Топливо для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя

Изобретение относится к топливной композиции для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах, ракетных двигателях или дизельных двигателях, включающая, в определенных количествах: (а) алкилароматические соединения формулы (I), (b) топливные добавки, и (с) обычные смеси топливных компонентов для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, предпочтительно очищенных смесей топливных компонентов с ультранизким количеством серы или смесей топливных компонентов Фишера-Тропша, которая по существу свободна от полициклических соединений, главным образом, от полициклических ароматических заместителей и существенно свободна от непрореагировавшего бензола. Также настоящее изобретение относится к способу приведения в действие дизельного двигателя, к способу приведения в действие реактивного двигателя или газовой турбины, к способу приведения в действие ракетного двигателя, к способу приведения в действие транспортного средства, имеющего энергосистему, а также к способу приведения в действие прямоточного воздушно-реактивного двигателя или двигателя сверхзвукового, причем в заявленных способах в качестве топлива используется указанная выше топливная композиция. Заявленная топливная композиция обладает высокой температурой вспышки, низкой температурой потери текучести, высокой стабильностью при повышенных температурах и устойчивостью к окислителям, повышенной плотностью, улучшенной смазывающей способностью, пониженной токсичностью, а также хорошей совместимостью в природных смесях с обычным или обычным с ультранизким содержанием серы реактивным топливом, топливом для газовой турбины, ракетным и/или дизельным топливом. 6 н. и 12 з.п. ф-лы.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к топливу или смеси топливных компонентов для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, главным образом реактивного двигателя, ракетного двигателя и дизельного двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Доступность и качество природных ресурсов для топлива для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя представляет исключительную и сложную техническую задачу. Обозначенная проблема заключается в увеличивающемся спросе на топливо для реактивного двигателя и дизельного двигателя для авиации и автомобильной промышленности. В то время, как требования к качеству топлива увеличиваются, возможность производить приемлемые топлива из соответствующей неочищенной нефти уменьшается. Благодаря тому факту, что обычная неочищенная нефть становится, в среднем, более тяжелой (например, более полициклической) и содержащей больше серы, потребность в приемлемом топливе является неудовлетворенной потребностью. В то же время движение к более чистому топливу приводит к высокогидрированному, менее плотному топливу, что является следствием обработки для удаления серы и полициклических соединений, таких как нафталины. Полагают, что обычное высокоочищенное топливо и высокопарафинистое топливо Фишера-Тропша имеют низкую плотность, вызывают недостаточное набухание уплотнителей и обладают недостаточными смазывающими свойствами. Ограничения состава бензиновых углеводородов делают недоступными углеродсодержащие компоненты, имеющие любые непосредственные применения, такие как бензол и углеводороды с более короткой цепью, имеющие от пяти до девяти атомов углерода.

Циркулирующее топливо внутри и снаружи летательного аппарата обычно обеспечивает единственный способ охлаждения двигателя, масла, электроники, крыльев и др. частей аппарата. Существенно возросшие вследствие увеличения требований к топливной экономичности и эффективности использования топлива тепловые нагрузки значительно повысили рабочую температуру двигателя. Многие маршруты пролегают в полярных широтах, поэтому топливо должно удовлетворять требованиям к нему в широком интервале температур. Способность обеспечивать температуру вспышки 60°С или выше при сохранении температуры текучести ниже -60°С остается не реализованной. Другим требуемым результатом повышения температуры вспышки согласно настоящему описанию является, желательно, повышение шансов выживания при авариях или пожарах во время заправки и полета летательного аппарата.

Также желательно иметь гибкий и разнообразный источник топлива, так чтобы сырье для топлива было получено не только из основных компонентов нефти, но могло быть получено из натурального газа, угля, мазута, биомассы и обширного исходного сырья через синтез-газ. Однако подобные гибкость и разнообразие на данный момент не являются широко доступными. Таким образом, существует потребность решить обсуждаемые выше вопросы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Топливная композиция для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах, ракетных двигателях или дизельных двигателях, включающая:

(а) от примерно 5% до примерно 99%, от массы топливной композиции, соединений формулы (I)

где А выбран из бензола, толуола, ксилола, циклогексана и их смеси, более предпочтительным А является бензол, толуол или циклогексан, наиболее предпочтительным - бензол; так, что A нетерминально присоединен к фрагменту L и, кроме того, A напрямую соединен с фрагментом L; R' выбран из водорода и С13 алкила; R'' выбран из водорода и С13 алкила, где оба R' и R'' нетерминально присоединены к фрагменту L; фрагмент L является линейным ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, так что общее число атомов углерода в фрагменте L, R' и R'' равно от 5 до 25 атомов углерода;

(b) по крайней мере, от 0,01% топливных добавок и

(с) от примерно 0% до примерно 90% обычных природных смесей для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, предпочтительно, очищенных смесей топливных компонентов с ультранизким количеством серы или смесей топливных компонентов Фишера-Тропша.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ограничения содержания в топливе углеводородов, таких как бензол, линейные алканы с короткой (от C5 до C9) цепью и малоразветвленные алканы, сделали или сделают доступными компоненты, которые могут быть использованы для алкилирования ароматических соединений с получением моноароматических соединений, применяемых в реактивном и дизельном топливе. Использование моноароматических соединений в качестве топлива, особенно алкилбензолов, полученных из бензола и особенно из обычных компонентов бензина или линейных более коротких цепей (от C5 до C14) и малоразветвленных алканов, полученных по Фишеру-Тропшу, может быть полезным в разнообразных аспектах. Использование подобных бензолов и линейных и малоразветвленных алканов с короткой цепью (от C5 до C14) предпочтительно в масштабном производстве реактивного топлива, которое является насущной необходимостью, что приводит к удалению таких нежелательных веществ из бензина, используемого в автомобилях. Дополнительно, топливо в соответствии с данным изобретением обладает многими ценными свойствами, как то: высокая температура вспышки, низкая температура потери текучести, высокая стабильность при повышенных температурах, устойчивость к окислителям, повышенная плотность, улучшенные смазывающие свойства, пониженная токсичность, а также свойства, полезные при составлении топливных смесей. Указанные свойства позволяют получать улучшенные сорта топлива, в особенности, для высокоэффективных современных авиационных двигателей, реактивных двигателей, сверхзвуковых реактивных двигателей, ракетных двигателей или импульсных двигателей и т.п.

Более короткие парафиновые цепи длиной от C5 до C9 могут быть соединены с ароматическими соединениями, такими как бензол, и, необязательно, с ароматическими соединениями, восстановленными до циклогексанов, с образованием топлива, имеющего некоторые желательные для реактивного, газотурбинного, ракетного и дизельного топлива свойства. Алкилирование бензола, главным образом, линейными олефинами и/или олефинами из парафинов будет альтернативным путем увеличения разветвления олефинов и/или олефинов из парафинов в противоположность гидроизомеризации. Другими словами, топливо настоящего изобретения представляет перспективный и экономически эффективный способ увеличения разветвления продуктов Фишера-Тропша с низкой молекулярной массой. Также топливо настоящего изобретения может быть получено из небензинового исходного сырья, такого как природный газ, уголь, битуминозные сланцы или горючий сланец. Перечисленные разнообразные источники сырья обеспечивают высокую желаемую гибкость топливных источников.

Обозначенная проблема в области реактивного и дизельного топлива заключается в способности топлива обладать, наряду с другими свойствами, многочисленными свойствами, такими как низкая температура потери текучести, повышенная смазывающая способность, повышенная температура вспышки, снижение токсичности, совместимость в природных смесях с обычным или обычным с ультранизким содержанием серы реактивными топливом, топливом для газовой турбины, ракетным и/или дизельным топливом. Дополнительно, алкилароматические соединения могут быть гидрированы до алкилциклогексанов с образованием топлива, способного обеспечить эндотермическое охлаждение в современных и перспективных авиационных двигателях/авиационных конструкциях с высокими техническими показателями.

Топливо настоящего изобретения также может быть предпочтительно использовано в качестве части природной смеси для использования в оборудовании, приводимом в действие углеводородным топливом, таком как походные горелки, бензопила, генераторы и подобное. Топливо, названное здесь «универсальное боевое топливо», такое как топливо настоящего изобретения, может быть использовано в различных машинах, приводимых в действие углеводородным топливом. Использованное здесь «углеводородное топливо» означает газолин, керосин, горючее и дизельное топливо. Более того, более высокая температура вспышки, повышенная плотность, лучшая смазывающая способность топлива алкилароматических соединений или смесей алкилароматических соединений настоящего изобретения с соответствующим топливом, таким как высоко обработанное реактивное топливо или реактивное топливо Фишера-Тропша, могут делать топливо настоящего изобретения также пригодным для использования в военных дизельных двигателях, улучшая таким образом применимость универсального боевого топлива. Эти достоинства также могут быть полезны в обычном автомобильном и внедорожном дизельном топливе, обычно, когда смешивают с тщательно обработанным обычным или дизельным сырьем Фишера-Тропша.

Топливная композиция включает от примерно 5 мас.% до примерно 99 мас.%, от массы топливной композиции, алкилароматического соединения или алкилциклогексана формулы (I):

где фрагмент А выбран из ароматической молекулы, молекулы, полученной из ароматической молекулы, такой как циклогексан и их смеси. Предпочтительно, чтобы эта молекула являлась бензолом, толуолом, ксилолом, циклогексаном и их смесью, более предпочтительно, бензолом или циклогексаном. Молекула А, такая как бензол, может быть получена и нефти или угля, как горючий сланец. Фрагмент A нетерминально присоединен к фрагменту L. Фрагмент А также таков, что он напрямую соединен с фрагментом L или, другими словами, не существует метиленовой группы между Фрагментом А и фрагментом L.

R' выбран из водорода и C1-C3 алкила. Предпочтительно, чтобы R' являлся водородом, метилом или этилом, более предпочтительно, чтобы R' являлся водородом или метилом. R' нетерминально присоединен к фрагменту L. То есть R' не добавляет общей длины цепи частицы L, но, вернее, является ответвлением от фрагмента L.

R'' выбран из водорода и C1-C3 алкила. Предпочтительно, чтобы R'' являлся водородом, метилом или этилом, более предпочтительно, чтобы R'' являлся водородом или метилом. R'' нетерминально присоединен к фрагменту L. То есть R'' не добавляет общей длины цепи частицы L, но, вернее, является ответвлением от частицы L. Топливо настоящего изобретения таково, что R' и R'' выбраны так, чтобы получить малоразветвленное алкилароматическое соединение или алкилцилкогексан, дополнительно обсуждаемые ниже, имеющие в среднем от примерно 1,0 до примерно 1,5 разветвлений на молекулу.

Фрагмент L является ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, таким что L + R' + R'' равно от 5 до 25 атомов углерода. В предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 5 до 7. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 8 до 10. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 10 до 14. В другом предпочтительном варианте топлива настоящего изобретения общее число атомов углерода в L, R' и R'' равно от 5 до 14. Предпочтительным фрагментом L является R'''-C(-)H(CH2)VC(-)H(CH2)XC(-)(CH2)Y-CH3, где три C(-) означают три атома углерода, к которым могут быть присоединены фрагменты А, R' и R'' по формуле (II) ниже:

где фрагменты R', R'' и А определены ранее, так что в соединениях формулы (I) или формулы (II) не существует четвертичных атомов углерода.

R''' выбран из C1-C6 алкила. Предпочтительно, чтобы R''' являлся C1-C3 алкилом, более предпочтительно, чтобы R''' являлся метилом или этилом. Число метиленовых субъединиц, v, x и y каждое независимо является целым числом от 0 до 10, при условии что общее число атомов углерода, исключая атомы углерода фрагмента А (например, в формуле (I) общее число атомов углерода в L, R' и R''; в формуле (II) общее число атомов углерода в R', R'' и R''' C(-)H(CH2)VC(-)H(CH2)XC(-)(CH2)Y-CH3), равно от 5 до 25 атомов углерода. Поэтому, не ограничиваясь примером, 2-фенилпентан будет соответствовать формуле (I), которая имеет фрагмент L, являющийся ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, имеющим 5 атомов углерода, R' и R'' являются атомами водорода, и фрагмент А является бензолом; или формуле (II), имеющей v, x и y равные 0, где R' и R'' являются атомами водорода, R''' является С1 и фрагмент А - бензол.

В топливе настоящего изобретения предпочтительно, чтобы фрагмент А был присоединен к фрагменту L в положении, которое выбрано из положений альфа- или бэта- по отношению к одному из двух терминальных атомов углерода фрагмента L, предпочтительно, чтобы фрагмент А был присоединен к фрагменту L в положении альфа- к терминальному атому углерода фрагмента L. Термин «альфа-» или «бэта-» означает, что атомы углерода, которые отстоят, соответственно, на один или два атома углерода от терминальных атомов углерода. Для того, чтобы лучше объяснить это, приведенная ниже структура показывает два возможных альфа-положения и два возможных бэта-положения в общем линейном углеводороде.

Более того, в первом аспекте изобретения топливная композиция может иметь молярное соотношение нечетвертичных и четвертичных атомов углерода в фрагменте L формулы (I) или комбинации R''' и фрагмента C(-)H(CH2)VC(-)H(CH2)XC(-)(CH2)Y-CH3 формулы (II) по крайней мере примерно 50:1 и, более предпочтительно, по крайней мере 200:1.

Любое из алкилароматических соединений, предпочтительно алкилбензол, может быть частично или полностью превращено в соответствующие алкилциклогексаны каталитическим гидрированием, так как для данного топлива требуется низкое содержание ароматики или отсутствие ароматики. Подобное осуществление не является предпочтительным из-за соображений стоимости для использования обычных реактивных, газотурбинных, ракетных и/или дизельных топливных композиций. Однако конверсия в алкилциклогексаны может быть полезна при использовании, когда дополнительная стоимость оправдана. Конверсия в алкилциклогексаны может быть полезна при использовании в специальном авиационном или ракетном топливе, когда дополнительная стоимость оправдана, например, для эндотермических охлаждающих свойств. Конверсия из алкилароматических соединений, таких алкилбензол, в алкилциклогексан может быть достигнута стадией гидрирования алкилароматического соединения, предпочтительно алкилбензола, в алкилциклогексан.

Топливо настоящего изобретения может обладать одним свойством, описанным ниже; однако, предпочтительно, чтобы топливо настоящего изобретения обладало различными преимуществами.

Плотность топлива: топливо настоящего изобретения имеет плотность, по крайней мере, примерно 0,700 г/мл, предпочтительно, от примерно 0,700 г/мл до примерно 0,900 г/мл, более предпочтительно, от примерно 0,750 до примерно 0,860 г/мл. Плотность топлива может быть измерена по ASTM D 1298 (плотность по нормативам API) или ASTM D 4052 (цифровой денситометр). Плотность топлива обычно используется для предсказания энергоемкости реактивной топливной композиции. Менее плотное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость (энергию на единицу массы топлива) и более плотное реактивное топливо имеет более высокую объемную энергоемкость (энергию на единицу объема топлива). Обычно предпочтительно более плотное топливо с высокой объемной энергоемкостью.

Расход дизельного топлива связан с теплотворной способностью или энергоемкостью дизельного топлива. При прочих равных свойствах топлива, теплотворная способность на литр или галлон прямо пропорциональна плотности. Относительная плотность (RD), также называемая удельный вес, или плотность по API (ASTM D 287), в то время как существуют более привычные методы определения плотности, легко может быть определена любым специалистом в данной области из плотности топлива настоящего изобретения.

Цетановое число может быть измерено по ASTM D 976 и ASTM D 4737 (уравнение с четырьмя переменными). Топливо настоящего изобретения в форме дизельного топлива имеет цетановое число, по крайней мере, примерно 40, предпочтительно примерно от 40 до примерно 70. Это может быть достигнуто путем смешения с парафиновой/изопарафиновой смесью Фишера-Тропша или высоко гидрированной обычной нефтяной дизельной смесью. Цетановое число является вычисленным показателем, которым приближенно оценивают цетановое число, измеренное по ASTM D 613.

Содержание ароматических соединений в топливе настоящего изобретения может быть измерено по ASTM D 1319 для реактивного и дизельного топлива. Ароматичность для дизельного топлива может быть измерена по ASTM D 5186. Предпочтительно, чтобы топливо настоящего изобретения являлось в основном свободным от полициклических соединений, особенно полициклических ароматических заместителей, включая нафталины, алкилнафталины и тетралины, и в основном свободным от непрореагировавшего (или свободного) бензола, толуола и ксилола. Используемый здесь термин «в основном свободное» относится к содержанию менее 10 ч/млн в топливной композиции настоящего изобретения. Не ограничиваясь теорией, полагают, что удаление из топлива серы и полициклических соединений, таких как нафталины, приводит к топливу, имеющему уменьшенное действие на уплотнители, приводящее к их набуханию. Полагают, что алкилароматические соединения, предпочтительно алкилбензолы, топлива настоящего изобретения обеспечивают преимущества в отношении уплотнителей набухания.

Температура застывания: температура застывания топлива может находиться в широком диапазоне температур. Кристаллы являются первыми признаками того, что топливо замерзает. После того, как кристаллы восков сформировались, топливо становится суспензией топлива и кристаллов, затем формируется твердая масса. Используемый здесь термин «температура застывания» относится к температуре, при которой плавится последний кристалл восков, при нагревании топлива, которое было предварительно охлаждено до образования кристаллов. Как правило, реактивное топливо характеризуется температурой застывания. Измерения температуры застывания для реактивного топлива включают несколько стандартных методов исследования: ASTM D 2386 (арбитражный метод), ASTM D 4305 (фильтрационный метод), ASTM D 5901 (автоматизированный оптический метод) и ASTM D 5972 (автоматизированный метод фазового перехода). Реактивное топливо требует прокачиваемости для того, чтобы перемещаться от топливного бака к реактивному двигателю. Прокачиваемость топлива должна быть больше, чем 4°С ниже температуры застывания реактивного топлива. Дизельное топливо характеризуется температурой потери текучести или температурой помутнения. Температура помутнения измеряется в соответствии с ASTM D 2500 и температура потери текучести измеряется в соответствии с ASTM D 97. Температура потери текучести топлива настоящего изобретения равна, по крайней мере, примерно -40°С, предпочтительно, от примерно -40°С до примерно -80°С, предпочтительно, от примерно -47°С до примерно -80°С для топлива для реактивного, ракетного двигателя или двигателя газовой турбины. Температура помутнения топлива настоящего изобретения равна, по крайней мере, примерно -20°С, предпочтительно от примерно -20°С до примерно -80 для топлива для дизельных двигателей. Температура помутнения топлива настоящего изобретения делает его очень выгодным при низкотемпературной эксплуатации благодаря хорошим вязкостям при низких температурах. Пригодность к применеию при низких температурах может быть измерена в соответствии с IP 309 (CFPP) или ASTM D 4539 (FTFT). Не ограничиваясь теорией, полагают, что низкая температура потери текучести топлива настоящего изобретения, несмотря на молекулярный вес топлива настоящего изобретения, также влияет на приемлемые температуры вспышки, как обсуждалось выше.

Температура вспышки: топливо настоящего изобретения имеет температуру вспышки от примерно 30°С до примерно 145°С, предпочтительно от примерно 60°С до примерно 145°С. Температура вспышки может быть измерена в соответствии с ASTM D56 (в закрытом тигле или арбитражным методом) или ASTM D 3828 (в закрытом микротигле). Температура вспышки для дизельного топлива может быть измерена в соответствии с ASTM D 93 (в закрытом тигле по Пенски-Мартену). Повышенная температура вспышки может быть особенно полезна для горячей заправки топливом топливных баков. Используемое здесь «горячая заправка» означает заправку топливного бака машины, такой как самолет или моторизованное транспортное средство, которая работает или имеет температуру двигателя, сопоставимую с рабочей. Более высокие температуры вспышки топлива настоящего изобретения могут также уменьшить время заправки, что важно в военной и гражданской авиации большой грузоподъемности. Другим желаемым результатом повышения температуры вспышки является увеличение безопасности, уменьшение опасности взрывов топливных баков и увеличение шансов на выживание при авариях или пожарах при заправке самолета, а также в полете.

Термическая устойчивость: топливо настоящего изобретения может демонстрировать улучшенную термическую стабильность, которая является важной для реактивного, газотурбиннного, ракетного и дизельного топлива, поскольку топливо используется для охлаждения двигателей и других частей реактивного двигателя, газотурбинного, ракетного и дизельного двигателей. Без стабильности при высоких температурах образование смол и макрочастиц увеличивается, вызывая опасности для двигателей. Стандартизованное тестирование включает Jet Fuel Oxidation Tester (JFTOT) (ASTM D 3241). Термическая стабильность дизельного топлива измеряется ускоренным тестом на стабильность горючего Octel/Dupont F21 при 150°С. Топливо настоящего изобретения должно соответствовать или превосходить обычные топливные стандарты по термической стабильности. Термическая стабильность может быть измерена в присутствии кислорода (окислительная стабильность) или в отсутствии кислорода.

Смазывающая способность: на смазывающую способность реактивного, газотурбинного, ракетного или дизельного топлива оказывает влияние как содержание ароматических соединений, так и компонентов, содержащих кислород, азот и серу. Поскольку государственные нормы стремятся уменьшить содержание ароматических соединений, кислород-, азот- и серусодержащих соединений, то смазывающая способность топлива уменьшается. Топливо настоящего изобретения предпочтительно демонстрирует самосмазывающие свойства само или в смеси с товарным топливом. Смазывающая способность реактивного топлива измеряется в соответствии с ASTM D 5001 (тест BOCLE). ASTM D 975 позволяет измерять гидродинамическое смазывание для дизельного топлива.

Восстановление твердых частиц/восстановление до появления люминесценции: твердые частицы образуются при неполном сгорании топлива. Эти частицы являются механически вредными для реактивного и дизельного двигателей и могут образовывать дым, выбрасываемый из двигателей. Полициклические соединения являются основной причиной дыма и копоти, производимых топливом; однако топливо настоящего изобретения является в основном свободным от полициклических ароматических соединений и, поэтому, минимизирует образование вредных твердых частиц. Топливо настоящего изобретения, в виде реактивного топлива, имеет максимальную высоту некоптящего пламени, по крайней мере, примерно 20 мм. Максимальная высота некоптящего пламени измеряется в соответствии с ASTM D 1322. С реактивным топливом в условиях высокой температуры и давления камеры сгорания эти твердые частицы могут стать раскаленными. Это также может привести к поломкам и преждевременным авариям двигателя.

Дизельные двигатели требуют, чтобы содержание золы было максимум 100 ч/млн. ASTM D 482 позволяет измерять содержание золы в дизельном топливе.

Известные требования к топливу могут регламентировать другие свойства топлива, которые здесь не были обсуждены. Такие свойства, как антистатические свойства, коррозионная устойчивость, устойчивость к расширениию, окислительная стабильность и термическая стабильность в присутствии кислорода, также могут обеспечиваться топливом настоящего изобретения. Не ограничиваясь теорией, топливо настоящего изобретения, как полагают, имеет меньшую токсичность по сравнению с обычным топливом и является аэробно более экологически приемлемым топливом, чем обычное топливо.

Топливо настоящего изобретения может быть получено из нескольких различных видов исходного сырья, включающего олефины, парафины и спирты. Топливо настоящего изобретения использует не только линейные алкилароматческие соединения и линейные алкилциклогексаны, но также и малоразветвленные алкилароматические соединения и алкилциклогексаны.

Линейные алкилароматические соединения

Линейные алкилароматические соединения, такие как алкилбензол, могут быть получены алкилированием ароматического фрагмента, предпочтительно бензола, по реакции Фриделя-Крафтса, подобно производственному процессу, применяемому для детергентов, с регулировкой возможного присоединения углеродной цепи длиной порядка C5. Исходное сырье для процесса алкилирования включает н-парафины, н-олефины и их смеси и ароматическое сырье, включающее бензол, толуол, ксилол и их смеси.

н-Парафины, н-олефины и их смеси могут подвергаться стадиям, предшествующим процессу алкилирования, для получения линейного сырья, пригодного для стадии алкилирования ароматического сырья. Например, парафины могут быть преобразованы в хлорпарафины и алкилированы в присутствии хлорида алюминия. Хлорпарафины также могут быть превращены в линейные олефины и алкилированы в присутствии хлорида алюминия. Парафины могут быть также напрямую превращены в линейные олефины в процессе PACOL®, UOP Inc., с последующим селективным гидрированием (процесс DEFINE®, UOP Inc.), и затем использованы в процессе алкилирования.

Выбранное исходное сырье, включающее н-парафины, н-олефины и их смеси, и ароматическое исходное сырье, такое как бензол, толуол, ксилол и их смеси, смешивают с катализатором алкилирования с образованием алкилароматических соединения через стадию алкилирования. В процессе алкилирования в качестве катализаторов алкилирования могут быть использованы хлорид алюминия и фтороводород. Дополнительное обсуждение подобных процессов может быть найдено в Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 35, page 293-368, «Surfactants». Подобные методики также обсуждаются в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3nd Edition, Vol. 2, page 50-70, в статье «Alkylation». Смотри также US 5344997, US 5196574, US 5334793 и US 5245094.

Алкилирование в неподвижном слое для получения линейных алкилароматических соединений, известное как процесс DETAL®, который был совместно разработан UOP Inc. и Petresa Inc., также может быть использован для получения линейных алкилароматических соединений, предпочтительно алкилбензолов, для топлива настоящего изобретения. Дополнительное обсуждение процесса DETAL® приведено в World Surfactants Congress, 4th, Barcelona, June 3-7, 1996 (1996), page 117-189 (ISBN 0-85404-751-4). Процесс DETAL® может дополнительно включать использование процесса DEFINE®, лицензированного UOP Inc., для селективного гидрирования, превращающего диолефины в моноолефины, которые затем могут быть использованы в процессе алкилирования. Процесс DETAL® может дополнительно включать способ PEP®, лицензированный UOP, для адсорбции и фракционирования ароматических соединений, нежелательных в топливе настоящего изобретения. В топливе настоящего изобретения использования подобных процессов являются предпочтительными.

Малоразветвленные алкилароматические соединения

Топливо настоящего изобретения может также включать малоразветвленные алкилароматические соединения и алкилциклогексаны. Используемое здесь «малоразветвленные» относится к разветвлению олефинов или олефинов, полученных из парафинов, используемых в качестве исходного сырья для алкильного фрагмента топлива настоящего изобретения (например, формула (I): L, R', R''), где олефины или олефины, полученные из парафинов включают выбранные ветви с короткими цепями (C1-C4 алкилы), так что примерно от 20 мас.% до 100 мас.%, от массы молекулы алкилароматического соединения и/или циклогексана, имеют в среднем от 1,0 до примерно 1,5 ветвей на молекулу. Используемый здесь термин «линейный» относится к алкильному фрагменту топлива настоящего изобретения (например, формула (I): L, R', R''), имеющему менее 5 мас.% одной метильной ветви на молекулу. Топливо настоящего изобретения также включает смесь линейных и малоразветвленных алкилароматических соединений, смесь линейного и/или малоразветвленного алкилциклогексана и их смеси.

Различные способы могут быть использованы для получения малоразветвленных алкилароматических соединений перед алкилированием. Линейное восстановление олефинов и парафинов через изомеризацию скелета с последующим алкилированием является способом, обсуждаемым в WO 99/05082. Способы, использующие спирты и алкилирование ароматических фрагментов, также применимы для топлива настоящего изобретения.

Малоразветвленная модификация через изомеризацию скелета олефина: Для малоразветвленной модификации олефинов путем изомеризации скелета предпочтительными исходными олефинами здесь являются альфа-олефины. Подходящие олефины, в общем, могут быть получены из любого источника, включая источники, состоящие из керосина, обработанного в процессах PACOL® и OLEX® UOP Inc. или, менее предпочтительно, в более старом процессе Shell Inc. (CDC); альфа-олефины, полученные полимеризацией этилена, например, в процессе Shell, Gulf/Chevron или Amoco (ранее Ethyl Corp.); альфа-олефины, производные крекингового воска; альфа-олефины, полученные в синтезе Фишера-Тропша или внутренние олефины процесса SHOP® (Shell).

Изомеризация скелета олефинов, используемая здесь, может быть выполнена, в общем, любым известным в данной области способом. Подходящие катализаторы, предназначенные для проведения изомеризации скелета для различных целей, известны и включают катализаторы, выбранные из группы, состоящей из цеолитов и кремнийалюмофосфатов, включая, но не ограничеваясь этим: ALPO-31®, SAPO-11®, SAPO-31® и SAPO-41®; предпочтительно SAPO-11®. Смотри US 5510306. Дополнительные примеры обсуждены в WO 99/05082.

Изомеризация скелета линейных парафинов: Здесь предпочтительными исходными парафинами для делинеаризации парафинов путем изомеризации скелета являются линейные парафины. Подходящие парафины обычно могут быть получены из любого источника, такого как керосин, обработанный в процессе MOLEX® UOP Inc. В общем, любой катализатор, подходящий для алкильного разветвления линейного парафина, предпочтительно метильного разветвления, является пригодным для настоящего способа. Предпочтительные катализаторы изомеризации скелета для данной стадии включают (i) цеолиты, имеющие каркасную изотипическую структуру феррьерита (более предпочтительно H-феррьерита); (примеры смотри US 5510306) и (ii) ALPO-31®, SAPO-11®, SAPO-31® и SAPO-41®. Предпочтительными материалами являются мало разветвленные парафины из процесса Фишера-Тропша.

Дегидрирование скелетно изомеризованных парафинов: В общем, дегидрирование скелетно изомеризованных парафинов в настоящем процессе может быть достигнуто с использованием любой хорошо известной системы катализаторов дегидрирования. Дегидрирование может быть проведено в присутствии газообразного водорода и, как правило, присутствует катализатор, содержащий благородный металл, хотя альтернативные безводородные системы дегидрирования, не содержащие благородных металлов, такие как системы цеолит/воздух, могут быть использованы в отсутствии благородных металлов. Как хорошо известно, дегидрирование может быть полным или частичным, более предпочтительно частичное. Если оно частичное, то на стадии дегидрирования образуется смесь олефинов и непрореагировавшего парафина. Подобная смесь является подходящим сырьем для стадии алкилирования процесса алкилирования.

Использование спиртов

В качестве альтернативы, способ может предусматривать спирт или смесь спиртов с молекулярной массой от примерно 144 до примерно 242. В общем, подходящий спирт может быть получен селективным гидроформилированием олефинов по Фишеру-Тропшу или скелетно изомеризованных линейных олефинов, позиционно-неселективным гидроформилированием линейных олефинов и по реакции реагентов Гриньяра или подходящих эквивалентов металлорганических соединений, таких как литийорганические реагенты, с метилалкилкетонами. Спирт может быть использован на стадии алкилирования для алкилирования ароматической молекулы способом, обсужденным выше.

Спирты по методике Гриньяра: В методике Гриньяра смесь кетонов, таких как 2-гексанон, 2-гептанон и 2- ктанон, в мольном соотношении 2:2:1 реагирует с реагентом Гриньяра, таким как гексилмагнийбромид. На выходе получают смесь спиртов, в данном иллюстративном примере: 5-метил-5-ундеканол, 6-метил-6-додеканол и 7-метил-7-тридеканол.

Несмотря на, по-видимому, неоднозначное использование спиртов, скорее чем олефинов, для получения топлива настоящего изобретения способ имеет определенные преимущества в том, что, например, спирты могут быть дегидратированы, изомеризованы и алкилированы здесь в одну стадию при использовании такого катализатора, как цеолит, с кислотными центрами на катализаторе. Более того, спирты могут быть соответственно получены и использованы для того, чтобы проводить серии заданных синтезов алкилароматических соединений для использования в топливе настоящего изобретения в относительно малых масштабах с использованием коммерчески доступных спиртов, таких как природный, спирты, полученные по Циглеру или в процессе NEODOL®, даже когда соответствующий олефин не является легко доступным в относительно малых количествах.

Смеси алкилароматических соединений, линейных алкилциклогексанов, малоразветвленных алкилароматических соединений, малоразветвленных алкилциклогексанов и их смеси могут включать топливо настоящего изобретения. Способ Фишера-Тропша является предпочтительным источником смеси линейных и/или малоразветвленных алкилароматических соединений, предпочтительно линейных/или малоразветвленных алкилбензолов. Эти смеси могут быть получены из нескольких стадий способа Фишера-Тропша (Ф.Т.). Примеры различных точек включают желаемое сырье из первой перегонки по способу Ф.Т., продукты гидроизомеризации/гидрокрекинга из среднего дистиллята Ф.Т., продукты гидрокрекинга из получения масла по Ф.Т. и продукты гидрокрекинга из воска Ф.Т. Продукты гидрокрекинга дают парафины, которые требуют дополнительной стадии дегидрирования до олефинов, как описано выше в разделе линейные алкилароматические соединения. Использование продуктов гидрокрекинга по технологии Ф.Т. является таким, как использованное в получении алкилбензолов для детергентов. В качестве альтернативы на этих стадиях крекинг может заменить гидрокрекинг для того, чтобы получить олефины непосредственно для использования в качестве топлива настоящего изобретения. Паровой или азотный крекинг восков известен в способах алкилбензолов и может быть использован в получении топлива настоящего изобретения. Установка Ф.Т. будет производить достаточные количества пара и азота для того, чтобы осуществлять процесс крекинга для производства топлива настоящего изобретения.

Алкилирование

Способ получения малоразветвленных алкилароматических соединения для использования в топливе настоящего изобретения дополнительно включает стадию после модификации для образования малоразветвленных олефинов и/или парафинов, стадию моноалкилирования взаимодействия малоразветвленных олефинов и/или парафинов с ароматической молекулой, выбранной из бензола, толуола, ксилола и их смеси, предпочтительно бензола.

Катализатор алкилирования

Подходящий катализатор алкилирования может быть выбран из конфигурационно-селективных умеренно кислотных катализаторов, предпочтительно цеолитных. Предпочтительно, чтобы цеолит в подобных катализаторах для стадии алкилирования был выбран из группы, состоящей из морденита, ZSM-4®, ZSM-12®, ZSM-20®, оффретита, гмелинита и цеолита бэта в, по крайней мере, частично кислотной форме. Особенно предпочтительные катализаторы алкилирования здесь также включают кислотный морденитовый катализатор ZEOCAT® FM-8/25H, доступный от Zeochem; CBV 90 A®, доступный от Zeolyst International и LZM-8®, доступный от UOP Chemical Catalysts. Дополнительное обсуждение подходящих катализаторов алкилирования можно найти в WO 99/05082. Дополнительные обсуждения способов могут быть найдены в WO 99/05084 и WO 00/12451.

Топливные добавки

Топливо настоящего изобретения может содержать по выбору, по крайней мере, примерно 0,01 мас.%, предпочтительно от примерно 0,01% до примерно 5%, предпочтительно от примерно 0,1% до примерно 5% топливной добавки, от массы топливной композиции.

Добавки для реактивного топлива, такие как антиоксиданты, дезактиваторы металлов, диссипаторы электропроводности или статические диссипаторы, ингибиторы коррозии, смазывающие добавки, ингибиторы обледенения топливной системы, биоциды, добавки для термической стабильности, агенты, уменьшающие образование сажи/твердых частиц, и любые их комбинации, могут быть добавлены к топливу настоящего изобретения. Обсуждение этих добавок может быть найдено в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, четвертое издание, том 3, стр. 788 - 812, в статье, озаглавленной «Авиационные и другие газотурбинные топлива», особенно стр. 795, Таблица 5.

Дизельные топливные добавки могут включать добавки, повышающие цетановое число, такие как 2-этилгексилнитрат (EHN), очищающие инжектор добавки, смазывающие добавки (например, жирные кислоты и сложные эфиры), снижающие дымность присадки, (например, металлорганические соединения), стабилизаторы топлива, такие как противопенные присадки (например, кремнийорганические соединения), антиобледенительные добавки (например, низкомолекулярные спирты или гликоли), добавки, позволяющие эксплуатацию при низких температурах; топливо настоящего изобретения может включать добавки, снижающие гидродинамическое сопротивление среды (например, полимеры с высокой молекулярной массой), антиоксиданты, такие как фенилендиамин, стабилизаторы, дезактиваторы металлов (например, хелаты), диспергаторы, биоциды, дезэмульгаторы, ингибиторы коррозии и любые их комбинации могут включать различные виды горючего топлива настоящего изобретения. Обсуждение дизельных топливных добавок может быть найдено в публикации Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4 издание, том 12, стр. 341-388, озаглавленный «Бензин и другое моторное топливо», особенно стр. 379-81.

Обычные реактивные и дизельные смеси

Топливо настоящего изобретения может включать по выбору обычные реактивные или дизельные смеси. Предпочтительно, чтобы эти смеси были смесями с малым содержанием серы или смесями Фишера-Тропша. Используемый здесь термин «обычное» относится к реактивному или дизельному топливу, коммерчески доступному или известному в данной области.

Топливо настоящего изобретения включает не более, чем 95 мас.%, предпочтительно от примерно 0 мас.% до 90 мас.%, предпочтительно от 0 мас.% до 80 мас.%, предпочтительно от примерно 0 мас.% до примерно 50 мас.% по массе топливной композиции обычного реактивного или дизельного топлива.

Способы применения

Настоящее изобретение дополнительно включает способ приведения в действие дизельного двигателя путем сжигания топлива, включающий стадии сжимания воздуха в дизельном двигателе, впрыскивания топлива настоящего изобретения, воспламенение воздуха и топлива с образованием горючей смеси.

Настоящее изобретение дополнительно включает способ приведения в действие реактивного двигателя или газовой турбины путем сжигания топлива, включающий стадии всасывания воздуха из передней части реактивного двигателя или газовой турбины во внутрь реактивного двигателя или газовой турбины, смешения воздуха с топливом по пункту 1, воспламенения воздуха и топливной смеси с образованием горючей смеси и выталкивания горючей смеси из задней части реактивного двигателя или газовой турбины.

Настоящее изобретение дополнительно включает способ приведения в действие ракетного двигателя путем сжигания топлива, включающий стадии смешения топлива по пункту 1 с таким окислителем, как кислород или закись азота и их смеси, воспламенения кислорода, закиси азота и их смеси и топлива с образованием горючей смеси, и выталкивания горючей смеси из ракетного двигателя. Настоящее изобретение дополнительно включает, хотя не предпочтительно, способ приведения в действие транспортного средства, имеющего энергосистему, состоящую из по крайней мере дизельного двигателя прямого впрыска с рабочим давлением 70 МПа, предпочтительно обычного локомотивного двигателя, или гибридную энергосистему, включающую двигатель и электродвигатель, включающий стадии сжигания топливной композиции настоящего изобретения.

Настоящее изобретения дополнительно относится к способу приведения в действие прямоточного воздушно-реактивного двигателя или двигателя сверхзвукового самолета. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не имеет подвижных частей и достигает давления всасываемого воздуха за счет поступательной скорости воздуха транспортного средства. Поступление воздуха на вход сверхзвукового воздушного судна замедляется аэродинамическим рассеянием, обусловленным входом и диффузором до скоростей, сравнимых со скоростями в турбореактивном усилителе. Распространение горячих газов после впрыска топлива и горения ускоряет отработанный воздух до скоростей выше, чем скорости на входе и вызывает положительную тягу. Сверхзвуковой самолет является акронимом прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сверхзвуковой камерой сгорания. Сверхзвуковой самолет отличается от прямоточного воздушно-реактивного самолета тем, что сгорание имеет место в двигателе при сверхзвуковых скоростях воздуха. Обычно используемым топливом является водород. Предполагается также, что импульсный двигатель охватывается способом настоящего изобретения. Способ настоящего изобретения включает стадии разложения топливной композиции настоящего изобретения, предпочтительно через каталитическое дегидрирование, на углеводородные компоненты и водород; охлаждение прилегающих частей двигателя и частей авиационной конструкции за счет эндотермического охлаждения. Затем углеводородные компоненты и водород сжигаются. Горящий водород также используется для поддержания горения в условиях прямоточного воздушно-реактивного двигателя или двигателя сверхзвукового самолета.

ПРИМЕР 1

Линейный алкилбензол, полученный алкилированием алкилхлоридами

Соответствующая смесь линейных C5-C25 алканов реагирует с газообразным хлором при 100-140°С в колонне для хлорирования до степени превращением 30 моль.%. Подходящими материалами для реактора являются свинец, серебро или эмаль, железо не является подходящим. В реакции выделяется хлороводород RH + Cl2 → RCl + HCl, который выходит из башни для хлорирования и промывается противотоком свежего алкана. Алкилхлориды и непрореагировавший парафин переходят на стадию алкилирования. В реакционной смеси катализатор алкилирования, хлорид алюминия, является жидким комплексным соединением, содержащим до 35 масс.% хлорида алюминия. Предпочтительно, чтобы алкилирование проводилось в эмалированной реакционной башне при 80°С. Бензол добавляют в молярном избытке, и хлороводород выделяется в стехиометрических количествах в соответствии с уравнением RCl + C6H6 → RC6H5 + HCl. Комплекс катализатора отделяют и, предпочтительно, удаляют непрореагировавший бензол и парафин.

ПРИМЕР 2

Линейный алкилбензол, полученный алкилированием олефинами

Дегидрируют C5-C25 н-алканы при приблизительно 500°С при небольшом избыточном давлении водорода приблизительно 300 кПа (3 бар) на модифицированном платиновом катализаторе на оксиде алюминия в неподвижном слое. Дополнительное обсуждение, касающееся подходящих катализаторов, см. в US 5672797 и US 5962760, выданный UOP Inc. Превращение алкана поддерживается при 1-15 мас.% для минимизации последующего дегидрирования до диенов и ароматических соединений. Необязательно, выделяющийся в реакции водород возвращается в реактор дегидрирования или связан с реактором для селективного гидрирования диенов в моноолефины (процесс DEFINE®). Продукт дегидрирования, содержащий 10-15 мас.% моноолефинов подвергается реакции алкилирования. Бензол и фтороводородная кислота смешиваются с продуктом дегидрирования при <50°С при интенсивном охлаждении. Кислотный катализатор удаляют, и продукт может быть очищен для получения желаемого продукта для использования в топливе настоящего изобретения.

ПРИМЕР 3

Малоразветвленные алканы, полученные изомеризацией скелета линейных олефинов

Стадия (а): по крайней мере частичное восстановление линейности олефина (путем изомеризации скелета олефина, предварительно преобразованный с длинной цепи, пригодной для топливных композиций)

Смесь 1-децена, 1-ундецена, 1-додецена и 1-тридецена (например, доступные от Chevron) в массовом соотношении 1:2:2:1 пропускают над катализатором Pt-SAPO при 220°С и любым подходящим LHSV, например 1,0. Катализатор приготовлен способом примера 1 US 5082956. См. в WO 95/21225, например, пример 1 и его описание. Продукт является скелетноизомеризованным, малоразветвленным олефином, имеющим порядок длины цепи, пригодный для получения топливной композиции алкилбензола. Обычно температура на этой стадии может быть от примерно 200°С до примерно 400°С, предпочтительно от примерно 230°С до примерно 320°С. Давление обычно равно от примерно 0,205 МПа (15 psig) до примерно 13,9 МПа (2000 psig), предпочтительно от примерно 0,205 МПа (15 psig) до примерно 7,0 МПа (1000 psig), более предпочтительно от примерно 0,205 МПа (15 psig) до примерно 4,24 МПа (600 psig). Для данного примера водород является пригодным газом, создающим избыточное давление. Приемлемая объемная скорость (LHSV или WHSV) равна от примерно 0,05 до примерно 20. Низкое давление и низкая среднечасовая скорость подачи сырья обеспечивают улучшенную селективность, большую изомеризацию и меньший крекинг. Перегоняют для удаления любых летучих соединений, кипящих до 40°С/ 1,33 кПа (10 мм рт. ст.)

Стадия (b): использование продукта стадии (а) для алкилирования ароматической молекулы

В автоклав со стеклянным вкладышем загружали 1 моль эквивалента смеси малоразветвленных олефинов, полученных на стадии (а), 20 моль эквивалентов бензола и 20% от массы смеси олефина цеолитного катализатора (кислотный морденитовый катализатор ZEOCA® FM-8/25H). Стеклянный вкладыш герметизирован внутри качающегося автоклава из нержавеющей стали. Автоклав дважды продувается 1,83 МПа (250 psig) N2 и затем заполняется до 7,0 МПа (1000 psig) N2. Смесь нагревают при перемешивании до 170-190°С в течение 14-15 часов, после чего ее охлаждают и удаляют из автоклава. Реакционную смесь отфильтровывают для удаления катализатора и для того, что получить чистый бесцветный жидкий продукт, концентрируют отгонкой непрореагировавших исходных веществ и/или примесей (например, бензол, олефин, парафин, следовые вещества, при желании полезные вещества повторно используют).

ПРИМЕР 4

Малоразветвленные алкилбензолы, полученные изомеризацией скелета парафина

Стадия (ai)

Смесь н-ундекана, н-додекана, н-тридекана, 1:3:1 масс., при температуре примерно 300-400°С при примерно 7,0 МПа (1000 psig) газообразного водорода и среднечасовой скорости подачи сырья в диапазоне 2-3 и 30 моль H2/моль углеводорода изомеризуют на Pt-SAPO-11 со степенью превращения более 90 масс.%. Более подробно подобная изомеризация приведена у S.J.Miller в Microporous Materials, Vol.2, 1994, 439-449. В качестве дополнительного примера, исходная смесь линейных парафинов может быть той же самой, что использованная в получении соответствующего линейного алкилбензола. Перегоняют для удаления любых летучих соединений, кипящих до 40°С/1,33 кПа (10 мм рт. ст.).

Стадия (aii)

Парафин стадии (ai) может быть дегидрирован с использованием соответствующих методов. Смотри, например, US 5012021, 4/30/91 или US 3562797, 2/9/71. Подходящим катализатором дегидрирования является любой из катализаторов, раскрытых в US 3274287; 3315007; 3315008; 3745112; 4430517 и 3562797. Для целей настоящего изобретения дегидрирование проводят в соответствии с US 3562797. Катализатором является цеолит А. Дегидрирование проводят в газовой фазе в присутствии кислорода (парафин:кислород 1:1 молярное). Температура находится в диапазоне 450°С - 550°С. Отношение грамм катализатора к общему молярному часовому расходу равно 3,9:1.

Стадия (b): Алкилирование продуктов стадии (а) с использованием ароматического углеводорода

В автоклав со стеклянным вкладышем загружают 1 моль эквивалентов смеси со стадии (а), 5 моль эквивалентов бензола и 20 масс.%, считая на смесь олефинов, конфигурационно-селективного цеолитного катализатора (кислотный морденитовый катализатор ZEOCAT® FM-8/25H). Стеклянный вкладыш герметизируют внутри качающегося автоклава из нержавеющей стали. Автоклав дважды продувается 1,83 МПа (250 psig) N2 и затем заполняется до 7,0 МПа (1000 psig) N2. Смесь нагревают при перемешивании до 170-190°С в течение 14-15 часов, после чего ее охлаждают и удаляют из автоклава. Для удаления катализатора реакционную смесь фильтруют. Бензол и любые другие непрореагировавшие парафины отгоняют и повторно используют. Получают чистый бесцветный или почти бесцветный жидкий продукт.

ПРИМЕР 5

Малоразветвленные алкилбензолы, полученные через специальную смесь третичных спиртов по реакции Гриньяра

Смесь 5-метил-5-ундеканола, 6-метил-6-додеканола и 7-метил-7-тридеканола получают путем следующей реакции Гриньяра. В капельную воронку добавляют смесь 28 г 2-гексанона, 28 г 2-гептанона, 14 г 2-октанона и 100 г диэтилового эфира. Затем смесь кетонов по каплям при перемешивании в течение периода 1,75 часа добавляют в заполненную азотом трехгорлую круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником и содержащую 350 мл 2,0 М гексилмагнийбромида в диэтиловом эфире и дополнительные 100 мл диэтилового эфира. После того как добавление окончено, реакционную смесь дополнительно перемешивают 1 час при 20°С. Затем к реакционной смеси при перемешивании добавляют 60 г смеси льда и воды. К этой смеси добавляют 228,6 г 30% раствора серной кислоты. Две получающиеся жидкие фазы переносят в делительную воронку. Водный слой сливают и оставшийся эфирный слой промывают 600 мл воды. Затем эфирный слой выпарили в вакууме для получения 115,45 г желаемой смеси спиртов. Образец 100 г светло-желтой смеси спиртов добавляют в автоклав со стеклянным вкладышем с 300 мл бензола и 20 г конфигурационно-селективного цеолитного катализатора (кислотный морденитовый катализатор ZEOCAT® FM-8/25H). Стеклянный вкладыш герметизирован в качающемся автоклаве из нержавеющей стали. Автоклав дважды продувают 1,83 МПа (250 psig) N2 и затем заполняют до 7,0 МПа (1000 psig) N2. Смесь нагревают при перемешивании до 170-190°С в течение 14-15 часов, после чего ее охлаждают и удаляют из автоклава. Для удаления катализатора реакционную смесь отфильтровывают и концентрируют, отгоняя бензол, который высушивают и повторно используют. Получают чистую бесцветную или почти бесцветную смесь малоразветвленных олефинов.

50 г Смеси малоразветвленных олефинов, полученной путем дегидратирования смеси спиртов Гриньяра, как упоминалось, загружают во внутренний стеклянный вкладыш автоклава с 150 мл бензола и 10 г селективного цеолитного катализатора (кислотный морденитовый катализатор ZEOCAT® FM-8/25H). Стеклянный вкладыш герметизирован в качающемся автоклаве из нержавеющей стали. Автоклав дважды продувается 1,83 МПа (250 psig) N2 и затем заполняется до 7,0 МПа (1000 psig) N2. Смесь нагревают при перемешивании до 195°С в течение 14-15 часов, после чего ее охлаждают и удаляют из автоклава. Для удаления катализатора реакционную смесь отфильтровывают и концентрируют, отгоняя бензол, который высушивают и повторно используют. Получают чистый бесцветный или почти бесцветный жидкий продукт. Продукт перегоняют под вакуумом (133 Па - 667 Па или 1-5 мм рт. ст.) и собирают фракцию 95°С - 135°С.

Хотя частные варианты топлива настоящего изобретения были проиллюстрированы и описаны, специалисту в области очевидно, что различные другие изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема изобретения. Предполагается, тем не менее, охватить прилагаемой формулой изобретения все подобные изменения и модификации, которые включены в объем изобретения.

1. Топливная композиция для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах, ракетных двигателях или дизельных двигателях, включающая

(a) от 5 до 99%, от массы топливной композиции, соединений формулы (I)

где А выбран из бензола, толуола, ксилола, циклогексана и их смеси, более предпочтительным А является бензол, толуол или циклогексан, наиболее предпочтительным - бензол; так, что А нетерминально присоединен к фрагменту L и дополнительно А напрямую соединен с фрагментом L; R' выбран из водорода и C13 алкила; R'' выбран из водорода и C13 алкила, где оба R' и R'' нетерминально присоединены к фрагменту L; фрагмент L является линейным ациклическим алифатическим углеводородным радикалом, так что общее число атомов углерода в фрагментах L, R' и R'' равно от 5 до 25 атомов углерода;

(b) по крайней мере, примерно 0,01% топливных добавок; и

(c) от 0 до 90% обычных смесей топливных компонентов для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, предпочтительно очищенных смесей топливных компонентов с ультранизким количеством серы или смесей топливных компонентов Фишера-Тропша,

которая, по существу, свободна от полициклических соединений, главным образом, от полициклических ароматических заместителей и существенно свободна от непрореагировавшего бензола.

2. Топливная композиция по п.1, отличающаяся тем, что температура потери текучести топлива равна, по крайней мере, примерно -40°С, предпочтительно, от примерно -40 до примерно -80°С, предпочтительно, от примерно -47 до примерно -80°С для использования в реактивном, ракетном двигателе или газовой турбине.

3. Топливная композиция по п.1, отличающаяся тем, что температура вспышки равна от примерно 38 до примерно 145°С, предпочтительно от примерно 60 до примерно 145°С.

4. Топливная композиция по п.1, отличающаяся тем, что плотность равна, по крайней мере, примерно 0,700 г/мл, предпочтительно, от примерно 0,700 г/мл до примерно 0,900 г/мл, предпочтительно, от примерно 0,750 до примерно 0,860 г/мл.

5. Топливная композиция по п.1, отличающаяся тем, что общее число атомов углерода в соединенных фрагментах L, R' и R'' предпочтительно равно от 8 до 14.

6. Топливная композиция по п.1, отличающаяся тем, что фрагмент А локализован на альфа- или бета-углероде по отношению к терминальному углероду фрагмента L.

7. Топливная композиция по п.1, в которой топливная композиция является топливом для реактивных двигателей, имеющим минимальную максимальную высоту некоптящего пламени, по крайней мере, 20 мм.

8. Топливная композиция по п.1, где топливная композиция является дизельным топливом, имеющим цетановое число, по крайней мере, 40.

9. Топливная композиция по п.5, где R' и R'' являются водородом и фрагмент А является бензолом.

10. Топливная композиция по п.5, где R' является метилом и R'' является водородом или метилом, и молекула А является бензолом.

11. Топливная композиция по п.1, где топливо является универсальным боевым топливом.

12. Топливная композиция по п.1, где температура потери текучести топлива для использования в дизельных двигателях равна, по крайней мере, примерно -20°С, предпочтительно от примерно -20 до примерно -80°С.

13. Топливная композиция по п.1, в которой алкилароматические соединения или циклогексаны могут быть получены с помощью алкилирования по Фриделю-Крафтсу ароматического фрагмента и алкильного фрагмента.

14. Способ приведения в действие дизельного двигателя путем сжигания топлива, включающий стадии сжимания воздуха в дизельном двигателе, впрыскивания топлива по п.1, воспламенения воздуха и топлива с образованием горючей смеси.

15. Способ приведения в действие реактивного двигателя или газовой турбины путем сжигания топлива, включающий стадии всасывания воздуха из передней части реактивного двигателя или газовой турбины во внутрь реактивного двигателя или газовой турбины, смешения воздуха с топливом по п.1, воспламенения воздуха и топливной смеси с образованием горючей смеси и выталкивания горючей смеси с задней части реактивного двигателя или газовой турбины.

16. Способ приведения в действие ракетного двигателя путем сжигания топлива, включающий стадии смешения топлива по п.1 с таким окислителем, как кислород или закись азота и их смеси, воспламенения кислорода, закиси азота и их смеси и топлива с образованием горючей смеси и выталкивание горючей смеси из ракетного двигателя.

17. Способ приведения в действие транспортного средства, имеющего энергосистему, состоящую из дизельного двигателя прямого впрыска с рабочим давлением, по крайней мере, 70 МПа, предпочтительно обычного локомотивного типа, или гибридную энергосистему, включающую двигатель и электродвигатель, включающий стадию сжигания топливной композиции по п.1.

18. Способ приведения в действие прямоточного воздушно-реактивного двигателя или двигателя сверхзвукового самолета, включающий стадии разложения топливной композиции по п.1, предпочтительно через каталитическое дегидрирование, на углеводородные компоненты и водород; охлаждения прилегающего двигателя и частей авиационной конструкции через эндотермическое охлаждение; сжигания углеводородных компонентов и водорода; где сжигание водорода поддерживает горение в условиях прямоточного воздушно-реактивного двигателя или двигателя сверхзвукового самолета.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к составу депрессорной присадки к дизельным топливам. .

Изобретение относится к сверхвысокомолекулярному сополимеру, используемому в качестве агента для углеводородов, снижающего сопротивление среды, и к способу их получения.

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к антидетонационной присадке и способу ее получения. .
Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к присадкам к топливу с низким содержанием серы - менее 500 млн -1 для дизельных двигателей. .

Изобретение относится к способам снижения молекулярной массы олефиновых сополимеров для использования их в качестве добавки в смазочных маслах. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для снижения температуры застывания и снижения динамической вязкости, предельного напряжения сдвига нефтей при их транспортировке и хранении.

Изобретение относится к способу улучшения текучести движущегося углеводородного потока и к стабильной, неагломерирующейся суспензии, используемой в способе. .

Изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения разветвленных алканов общей формулы С nН2n+2, где n=4-10
Изобретение относится к нефтепереработке, а также к автомобильной промышленности

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, точнее к получению полимерных депрессорных присадок для низких температур к дизельному топливу
Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов и попутных газов при добыче и переработке нефти, для повышения пожарной безопасности углеводородов
Изобретение относится к масляной композиции, содержащей базовое масло, и полимерную добавку, улучшающую индекс вязкости
Изобретение относится к топливу для импульсного детонационного двигателя на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10, отличающемуся тем, что с целью повышения его детонационной активности в горючее дополнительно введен продетонатор - трет-бутилгидропероксид (% масс): горючее Т-10 99-99,3%; трет-бутилгидропероксид 0,7-1%

Изобретение относится к топливной композиции для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах, ракетных двигателях или дизельных двигателях, включающая, в определенных количествах: алкилароматические соединения формулы, топливные добавки, и обычные смеси топливных компонентов для реактивного двигателя, газовой турбины, ракетного двигателя и дизельного двигателя, предпочтительно очищенных смесей топливных компонентов с ультранизким количеством серы или смесей топливных компонентов Фишера-Тропша, которая по существу свободна от полициклических соединений, главным образом, от полициклических ароматических заместителей и существенно свободна от непрореагировавшего бензола

Наверх