축비는 노킹이 시작될 때까지 증가된다. RON의 경우 엔진 속도는 600 rpm에 맞추고, MON의 경우 엔진 속도는 900 rpm에 맞춘다. 또한, MON의 경우, 상기 연료는 예열되고, 가변 점화시기는 연료의 노크 저항을 더 주기 위해 사용된다.

본원에서 사용되는 "방향족 고리"라는 어구는 공액 평면 고리계가 비편재화된 전자로 둘러싸인 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 "방향족 고리"는 단환식 고리, 다환식 고리, 또는 복소환식 고리를 기재할 수 있다. 또한, "방향족 고리"는 융합 방향족 고리가 아닌 연결된 방향족 고리로서 기재될 수 있다. 단환식 고리는 아렌 또는 방향족 탄화수소로서 기재될 수 있다. 단환식 고리의 예로는 벤젠, 시클로펜텐, 및 시클로펜타디엔을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다환식 고리는 또한 다방향족 탄화수소, 다환식 방향족 탄화수소, 또는 다핵방향족 탄화수소로서 기재될 수 있다. 다환식 고리는 단환식 고리가 결합손(connecting bond)을 공유하는 융합 방향족 고리를 포함한다. 다환식 고리의 예로는 나프탈렌, 안트라센, 테트라센, 또는 펜타센을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복소환식 고리는 또한 헤테로아렌으로서 기재될 수 있다. 복소환식 고리는 비탄소 고리 원자(여기서 방향족 고리의 하나 이상의 탄소 원자는 산 소, 질소, 또는 황에 한정되는 것은 아니지만 이와 같은 헤테로원자에 의해 치환된다)를 포함한다. 복소환식 고리의 예로는 퓨란, 피리딘, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤조티오펜, 벤조[c]티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤족소졸(benzoxozole), 이소옥사졸, 벤즈이속사졸, 티아졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 피라진, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 또는 신놀린을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 일반 설명 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명적일 뿐, 청구항에 따른 본 발명의 추가 설명을 제공하는 것으로 이해된다.

연료 주입 압력은 특히 디젤 엔진에서 일정하게 증가한다. 이것은 미립화 및 채워진 공기의 혼합을 향상시키기 위해 필요하다. 주입 압력의 증가는 물질 내구성 및 연료 취급 에너지 관리 면에서 상기 연료 전달 시스템을 변경시킨다. 더 높은 주입 압력은 엔진 효율을 보다 좋게 하고 배출을 낮추며, 특히 특정 물질에 그러하다.

본 개시에 따르면, 방향족 고리 내에 전자 압력의 두개의 변수를 조정함으로써 연료 첨가제, 및 첨가제 분자에서 전하 비편재화를 위한 이상적인 배열의 분열을 설계할 수 있는 능력은 상이한 연소 시스템들을 보호하기 위해 바람직한 작동 범위를 제공한다.

본 출원은 향상된 연료 미립화 및 향상된 연료 점화의 이중 기능 및 단일 기 능을 모두 제공하는 연료 첨가제 성분을 개시한다. 또한, 본원에서 기재된 연료 첨가제는 연료가 (약 1,000 Bar, 또는 약 14,504 psi 초과하는) 초고압하에서 상기 연소 구역으로 주입되는 압축 점화 연소 시스템에서의 사용에 적합하다. 연료 조성물의 제트에 있어 전단력은 연료의 첨가제 분자로부터 전자를 분리시키고, 미립화의 비율을 증가시키기 위해 미립화된 연료의 액체방울의 표면에 불안정한 전하를 제공한다. 이러한 미립화로부터 생성되는 연료 증기는 하전되고, 점화를 증진시키는 것으로 알려진 상태이다. 본원에서 제공되는 향상된 미립화 및 점화는 연소 시스템의 효율을 증가시키고, 배기 오염물 정도를 저하시킨다.

따라서, 본원에 기재된 구현예에서, 예를 들어 1000 Bar를 초과하는 연료 주입 압력에 의한 압축 점화 연소 시스템 및/또는 산업용 대기 정상 버너 시스템 및 고압 연료 주입 시스템이 장착된 실용 난방로(utility furnace)에서의 적용을 발견할 수 있다. 본원에 기재된 구현예에서, 또한 약 1500 Bar(또는 약 22,000 psi)를 초과하거나, 또는 다른 실시예에서 약 2000 Bar(또는 약 29,000 psi)를 초과하는 연료 주입 압력으로 압축 점화 연소 시스템에서의 적용을 발견할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 연료 주입 압력은 약 1000 Bar 내지 약 2500 Bar 일 수 있다.

연료 미립화는 방향족 고리에 전자 방출성 치환기를 포함하는 방향족 고리를 포함하는 첨가제를 연료 조성물에 포함시킴으로써 향상될 수 있다. 상기 치환기는 기본 구조 "-X-R"를 가질 수 있고, 탄소 원자 또는 헤테로원자 중 어느 하나를 통해 상기 방향족 고리에 치환될 수 있다. X는 탄소원자 또는 주기율표에서 14족 원소(예컨대, X = 탄소, 실리콘 등), 15족 원소(예컨대, X = 질소, 인, 비소 등), 및 16족 원소(예컨대, X = 산소, 황, 셀레늄 등) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. X가 헤테로원자일 때, R은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 등과 같은 알킬기일 수 있다. 또한, R은 메톡시와 같은 알콕시기 또는 아미노기를 포함할 수 있다. X가 탄소 원자일 때, R은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, sec-부틸, 펜틸 등과 같은 알킬기일 수 있다. 또한, R은 약 32개 이하의 탄소수를 가질 수 있다. R은 선형 또는 분지형 사슬일 수 있고, 포화되거나 불포화된다. 상기 코어 방향족 고리는 벤젠과 같은 단환식 고리, 다환식 고리, 나프탈렌 및 안트라센과 같은 융합 고리, 또는 서로 융합된 것은 아니나 연결된 다중방향족 고리일 수 있다.

또한, 상기 개시된 방향족 고리 화합물 뿐만 아니라, 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환될 수 있는 다른 적절한 치환기는 -NR, -OR(예컨대, 페놀), -SR, -PR, -AsR, -SeR, -TeR, 및 -SbR을 포함할 수 있고, 여기서 R은 수소, 알킬기, 아릴기, 치환된 아릴기, 알콕시기, 또는 아미노기일 수 있다. R은 또한 상기 방향족 고리의 뒤로 고리화할 수 있고, 예를 들어 상기 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토-위치로 그것에 치환될 수 있다.

상기 방향족 고리내에 전자를 방출하는 치환기는 상기 고리 오비탈을 확장시키고 더 확산되게 한다. 상기 고리 전자는 고리 탄소핵으로부터 더 멀리 궤선을 돌 수 있고; 따라서, 탄소핵의 양전하에 덜 이끌린다. 이러한 환경하에서 궤선을 돌고 있는 방향족 고리 전자는 화학적 산화 또는 고압하의 주입기 노즐을 빠져 나가는 연료 제트에 미치는 것과 같은 물리적 전단력 중 어느 하나를 통해 공기 중으로 더 쉽게 분리되기를 기대할 수 있다. 연료 미립화의 경우, 치환기는 방향족 고리의 어느 곳에나 배치될 수 있다.

연료 점화 향상을 위해서는, 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된, 상기 "-X-R" 치환기 중 하나 이상의 "-X"는 N, O 등과 같은 헤테로원자일 수 있다. 나머지 "-X-R" 치환기는 헤테로원자 치환기에 비해 오르토 또는 파라 위치 중 어느 하나에 있을 수 있다(표 1 참고). 점화 향상 특성은 노크 엔진에서 첨가제를 테스트함으로써 알 수 있다. 상기 첨가제로 인한 옥탄 변화가 음일 때, 첨가제는 점화 향상제이다. 이러한 테스트의 예로는 표 1에 나타나 있다. MON 및 (RON + MON)/2에서 최대 음의 변화 결과를 나타내는 첨가제 화합물은 향상된 연료 점화를 제공한다.

일부 구현예에서, 본원에 기재된 연료 첨가제는 전자 분리를 통한 미립화 및 큰 음의 옥탄 변화를 통한 점화 향상의 이중 기능을 갖는 상기 기재된 전자-방출성 치환기를 갖는 방향족 고리를 포함할 수 있다. 이러한 것은 또한 연료 첨가제의 혼합물로 이룰 수 있으며, 여기서 제1 첨가제는 전자 분리를 통해 연료 미립화에 최적이고, 제2 첨가제는 연료 점화에 최적이다. 일 예로는 테트라이소부틸 벤젠 및 2-메틸인돌렌의 첨가제 혼합물일 수 있고, 전자(former)는 미립화 향상에 최적이고, 후자(latter) (표 1의 화합물 7)는 점화 향상에 최적이다.

본원에 기재된 적절한 첨가제 화합물의 예로는 아릴아민; 2,4,6-트리메틸-N-메틸아닐린; 중합된 1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린; 2-메틸 인돌린; N,N'-디- sec-부틸-p-페닐렌디아민; 메틸 치환 벤젠, 에틸 치환 벤젠, 프로필 치환 벤젠, 이소프로필 치환 벤젠, 부틸 치환 벤젠, 및 이소부틸 치환 벤젠을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 연료 첨가제는 연료 조성물에서 약 500 ppm 이상의 양으로 존재할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 연료 첨가제는 연료 조성물에서 약 4000 ppm 이상의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 연료 첨가제는 연료 조성물에서 약 5000 ppm 내지 약 10,000 ppm의 양으로 존재할 수 있다.

다른 구현예에서, 상기 연료 첨가제는 산화될 수 있다. 예를 들면, 상기 연료 첨가제는 양으로 하전된 라디칼 또는 양이온으로 산화될 수 있다.

다른 구현예에서, 본 개시는 i) 음전하를 관련 원자의 양으로 하전된 핵으로부터 더 넓은 공간 부피 이상으로 멀리 퍼지게 하기 위해서, 상기 고리의 p-오비탈이 더 넓고 더 멀리 확산되도록 하는 고리의 충분한 전하 압력을 제공하는 고리의 전자-방출성 치환기를 갖고/갖거나 ii) 치환기 p-오비탈의 조화와 함께 공액을 통해 일어날 수 있는 전하의 재배치를 상기 고리의 외부로 제한하거나 방해하는 특징을 갖는, 방향족 고리계를 갖는 화합물을 포함하는 조성물을 제공한다.

연료

본원에 기재된 연료 첨가제는 하나 이상의 연료 및/또는 하나 이상의 기유(base oil)과 결합될 수 있다. 적절한 연료는 임의의 공지된 탄화수소 연료 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 적절한 연료는 가솔린, 디젤 연료, 중간 증류 연료(middle distillate fuel), 바이오디젤 연료, 메탄올, 에탄올, 바이오에 탄올, 바이오부탄올에 한정되는 것은 아니나, 이와 같은 알코올, 항공(aviation) 연료, 제트(jet) 연료, 선박용(marine) 연료, 중유(bunker) 연료, 버너 연료, 가정 난방 오일(예컨대, 가정 난방 오일 no. 6), GTL(a gas-to-liquid) 기유, 그룹 I 기유, 그룹 II 기유, 그룹 III 기유, 그룹 IV 기유, 에스테르, 식물성 오일, 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

가솔린

본 개시의 연료 조성물 구현예에서 사용된 연료는 예컨대 가솔린과 같은 내부 연소 엔진용 연료로서 유용한 석유 탄화수소를 포함할 수 있다. 그러한 연료는 통상적으로 선형 및 분지형 사슬 파라핀, 올레핀, 방향족 화합물, 및 나프탈렌 탄화수소를 포함하는 다양한 형태의 탄화수소, 및 스파크 점화 가솔린 엔진용에 적절한 다른 액상 탄화수소 물질의 혼합물을 포함한다.

이러한 조성물은 무연 및 가연 가솔린과 같이 다수의 등급으로 제공되고, 통상적으로 직류 증류(straight run distillation), 열분해, 수소화분해, 접촉분해(catalytic cracking)와 같은 종래의 정제 및 혼합과정 및 다양한 개질과정에 의해 석유 원유로부터 유도된다. 가솔린은 ASTM D86 증류 방법에 의해 측정되는 바와 같이, 약 20 내지 60℃ 범위에서의 초기 끓는점 및 약 150 내지 230℃ 범위에서의 최종 끓는점을 갖는 탄화수소-함산소물 또는 액상 탄화수소의 혼합물로서 정의될 수 있다. 상기 가솔린은 알코올(예컨대, 메탄올 또는 에탄올)과 같은 다른 가연물을 포함할 수 있다.

본 개시의 상기 연료 조성물을 제조하는데 사용되는 상기 가연성 연료는 직접 주입 가솔린 엔진 작동에 사용하기 위해 적절한 임의의 가연성 물질, 예컨대 무연 또는 가연 모터 가솔린, 및 통상적으로 가솔린 끓는점 범위의 탄화수소 및 연료-용해성 산화 혼합제("함산소물") 둘 모두를 포함하는, 예컨대 알코올, 에테르와 같은 소위 개질 가솔린, 및 다른 적절한 산소-함유 유기 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 연료는 가솔린 끓는점 범위에서 끓는 탄화수소의 혼합물이다. 이러한 연료는 선형 또는 분지형 사슬의 파라핀, 시클로파라핀, 올레핀, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 가솔린은 직류 나프타, 폴리머 가솔린, 천연 가솔린으로부터 유도되거나, 약 80 내지 약 450℉ 범위에서 끓는 촉매로 개질된 스톡(stock)으로부터 유도될 수 있다. 상기 가솔린의 옥탄값(octane level)은 임계적이지 않으며, 임의의 종래의 가솔린은 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.

본 발명에 사용하기 위해 적절한 함산소물은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, t-부탄올, 혼합된 C₁ 내지 C₅ 알코올, 메틸 3차 부틸 에테르, 3차 아밀 메틸 에테르, 에틸 3차 부틸 에테르 및 혼합된 에테르를 포함한다. 산화물이 사용될 때, 보통 약 30 부피% 미만의 양으로 기준 연료(base fuel) 내에 존재할 것이고, 총 연료에서 약 0.5 내지 약 5 부피% 범위의 산소 함량을 제공하는 양으로 존재하는 것이 바람직하다.

운반 유체(carrier fluids)/희석제

일부 구현예에서, 상기 첨가제 또는 첨가제 패키지는 액상 운반체(liquid carrier) 또는 유도 보조제(induction aid)와 함께 사용될 수 있다. 적절한 운반 유체는 본원에서 정의된 기유를 포함할 수 있다. 더 적절한 운반 유체는, 예를 들어, 액상 폴리-알파-올레핀 올리고머, 미네랄 오일, 액상 폴리(옥시알킬렌) 화합물, 액상 알콜 또는 폴리올, 폴리알켄, 액상 에스테르, 및 유사한 액상 운반체와 같은 다양한 형태일 수 있다. 둘 이상의 이러한 운반체의 혼합물이 사용될 수 있다.

다른 첨가제

본원에서 기재된 첨가제 조성물은 방빙(anti-icing) 첨가제, 안티노크(antiknock) 첨가제, 산화 방지제, 정전기 방지 첨가제, 안티-밸브-시트 억제 첨가제(anti-valve-seat recession addictive), 마모 방지제, 살생제(biocide), 운반 유체(carrier fluid), 세탄 개선제(cetane improver), 연소 개선제(combustion improver), 전도도 개선제(conductivity improver), 부식 방지제, 흐림 방지제(dehazer), 해유화제(demulsifier), 세제, 분산제, 항력 감소제(drag reducing agent), 염료, 유화제, 기포 방지제(foam inhibitor), 연료 안정화제, 주입기 침전물 조절 첨가제(injector deposit control additive), 윤활 첨가제(lubricity additive), 마커(marker) 또는 고객 고유의 "태그", 금속 비활성제, 옥탄 개선제, 유동점 강하제(pour point depressant), 방취제, 봉합 팽창 첨가제(seal swell additive), 계면 활성제, 왁스 침전 방지 첨가제(wax anti-settling additives, "WASA"), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

연소 개선제

적절한 연소 개선제는 망간 화합물, 페로센, 플라티늄, 세륨, 산화세륨 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유용한 망간 화합물의 비제한적인 예로는 메틸시클로펜타디에닐 망간 트리카보닐과 같은 알킬시클로알킬디에닐 망간 트리카보닐이다. 이것은, 일반적으로 연료의 갤론당 망간이 약 0.0156 내지 약 0.125 그램의 처리 비율(treat rate)로 첨가된다.

메틸시클로펜타디에닐 망간 트리카보닐과 같은 시클로펜타디에닐 망간 트리카보닐 화합물은 NO_x 및 스모그 형성 전구물질(smog forming precursor)과 같은 테일파이프(tailpipe) 배출을 감소시킬 수 있고, 종래의 종류 및 "개질된" 형태의 가솔린 모두의 옥탄 질을 상당히 개선시킬 수 있는 우수한 능력 때문에 적절한 연소 개선제이다.

부식 방지제

본원에 개시된 구현예에 부식 방지제로서 다양한 물질이 이용될 수 있다. 따라서, 톨 오일 지방산, 올레산, 리놀레산 등으로부터 제조되는 바와 같이, 이량체 및 삼량체 산이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시에서의 사용을 위한 부식 방지제의 다른 유용한 형태는 예를 들어, 테트라프로페닐숙신산, 테트라프로페닐숙신산 무수물, 테트라데세닐숙신산, 테트라데세닐숙신산 무수물, 헥사데세닐숙신산, 헥사데세닐숙신산 무수물, 등과 같은 알케닐 숙신산 무수물 및 알케닐 숙신산 부식 방지제이다. 또한, 폴리글리콜과 같은 알코올을 갖는 알케닐기에서 탄소수 8 내지 24개의 알케닐 숙신산의 하프 에스테르(half ester)가 유용하다. 또한, 적절한 물질로는 테트라알케닐 숙신산과 같은 아미노숙신산 또는 이의 유도체가 있다.

해유화제

다양한 해유화제로서 예를 들어 폴리옥시알킬렌 글리콜, 옥시알킬화 페놀 수지 등의 물질이 본원에 개시된 구현예에 사용하기에 적절할 수 있다.

세제

금속-함유 또는 애쉬-형성(ash-forming) 세제는 침전물을 감소시키거나 제거하기 위한 세제 및 산 중화제 또는 부식 방지제로서의 기능을 모두 하므로, 마모, 침전물 및 부식을 감소시키고 연료 포뮬레이션을 연소하는 엔진용 엔진 수명을 연장시킨다. 세제는 일반적으로 극성 머리가 산성 유기 화합물의 금속염을 포함하는 긴 소수성 꼬리(long hydrophobic tail)를 갖는 극성 머리를 포함한다. 상기 염은 실질적으로 화학량론적 양으로 금속을 포함할 수 있고, 이 경우 염은 보통 정염 또는 중성염으로서 기재되며, 통상적으로 0 내지 150 미만의 총 염기수 또는 (ASTM D2896에 의해 측정됨에 따라) TBN을 가질 수 있다. 다량의 금속염기는 이산화탄소와 같은 산성기체와 산화물 또는 수산화물과 같은 과량의 금속 화합물을 반응시킴으로써 포함될 수 있다. 생성된 과염기성(overbased) 세제는 무기 금속염(예컨대, 수화 탄산염)의 코어를 둘러싸는 중성 세제의 미셀(micelles)을 포함한다. 그러한 과염기성 세제는 150 이상의 TBN을 갖을 수 있고, 통상적으로 250 내지 450의 범위 또는 그 이상을 갖을 수 있다.

일부 구현예에 사용하기에 적절한 세제로는 마니쉬 염기(Mannich base) 세제, 폴리에테르아민, PIB-아민, 숙신이미드, 및 이들의 조합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

마찰 조절제 (friction modifier) 및 윤활 첨가제

특정 적용의 경우, 최종 연료 포뮬레이션(finished fuel formulation)을 제조함에 있어 윤활 첨가제로서 또한 언급되는 하나 이상의 마찰 조절제를 사용하는 것은 바람직할 수 있다. 적절한 윤활 첨가제는 지방족 지방산 아미드, 지방족 카르복실산, 지방족 카르복실 에스테르, 지방족 카르복실 에스테르-아미드, 지방족 아민, 또는 이들의 혼합물과 같은 화합물을 포함한다. 상기 지방족기는 통상적으로 상기 화합물이 연료에 적절히 용해될 수 있게 하도록 탄소수를 약 8개 이상 포함한다. 또한, 하나 이상의 지방족 숙신산 또는 무수물을 암모니아와 반응시킴으로써 형성된 지방족 치환 숙신이미드가 적절하다.

상기 윤활 첨가제의 사용은 선택적이고, 상기 연료의 고유 윤활성에 좌우될 것이다. 그러나, 마찰 조절제가 사용되는 적용에서, 최종 연료 포뮬레이션은 하나 이상의 마찰 조절제를 약 1.25 wt% 이하 포함할 수 있고, 보통 약 0.05 내지 약 1 wt% 포함할 수 있다.

방지제

본원에 기재된 최종 연료 조성물은 일부 구현예에서 몇몇 방지제를 포함할 수 있다. 상기 방지제 성분은 부식 방지 및 기포 방지를 포함하는 다른 기능을 제공한다. 방지제는 최종 연료 조성물에 사용되는 하나 이상의 다른 성분을 추가로 포함할 수 있는 미리 형성된 첨가제 패키지에 도입될 수 있다. 다른 방법으로서, 이러한 방지제 성분은 개별적으로 또는 다양한 하부 조합으로 도입될 수 있다. 사용되는 방지제의 함량은 합리적인 한도 내에서 다양할 수 있지만, 본 개시의 최종 연료 조성물은, 예컨데 용매와 같은 불활성 물질 또는 보통 이와 관련된 희석제의 무게를 제외한 "활성 성분 기준"에 따라, 통상적으로 약 0 내지 약 15 wt% 범위의 총 방지제 함량을 가질 것이다.

하기의 실시예는 본 개시의 추가적 양상들을 설명하려는 것이며, 본 개시의 범주를 한정하기 위해 사용되지 아니한다.

실시예

방향족 연료 첨가제 화합물의 고리에서 전자-방출성기의 충돌을 특정하기 위해 옥탄 엔진 측정을 사용하였다. 따라서 적당한 환경적 자극을 받을 때 전자를 잡고 있거나 잃을 수 있는 고리의 능력을 측정하였다. 구체적으로, RON(research octane number) 및 MON(motor octane number) 둘 모두는 전자를 잡을 수 있고/있거나 전자를 끌 수 있는 첨가제의 증가하는 능력과 더불어 증가하고, 첨가제로부터 전자손실의 용이성과 더불어 감소하는 것을 발견하였다. 아릴아민계 첨가제의 경우, 전자-방출성 치환기에 의한 방향족 고리의 전자 압력이 전자를 잡을 수 있고/있거나 전자를 끌 수 있는 첨가제 화합물의 능력을 초기에 증가시키는 것을 발견하였다. 이것을 RON 및 MON에서 증가하는 양의 변화에 반영하고, RON의 변화가 이러한 특성을 더 잘 나타낸다(하기 표 1 참조). 아릴아민의 파라- 및 아민 질소 위치에 있는 치환기가 이러한 거동을 향상시키는 것을 알았다. 메타-치환이 덜 효과적이고, 오르토-치환이 최소 효과를 나타내는 것을 알았다. 이는 표 1에 첨가제 번호 2(오르토-) 및 3(파라-)이 나타나 있다. 표 1은 또한 상기 방향족 고리에 더 높은 전자 압력을 제공할 수 있는 치환기, 예컨대 상기 고리에서 메톡시- 대 메틸-치환기(첨가제 3 및 4 참고)가 전자를 가지고 있을 수 있는 상기 방향족 고리의 능력을 증가시키는 것을 증명하는 데이터를 포함한다.

전자를 잡거나 잃을 수 있는 방향족 고리의 능력을 측정하기 위한 옥탄 측정의 사용 .

첨가제 번호	테스트 화합물	테스트 화합물 구조	분자량	처리 농도 (5000 mg/L)
첨가제 번호	테스트 화합물	테스트 화합물 구조	분자량	ΔRON	ΔMON
1	N-메틸아닐린		107	0.8	0.4
2	N-메틸-o-톨루이딘		121	0.3	0.4
3	N-메틸-p-톨루이딘		121	1.2	0.8
4	N-메틸-p-메톡시아닐린		137	1.8	0.2
5	2,4,6-트리메틸-N-메틸아닐린		149	0	-0.8
6	Naugalube^®TMQ^*		174	-0.4	-1.1
7	2-메틸인돌린		133	-0.2	-1.4
8	Ethanox^®4720^**		120	-0.4	-2.1

^* Naugalube^®TMQ는 켐투라(Chemtura)로부터 입수 가능한 것으로, 중합된 1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린이다.

^** Ethanox^®4720는 에프톤 케미칼 코포레이션(Afton Chemical Corporation)으로부터 입수 가능한 것으로, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민이다.

^*** 기호 "Δ" 는 기준 연료에 존재하는 첨가제로 인한 옥탄가에서 변화를 의미하는 것이다.

그러나 더욱 놀라운 것은 상기 방향족 고리에서 전자-방출성 치환기의 수를 증가시키고/증가시키거나 확장된 비편재화를 통해 원자의 최대수 이상으로 고리 전하를 퍼트릴 수 있는 상기 방향족 고리의 능력을 감소시킴으로써 방향족 고리의 전자 압력을 증가시킴에 의한 이 반응의 전환점(turnaround)이었다. 표 1에서 첨가제 번호 5의 RON 및 MON 결과는 이러한 전환점을 증명한다. 또한, 첨가제 번호 5에서 메틸 치환기가 메톡시기에 의해 순차적으로 치환될 때, RON 및 MON 둘 모두는 변화하면서 감소하나, MON은 이러한 반응을 추적하기에 잘 나타내는 변수이다. 표 1에서 보여지는 바와 같이 증가하는 음의 Δ-MON은 전자를 잃을 수 있는 첨가제의 능력 척도이고, 이는 본 개시의 구현예의 주요 특징이다. 방향족 고리의 π-오비탈은 더 넓게 확산이 잘 되어 π-전자가 상기 고리 원자의 양으로 하전된 핵으로부터 더 멀리 존재할 수 있게 된다. 상기 전자의 자유도가 더 광범위 할수록 첨가제 분자로부터 전자가 더 쉽게 제거된다. 그러한 상태에서 방향족 분자는 화학적 및/또는 물리적 수단에 의해 매우 쉽게 산화(예컨대, 전자의 분리)될 수 있다.

첨가제 번호 6인 퀴놀린 유도체, 및 첨가제 번호 7인 인돌린 유도체의 결과는, 상기 방향족 고리에 대해서 아민 질소 원자 형상의 자유도를 제한함으로써, 분자에서 전자의 광범위한 비편재화를 분열시키는 특징이 증가하는 음의 Δ-MON을 또한 만들어 낼 수 있다는 것을 나타낸다. 상기 퀴놀린 특징은 6원자 고리에서의 아민 질소 및 5원자 고리에서의 인돌린을 결합시킨다. 상기 고리 크기가 6원자에서 5원자로 감소하면, Δ-MON도 Naugalube®TMQ의 -1.1에서 인돌린의 -1.4로 감소한다. 이는 아민 질소의 p-오비탈이 벤젠 고리의 p-오비탈 6개와 평행하게 향하도록 아민 질소가 제한된 결과로서, π-전자의 최대 비편재화를 용이하게 하는 배열이다.

표 1의 결과는, 제트 전단력 전자-분리에 의해 연료 미립화를 증진시키고, 또한 연료 증기를 미리 전하시킴으로써 점화를 향상시킬 수 있는 이중 기능이 가능한 유기 첨가제 화합물인 경우, 상기 옥탄 엔진에서 큰 음의 Δ-MON을 나타내는 것을 증명한다. 이는 전자-방출성 치환기를 갖는 방향족 고리에 특정 포인트를 지나는 전자 압력을 증가시킴으로써, 또는 방향족 고리의 치환기로 광범위한 상기 고리 전자의 비편재화를 분열시킴으로써 이룰 수 있다.

전하 성층현상(charge stratification)을 발생시키는 물리적 전단력은 약 1000 Bar를 초과하는 압력에서 주입기 노즐을 빠져나가는 연료 제트 주위에 형성될 수 있다. 현재 고급 디젤 엔진은 약 1000 내지 약 2000 Bar (약 14,504 내지 약 29,008 psi) 사이의 연료 주입 압력에서 작동하고, 개발 중인 것은 약 2500 Bar (약 36,260 psi)에서 작동한다.

본 개시의 구현예는 상기 옥탄 엔진에서 큰 음의 Δ-MON을 나타내도록 설계된 첨가제 분자로부터 전자를 분리할 수 있는 높은 주입 압력에 의해 발생되는 강력한 전단력을 개발하기 위해 연료 주입 압력을 한층 더 상승하는 경향을 이용한다.

본 발명의 기타 구현예는 본원에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시를 통해 당업자들이 이해하는데 명확할 것이다. 상기 명세서 및 청구항을 통해 사용된, 단수 형태는 단수 또는 복수를 언급할 수 있다. 달리 표시되어 있지 않는 한, 본 명세서 및 청구항에 사용된 성분의 양을 표현하는 모든 수, 분자량과 같은 특성, 백분율, 비율, 반응 조건, 및 기타 등은 "약"이란 용어에 의해 모든 경우에서 변형되는 것으로 이해된다. 따라서, 그와 반대로 표시되어 있지 않는 한, 본 명세서 및 청구항에 설명된 수치 변수는 본 발명에 의해 달성되고자 하는 바람직한 특성에 따라 달라질 수 있는 근사값이다. 적어도, 청구항의 권리범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 의도는 아니지만, 각 수치 변수는 적어도 보고된 유도 숫자의 관점 및 보통의 라운딩 기법을 적용하여 고려되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 설명하는 수치 범위 및 변수가 근사값임에도 불구하고, 특정 실시예에서 설명된 수치값은 가능한한 정밀하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치값은 본래 그들의 개별적인 시험 측정에서 발견되는 표준 편차에서 필연적으로 비롯하는 특정 오차를 포함한다. 본 명세서와 실시예는 단지 대표로서 간주되는 것으로 의도되고, 발명의 범위 및 진정한 취지는 하기 청구범위에 나타난다.

Claims

(a) 다량의 연료 및

(b) 하기 (1) 및 (2)의 치환기를 갖는 방향족 고리를 포함하는 하나 이상의 연료 첨가제를 포함하는 소량의 첨가제 조성물을 포함하는 연료 조성물:

(1) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및

(2) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2치환기는 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중에서 하나 이상을 포함한다),

여기서, 하나 이상의 연료 첨가제는 연료 조성물 내에 약 500ppm 이상의 양으로 존재함.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 제2 치환기가 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환된 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 하기 (1) 및 (2)의 치환기를 갖는 방향족 고리를 포함하는 하나 이상의 제2 연료 첨가제를 추가로 포함하는 연료 조성물:

(1) 상기 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X는 헤테로원자를 포함하고, R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및

(2) 상기 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다).
제 3 항에 있어서, 향상된 연료 미립화 및 향상된 연료 점화를 제공하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 헤테로원자가 14족 원소, 15족 원소, 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 헤테로원자가 질소 및 산소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, R이 메틸, 에틸, 프로필, 및 이소프로필 중 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 제2 치환기가 탄소수 약 32개 이하의 알킬기(여기서 알킬기는 선형 또는 분지형 사슬을 포함하고, 포화되거나 불포화된다)를 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 제2 치환기가 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, sec-부틸, tert-부틸, 및 펜틸 중에서 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 방향족 고리가 단환식 고리, 다환식 고리, 및 복소환식 고리 중 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 방향족 고리가 벤젠, 나프탈렌, 및 안트라센 중 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 첨가제 화합물이 2,4,6-트리메틸-N-메틸아닐린; 중합된 1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린; 2-메틸 인돌린; N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민; 메틸 치환 벤젠; 에틸 치환 벤젠; 프로필 치환 벤젠; 이소프로필 치환 벤젠; 부틸 치환 벤젠; 및 이소부틸 치환 벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 연료 조성물.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 연료 첨가제가 연료 조성물에 약 4000 이상의 양으로 존재하는 연료 조성물.
연료 조성물(여기서 연료 조성물은 연료 및 하나 이상의 연료 첨가제를 포함한다)을 연소 시스템에 제공하는 단계를 포함하는 연료 점화를 향상시키는 방법:

여기서 하나 이상의 연료 첨가제는

(1) 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 X-R구조를 포함하고, X는 헤테로원자를 포함하고, R은 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및

(2) 방향족 고리에서 제1 치환기에 비해 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X-는 -CH₂- 또는 헤테로원자를 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다)를 갖는 방향족 고리를 포함하고;

여기서 연료 조성물의 연료 점화는 하나 이상의 연료 첨가제가 없는 연료에 비해 향상됨.
(a) 연료 조성물(여기서 연료 조성물은 연료 및 하나 이상의 연료 첨가제를 포함한다)을 제공하는 단계; 및

(b) 연료 조성물을 연소 시스템의 연소 영역으로 전달시키는 단계(여기서 연소 영역으로 연료 조성물의 전달은 연료 첨가제로부터 하나 이상의 전자를 제거하여 생성되는 연료 첨가제를 제공하기 위해 연료 조성물에 충분한 전단력이 생기게 한다)를 포함하는 연료 미립화를 향상시키는 방법:

상기 (a)단계에서 하나 이상의 연료 첨가제는

(1) 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 제1 치환기(여기서 제1 치환기는 -X-R 구조를 포함하고, -X는 -CH₂- 및 헤테로원자 중 하나 이상을 포함하고, -R은 알킬기, 알콕시기, 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다), 및

(2) 방향족 고리의 탄소 원자에 치환된 하나 이상의 제2 치환기(여기서 하나 이상의 제2 치환기는 알킬기, 알콕시기 및 아미노기 중 하나 이상을 포함한다)를 갖는 방향족 고리를 포함하고;

여기서 연료 조성물의 연료 미립화는 하나 이상의 연료 첨가제가 없는 연료에 비해 향상됨.
제 15 항에 있어서, 연소 영역으로 연료 조성물의 전달이 약 1000 bar를 초과하는 압력에서 이루어지는 방법.
제 15 항에 있어서, 연소 영역으로 연료 조성물의 전달이 약 1500 bar를 초과하는 압력에서 이루어지는 방법.
제 15 항에 있어서, 연소 영역으로 연료 조성물의 전달이 약 2000 bar를 초과하는 압력에서 이루어지는 방법.
제 16 항에 있어서, 압력이 약 1000 내지 약 2500 Bar인 방법.
제 15 항에 있어서, 생성 연료 첨가제가 산화되는 방법.
제 20 항에 있어서, 생성 연료 첨가제가 라디칼로 산화되는 방법.
제 20 항에 있어서, 생성 연료 첨가제가 양으로 하전된 라디칼로 산화되는 방법.
제 20 항에 있어서, 생성 연료 첨가제가 양으로 하전된 양이온으로 산화되는 방법.
제 15 항에 있어서, 연소 시스템의 연소 영역이 내부 연소 엔진, 보일러, 난방로, 소각기, 제트 엔진, 및 로켓 엔진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
연료 첨가제(여기서 연료 첨가제는 연료 MON 및/또는 RON을 감소시킨다)를 포함하는 연료 조성물을 연소 시스템의 연소 영역으로 제공하는 단계를 포함하는 연료 점화를 향상시키는 방법.