ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ, ГАЗОТУРБИННЫХ, РАКЕТНЫХ И ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК C10L1/08 C07C2/66 C10L1/04 C10L1/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к топливу или топливным смесям для реактивных, газотурбинных, ракетных и дизельных двигателей, особенно к реактивному топливу для газотурбинных и ракетных двигателей.

Уровень техники

Доступность и качество природных ресурсов для реактивных, газотурбинных, ракетных и дизельных топлив представляют собой особые и трудные технические проблемы. Известной проблемой является растущий спрос на реактивное и дизельное топливо для самолетов и автотранспортных средств. По мере того как повышаются требования к качеству топлива, способность производить подходящее топливо из поставляемой обычной сырой нефти уменьшается. В связи с тем, что обычные баррели сырой нефти становятся в среднем тяжелее (т.е. нефть становится более полициклической) и содержат больше серы, потребность в подходящем топливе является неудовлетворенной. В то же время стремление к более чистым топливам приводит к сильно гидрогенизированным, менее плотным топливам из-за обработки для удаления серы и полициклических соединений, таких как нафталины. Считается, что сильно очищенные обычные топлива и сильно парафинистые топлива Фишера-Тропша имеют меньшую плотность, не обладают способностью вызывать набухание прокладок и смазывающей способностью. Ограничения по содержанию бензина дают возможность использовать компоненты, содержащие углерод и не имеющие какого-либо непосредственного применения, например, такие как бензолы, бутаны, бутены и метиловый третичный бутиловый эфир (МТБЭ).

Циркуляция топлива внутри и по периферии самолета обычно обеспечивает единственное средство охлаждения двигателей, смазочных материалов, электронной аппаратуры, крыльев и т.д. Значительный рост тепловых нагрузок является известной проблемой, так как стремление к экономии топлива с одновременным повышением эксплуатационных характеристик самолета приводит к повышению температуры двигателя.

Все больше используется полетов через полюс, и поэтому топливо теперь должно выдерживать более широкий температурный диапазон от очень холодной температуры до горячей температуры. Способность повышать температуру вспышки топлива до 60°С или выше при одновременном поддержании температуры текучести ниже минус 60°С остается все еще не реализованной. Другим желательным результатом повышения температуры вспышки топлива выше ее значений в современных стандартах является повышение шансов на выживание в авиакатастрофах или пожарах при заправке или эксплуатации самолетов.

Также желательно иметь гибкий и разнообразный источник топлив, который бы включал не только материалы для топлив, полученные из компонентов на основе нефти, но и материалы, полученные из природного газа, угля, нефтяных остатков, биомассы и пищевых отходов через синтетический газ (сингаз). Однако такая гибкость и разнообразие в настоящее время не являются широко доступными. Поэтому существует необходимость обратиться к вышеуказанным проблемам.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к топливной композиции для применения в реактивных, газотурбинных, ракетных или дизельных двигателях, которая содержит:

(а) от около 5 до около 99 мас.% от топливной композиции сильно разветвленного алкилароматического или алкилциклогексанового соединения, содержащего алкильный, имеющий от 5 до 25 атомов углерода и в среднем более 1,0 ветви на фрагмент, и ароматический фрагмент, выбранный из группы, состоящей из бензола, толуола, ксилола, циклогексана, полученного из ароматического фрагмента, и их смесей, в которой указанное алкилароматическое соединение или алкилциклогексан содержит в алкильном фрагменте нечетвертичные атомы углерода и четвертичные атомы углерода, находящиеся в отношении от около 10:1 до 3:1;

(b) по меньшей мере около 0,01% топливных присадок и

(с) от около 0% до около 90% обычных реактивных, газотурбинных, ракетных или дизельных топливных смесей, предпочтительно топливных смесей из очищенной нефти с низким содержанием серы или парафиновых топливных смесей Фишера-Тропша, изопарафиновых топливных смесей Фишера-Тропша и их смесей.

Подробное описание изобретения

Ограничение по содержанию бензина, такого как бензол, бутаны, бутены и метиловый третичный бутиловый эфир (МТБЭ), сделали и сделают доступными компоненты, которые могут быть использованы для алкилирования ароматических соединений, чтобы получить моноароматические соединения, применяемые в реактивных и дизельных топливах. Использование моноароматических соединений в качестве топлива и конкретно алкилбензолов, полученных из бензола и избыточного количества обычной нефти, или полученных по Фишеру-Тропшу пропиленовых и/или бутеновых олигомеров (полигаз), во многом может быть полезно. Использование таких бензолов и пропиленовых и/или бутеновых олигомеров позволяет увеличить объем реактивного топлива, что является осознанной необходимостью, но нужно удалять нежелательные материалы из бензина для применения в автотранспортных средствах. Кроме того, топливо в соответствии с настоящим изобретением имеет многие требующиеся свойства, такие как более высокая температура вспышки, стойкость при высоких температурах, стойкость к окислению, повышенная плотность, улучшенная смазывающая способность, стойкость к размножению микроорганизмов, снижение токсичности по своему собственному праву и возможность оказывать благоприятное воздействие в топливных смесях. Эти выясненные свойства топлив делают их улучшенными топливами особенно для самолетов с более высокими эксплуатационными характеристиками с обычными реактивными, прямоточными воздушно-реактивными, прямоточными воздушно-реактивными типа scramjet, ракетными, импульсно-детонационными и тому подобными двигателями.

В топливе в соответствии с настоящим изобретением используются компоненты поставляемой в баррелях нефти, которые в настоящее время не применяются в реактивном, газотурбинном, ракетном и дизельном топливах. Олигомеризация С₃-С₄ олефинов, обычно удаляемых из бензина, используется для получения С₅-С₁₈ сильно разветвленных олефинов, применяемых для алкилирования ароматических соединений, таких как бензол, или возможно ароматических соединений, гидрогенизированных до циклогексанов, для образования топлива, имеющего несколько желательных свойств для реактивного, газотурбинного и ракетного топлива или смесей для дизельного топлива. Топливо в соответствии с настоящим изобретением может быть получено из природного газа, каменного угля, нефти, остатков, нефтяных сланцев, биомассы или пищевых отходов через сингаз, используя обработку по Фишеру-Тропшу и последующую обработку. Приведенные разные производственные источники обеспечивают очень желательное разнообразие услуг по видам топлива.

Выявленная проблема в области реактивного и дизельного топлива относится к способности топлива проявлять многие свойства, например, такие, как более низкая температура текучести, высокотемпературная стойкость, улучшенная смазывающая способность, повышенная температура вспышки, способность вызывать набухание прокладок, снижение токсичности и другие желательные свойства. Другой желательной чертой для реактивных и дизельных топлив является их способность быть совместимыми в топливных смесях с обычными реактивными топливами или с реактивными топливами с крайне низким содержанием серы, газотурбинными, ракетными и/или дизельными видами топлива. Топливо в соответствии с настоящим изобретением содержит алкилароматические соединения, которые обеспечивают многие преимущества и могут быть совместимы в топливной смеси с обычными реактивными топливами или с реактивными топливами, имеющими крайне низкое содержание серы, с газотурбинными, ракетными и/или с дизельными топливами. Помимо этого алкилароматические соединения могут быть гидрогенизированы до алкилциклогексана для получения топлива, способного обеспечить эндотермическое охлаждение двигателей и фюзеляжей будущих специальных самолетов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Топливо в соответствии с настоящим изобретением может предпочтительно использоваться как часть топливной смеси для применения в устройствах на углеводородном топливе, например, таких как лагерные печки, цепные пилы, генераторы и т.п. Примененный здесь термин «углеводородное топливо» относится к бензину, керосину, топливному маслу и дизельному горючему. Термин «топливо» относится к «универсальному топливу для поля боя», например, такому как топливо в соответствии с настоящим изобретением, которое может использоваться в различных машинах на углеводородном топливе. Кроме того, более высокая температура вспышки, повышенная плотность, улучшенная смазывающая способность топлив в соответствии с настоящим изобретением, таких как алкилароматические соединения или смеси алкилароматических соединений с обычными топливами, например, реактивными топливами высокой обработки или реактивными топливами Фишера-Тропша, могут сделать топливо в соответствии с настоящим изобретением также более подходящим для использования в военных дизельных двигателях, чтобы таким образом улучшить прикладные свойства универсального топлива для поля боя. Эти преимущества также являются полезными для дизельных топлив, используемых в обычных автотранспортных средствах и автомашинах-внедорожниках.

Топливо в соответствии с настоящим изобретением содержит от около 5 до около 99 мас.% топливной композиции, содержащей по меньшей мере один сильно разветвленный алкилароматический углеводород или сильно разветвленный алкилциклогексан, полученный посредством алкилирования по Фриделю-Крафту ароматического фрагмента с помощью алкильного фрагмента, что будет рассмотрено ниже. Ароматический фрагмент и алкилированный фрагмент могут быть получены из нефти или из не нефтяного сырья. Например, каменноугольное масло является более чем на 50 мас.% бензолом.

Сильно разветвленное алкилароматическое соединение и/или алкилциклогексан содержит алкильный фрагмент, имеющий от 5 до 25 атомов углерода, предпочтительно от 5 до 18 атомов углерода, наиболее предпочтительно от около 6 до около 12 атомов углерода.

Применяемый здесь термин «сильно разветвленный» относится к среднему числу ветвей алкильного фрагмента алкилароматического соединения и/или алкилциклогексана. Топливо в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно содержит от около 20 до около 100 мас.% алкилароматического соединения и/или алкилциклогексана, имеющего сильно разветвленный алкильный фрагмент. Алкильный фрагмент содержит в среднем от около 1 до около 5 ветвей на фрагмент, предпочтительно от около 1,5 до 4,0 ветвей на фрагмент. Предпочтительное сырье для алкильного фрагмента выбирается из группы, содержащей разветвленные олефины, разветвленные алкилированные галогениды или разветвленные спирты, имеющие от 5 до 25 атомов углерода, предпочтительно от 5 до 18 атомов углерода, наиболее предпочтительны смеси димеров, тримеров и тетрамеров пропилена и/или димеров бутилена или смешанные олигомеры пропилена и бутилена. Олефины могут быть получены посредством нескольких хорошо известных процессов переработки нефти, обработки газа или процессов Фишера-Тропша. См. Kirk-Othmer 3-rd Edition (1978), Vol.2, pages 59-61 и ссылки к нему. Предпочтительным воплощением являются олигомеры пропилена.

Предпочтительный способ получения пропиленового тетрамера включает в себя нагревание олефинового сырья и его инжекцию в контактную камеру с катализатором. Предпочтительными катализаторами являются кизельгур или другой подходящий силикат с фосфорной кислотой, кварцевая крошка, покрытая фосфорной кислотой, или их смеси. В контактной камере поддерживаются давление приблизительно 6,94 МРа (1000 фунт/дюйм²) и температура 200°С. Вытекающий поток из контактной камеры фракционируется для регенерации любого количества непрореагировавшего олефинового сырья, и требуемая фракция используется непосредственно для этапа алкилирования. См. G.C.Feighner, J.Am. Oil Chem. Soc. 35,520-524 (1958); Kirk-Othmer, 2^nd Edition (1968), Vol.16, pages 581-582 and 593-594. Требуемая фракция, предпочтительно содержащая олигомеры пропилена, затем используется для алкилирования ароматического фрагмента топлива в соответствии с настоящим изобретением; предпочтительным ароматическим фрагментом является бензол.

Сильно разветвленное алкилароматическое соединение и/или алкилциклогексан также содержит ароматический фрагмент, выбранный из группы, состоящей из бензола, толуола, ксилола, циклогексана, полученного из ароматического фрагмента, и их смесей, предпочтительно бензола и циклогексана. Ароматический фрагмент, например, бензол, или циклогексан, полученный из ароматического фрагмента, такого как бензол, может быть получен из нефти или каменноугольного масла.

Кроме того, алкильный фрагмент алкилароматического соединения и/или алкилциклогексана имеет отношение нечетвертичных углеродов к четвертичным углеводородам, составляющее от около 10:1 до около 5:1, предпочтительно по меньшей мере один четвертичный углерод на молекулу, более предпочтительно в среднем по меньшей мере 1,5 четвертичных углерода на молекулу. В одном предпочтительном воплощении топлива в соответствии с настоящим изобретением от около 70 до около 100 мас.%, предпочтительно от около 80 до около 100 мас.% алкилароматического соединения и/или алкилциклогексана имеют четвертичный углерод с алкильным фрагментом, ароматическим фрагментом или циклогексаном, полученным из ароматического фрагмента, и разветвленный фрагмент, выбранный из C₁-C₄алкилов или их смесей.

Любые из алкилароматических соединений, предпочтительно алкилбензол, могут быть частично или полностью превращены в соответствующие алкилциклогексаны, если специальное топливо требует низкого содержания ароматики или ее отсутствия. Такое воплощение не является предпочтительным из-за соображений стоимости для применения в обычных реактивных, газотурбинных, ракетных и/или дизельных топливных композициях. Однако превращение в алкилциклогексаны может быть полезно для применения в специальных авиационных или ракетных топливах, где повышенная стоимость является оправданной, например, когда требуется такое свойство, как эндотермическое охлаждение. Превращение алкилароматического соединения, такого как алкилбензол, в алкилциклогексан может сопровождаться этапом гидрогенизации алкилароматического соединения, предпочтительно алкилбензола, в алкилциклогексан.

Алкилароматические соединения и/или алкилциклогексаны топлива в соответствии с настоящим изобретением могут быть получены посредством алкилирования по Фриделю-Крафту алкильного фрагмента, описанного выше, с ароматическим фрагментом; ароматическим фрагментом предпочтительно является бензол. Катализаторами, используемыми для стадии акилирования, являются подходящие катализаторы Фриделя-Крафта, предпочтительно фтористый водород и хлорид алюминия. Большой избыток от около 5 до около 10 молей на моль алкильного фрагмента, ароматического фрагмента, предпочтительно бензола, смешивается с алкильным фрагментом и катализатором Фриделя-Крафта. Алкилирование может проводиться при температуре от комнатной (25°С) до около 50°С. Реакция может проводиться непрерывно или периодически. См. G.C. Feigher, J. Am. Oil Chem. Soc. 35, 520-524 (1958). Полученные алкилароматические соединения могут быть отделены от катализатора и фракционированы для удаления примесей.

Топливо в соответствии с настоящим изобретением может обладать одним из свойств, рассмотренных ниже; однако предпочтительно, чтобы топливо по настоящему изобретению имело многие преимущества.

Плотность топлива - топливо по настоящему изобретению имеет плотность по меньшей мере около 0,700 г/мл, предпочтительно от около 0,700 до около 0,900 г/мл, более предпочтительно от около 0,750 до около 0,860 г/мл. Плотность топлива может измеряться в соответствии со стандартом ASTM D 1298 (API Gravity) или ASTM D 4052 (Цифровой измеритель плотности). Плотность топлива обычно используется для прогнозирования энергетического содержания реактивной топливной композиции. Менее плотные реактивные топлива обычно имеют более высокое гравиметрическое энергетическое содержание (энергия на единицу массы топлива), и более плотные реактивные топлива имеют более высокое объемометрическое энергетическое содержание (энергия на единицу объема топлива). Предпочтительным обычно является более плотное топливо с высоким объемометрическим энергетическим содержанием.

Экономия реактивного или дизельного топлива связана с теплотворной способностью или энергетическим содержанием топлива. Теплотворная способность на литр или галлон прямо пропорциональна плотности топлива, когда другие свойства топлива не изменяются. Относительная плотность (ОП), также называемая удельным весом, или API весом (стандарт ASTM D 287), являющаяся основой для более распространенных отчетных способов измерения плотности, может быть легко определена специалистом в данной области с использованием диапазонов плотности топлив, заданных для топлива по настоящему изобретению.

Содержание ароматических соединений в топливе по настоящему изобретению может быть измерено в соответствии со стандартом ASTM D 1319 для реактивных и дизельных топлив. Степень ароматизации для дизельных топлив может быть измерена в соответствии со стандартом ASTM D 5186. Предпочтительно, чтобы топливо по настоящему изобретению было существенно свободно от полициклических соединений, особенно полициклических ароматических заместителей, включая нафталины, алкилированные нафталины и тетралины, и было существенно свободно от непрореагировавшего бензола (свободного бензола), толуола и ксилола. Используемый здесь термин «существенно свободный» относится к содержанию вещества менее 10 частей на млн. в топливе по настоящему изобретению.

Температура замерзания - температура замерзания топлива может находиться в широком диапазоне температур. Кристаллы воска являются первыми индикаторами того, что топливо замерзает. После образования кристаллов воска топливо становится вязкой массой из топлива и кристаллов и затем образуется твердая масса. Температура замерзания, как здесь используется, относится к температуре, при которой последние кристаллы воска расплавляются, когда топливо нагревается, и при которой ранее охлаждалось, пока не образовывались первые кристаллы воска. Обычно термин температура замерзания используется при обсуждении реактивных топлив. Измерение температуры замерзания реактивного топлива осуществляется способами в соответствии с несколькими стандартами на испытания, включая ASTM D 2386 (Стандартный способ), ASTM D 4305 (Фильтрованный поток), ASTM D 5901 (Автоматизированный оптический способ) и ASTM D 5972 (Автоматический способ с фазовым переходом). Для реактивных топлив требуются насосы для их перемещения из топливного бака к реактивному двигателю. Для перекачки насосами реактивное топливо должно иметь температуру, которая более чем на 4°С ниже его температуры замерзания. Для дизельных топлив обычно важна температура текучести или температура помутнения. Температура помутнения измеряется в соответствии со стандартом ASTM D 2500 и температура текучести измеряется в соответствии со стандартом ASTM D 97. Температура текучести топлива по настоящему изобретению составляет по меньшей мере около -40°С, предпочтительно от около -40 до около -80°С, предпочтительно от около -47 до около -80°С для применения в реактивных двигателях, газовых турбинах и ракетах. Температура текучести топлива по настоящему изобретению составляет по меньшей мере около -20°С, предпочтительно от около -20 до около -35°С для применения в дизельных двигателях. Температура текучести топлива по настоящему изобретению делает его весьма привлекательным для эксплуатации при низкой температуре из-за хорошей низкотемпературной вязкости. Способность к использованию при низкой температуре может быть измерена в соответствии со стандартами IP 309 (CFPP) или ASTM D 4539 (FTFT). Если не ограничиваться теорией, то считается, что низкая температура текучести топлива по настоящему изобретению, вопреки молекулярному весу топлива по настоящему изобретению, также преобразуется в подходящую температуру вспышки, как рассмотрено ниже.

Температура вспышки - топливо по настоящему изобретению имеет температуру вспышки от около 38 до около 145°С, предпочтительно от около 60 до около 110°С для реактивных топлив. Температура вспышки для реактивных топлив может быть измерена в соответствии со стандартом ASTM D 56 (Тестер для определения температуры вспышки или стандартный способ) или ASTM D 3828 (Малогабаритный тестер для определения температуры вспышки). Температура вспышки дизельного топлива может быть измерена в соответствии со стандартом ASTM D 93 (Тестер Пенского-Мартена для определения температуры вспышки в замкнутом объеме). Повышенная температура вспышки особенно полезна при подаче горячего топлива в топливные баки. Используемый здесь термин подача «горячего топлива» означает заполнение топливного бака машины, такой как самолет или моторизованное транспортное средство, которое работает или все еще горячее от того, что оно работало. Более высокие температуры вспышки топлив по настоящему изобретению могут также обеспечить сокращение времени заправки топливом военных самолетов и гражданских самолетов типа аэробус, для которых это очень важно. Другим желательным результатом повышения температуры вспышки выше требований современных стандартов является предпочтительным для повышения безопасности, уменьшения опасности взрыва топливных баков и роста шансов на выживание в авиакатастрофах и пожарах при заправках и полетах самолетов.

Антирост - топливо по настоящему изобретению может обладать преимуществами при подавлении роста биоорганизмов. Долгосрочное хранение топлив для реактивных двигателей, ракет и газовых турбин является проблемой из-за роста в них биоорганизмов. Вышеуказанные преимущества могут также быть полезными при обслуживании и очистке топливных систем самолетов, где также может происходить рост биоорганизмов.

Термостойкость - топливо по настоящему изобретению может показывать повышенную термостойкость, что особенно важно для реактивных и ракетных топлив, так как последние используются для охлаждения двигателей и других частей самолета и ракеты. Без стойкости при высоких температурах резиноподобные и дисперсные образования повышают возможность повреждений двигателей. Стандартные испытания включают в себя тестер для определения термического оксидирования реактивного топлива (JFTOT по стандарту ASTM D3241). Топливо по настоящему изобретению должно соответствовать требованиям или превосходить требования стандартов на термостойкость обычного топлива. Термостойкость может измеряться в присутствии кислорода (стойкость к окислению) или при отсутствии кислорода. Также желательно, чтобы топливо по настоящему изобретению имело подходящую стойкость к окислению. Если не связывать себя теорией, то считается, что алкилароматические соединения, имеющие ароматический фрагмент, соединенный с четвертичным углеродом, имеют повышенную стойкость к окислению.

Смазывающая способность - на смазывающую способность реактивного, газотурбинного, ракетного и дизельного топлива влияет содержание в нем ароматического углеводорода, а также содержание соединений, включающих в себя кислород, азот и серу. Так как инструкции стремятся уменьшить содержание в топливе соединений, включающих в себя кислород, азот и серу, то смазывающая способность топлива уменьшается. Топливо по настоящему изобретению предпочтительно показывает только самосмазывающую способность (например, в чистом виде) или в топливной смеси. Смазывающая способность реактивного топлива измеряется в соответствии со стандартом ASTM D 5001 (Испытание BOCLE). Гидродинамическая смазывающая способность дизельных топлив измеряется в соответствии со стандартом ASTM D 975. Смазывающая способность может также показывать, что набухание прокладок обеспечивается в допустимых диапазонах. На набухание прокладок влияет присутствие или отсутствие ароматических фрагментов в топливах, таких как топливо по настоящему изобретению.

Уменьшение размеров дисперсных частиц/уменьшение свечения - дисперсные частицы образуются при неполном сгорании топлива. Эти частицы механически вредны для реактивных и дизельных двигателей и могут образовывать дым, выходящий из двигателей. Полициклические соединения являются основной причиной дымов и сажи, образованных топливами; однако топливо по настоящему изобретению существенно свободно от полициклических ароматических соединений и поэтому сводит к минимуму образование вредных дисперсных частиц. Топливо по настоящему изобретению в виде реактивного топлива имеет минимальную точку дымообразования по меньшей мере 20 мм. Точка дыма измеряется в соответствии со стандартом ASTM D 1322. В реактивных топливах эти частицы могут раскаляться под воздействием существующих в двигателях высоких температур и давлений. Это также может привести к трещинам и к преждевременным отказам двигателя. Топливо по настоящему изобретению или топливные смеси топлива по настоящему изобретению с парафининистым керосином и/или керосином со сверхнизким содержанием серы могут достигнуть минимальной точки дыма по меньшей мере 20 мм.

Другие свойства топлива могут быть востребованы известными стандартами на топлива, которые не были рассмотрены выше. Такие свойства, как отсутствие зарядов статического электричества, коррозионная стойкость, стойкость к окислению и термостойкость в отсутствии кислорода, также могут обеспечиваться топливом по настоящему изобретению. Топливо по настоящему изобретению также может обладать меньшей присущей ему токсичностью по сравнению с обычными топливами.

Присадки к топливу

Топливо по настоящему изобретению может содержать, но не обязательно, по меньшей мере 0,01 мас.%, предпочтительно от около 0,1 до 5 мас.% топливной присадки к топливной композиции.

К топливам по настоящему изобретению могут быть добавлены присадки к реактивным топливам, такие как антиоксиданты, дезактиваторы металлов, рассеиватели электропроводности или статического электричества, ингибиторы коррозии, добавки для улучшения смазываемости, ингибиторы образования кристаллов льда в топливных системах, пестициды, добавки для повышения термостойкости, агенты для уменьшения золы и дисперсных веществ и любые их комбинации. Обсуждение этих присадок можно найти в Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Volume 3, pages 788-812, entitled "Aviation and Other Gas Turbine Fuels", specificaly, page 795, Table 5.

К топливу по настоящему изобретению могут быть добавлены присадки к дизельному топливу, которые могут включать в себя добавки для улучшения цетанового индекса, такие как 2-этилгексилнитрат (ЭГН), добавки для очистки инжектора, добавки для улучшения смазываемости, такие как жирные кислоты и сложные эфиры, подавители дымообразования, такие как металлоорганические соединения, добавки, улучшающие транспортировку топлива, такие как противовспениватели (например, кремнийорганические соединения), противообледенительные добавки (например, низкомолекулярные восемь спиртов или гликолей), добавки, повышающие эксплуатационные свойства при низких температурах, добавки, уменьшающие сопротивление (например, полимеры с большим молекулярным весом), антиоксиданты (например, фенилендиамин), стабилизаторы, дезактиваторы металлов (например, хелаты), диспергирующие агенты, пестициды, антиэмульгаторы, ингибиторы коррозии и любые их комбинации. Обсуждение присадок к дизельному топливу можно найти в Kirk Othmer Encyklopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Volume 12, pages 341-388, entitled "Gasolines and other Motor Fuels", specifically pages 379-381.

Обычные реактивные или дизельные топливные смеси

Топливо по настоящему изобретению может содержать, но не обязательно, обычные реактивные или дизельные топливные смеси. Предпочтительно эти смеси являются смесями с крайне низким содержанием серы или смесями Фишера-Тропша. Используемый здесь термин «обычный» относится к коммерчески доступным реактивным или дизельным топливам, известным в данной области техники. Универсальное топливо для поля боя является предпочтительной смесью топлива по настоящему изобретению.

Топливо по настоящему изобретению содержит не более 95 мас.%, предпочтительно от около 0 до 90 мас.%, предпочтительно от 0 до 80 мас.%, предпочтительно от 0 до 75 мас.%, предпочтительно от 0 до около 50 мас.% топливной композиции из обычных реактивных и дизельных топлив.

Способы использования

Настоящее изобретение также включает в себя способ использования топлива в дизельном двигателе, начиная от его сгорания, содержащего этапы сжатия воздуха в дизельном двигателе, инжекции топлива по настоящему изобретению, воспламенения топлива с воздухом для образования горящей смеси.

Настоящее изобретение также включает в себя способ использования топлива в реактивном или газотурбинном двигателе, начиная от его сгорания, содержащего этапы засасывания воздуха передней частью реактивного двигателя или газовой турбины в реактивный двигатель или газовую турбину, смешивания воздуха с топливом по п.1 формулы изобретения, воспламенения смеси воздуха с топливом для образования горящей смеси, и выброса горящей смеси из задней части реактивного двигателя или газовой турбины.

Настоящее изобретение также включает в себя способ использования топлива в ракете от его сгорания, содержащего этапы смешивания топлива по п.1 формулы изобретения с окислителем, таким как кислород или закись азота, воспламенения кислорода или закиси азота и топлива для образования горящей смеси из задней части реактивного двигателя или газовой турбины.

Настоящее изобретение также включает в себя способ использования топлива в ракете от его сгорания, содержащего этапы смешивания топлива по п.1 формулы изобретения с окислителем, таким как кислород или закись азота, воспламенения кислорода или закиси азота и топлива для образования горящей смеси, и выброса горящей смеси из ракеты. Настоящее изобретение также относится к способу использования топлива в прямоточном воздушно-реактивном двигателе или в прямоточном воздушно-реактивном двигателе типа scramjet. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не имеет движущихся частей и достигает сжатия всасываемого воздуха посредством скорости прямого хода воздухозаборного средства. Воздух, поступающий во впуск сверхзвукового самолета, замедляется посредством аэродинамической диффузии, создаваемой впуском и диффузором, до скоростей, сравнимых со скоростями в турбореактивной форсажной камере. Расширение горячих газов после инжекции топлива и воспламенения ускоряет выброс воздуха до скорости, которая превышает скорость при впуске и создает положительный толчок. Scramjet является сокращением supersonic combustion ramjet, т.е. прямоточный воздушно-реактивный двигатель со сверхзвуковым сжиганием. Scramjet отличается от прямоточного воздушно-реактивного двигателя тем, что сжигание происходит при сверхзвуковых скоростях воздуха через двигатель. В качестве топлива обычно используется водород. Двигатели с импульсной детонацией также предназначены для включения в способ по настоящему изобретению. Настоящее изобретение также относится к способу использования топлива в прямоточном реактивном двигателе или в прямоточном реактивном двигателе со сверхзвуковым сжиганием. Обычные известные реактивные или дизельные топливные смеси включают Jet А и Jet A-1, которые имеются в продаже, и JP-4, JP-8 и JP-5, которые используются в военной промышленности США. Известные дизельные топлива удовлетворяют условиям ASTM D 975.

Способ по настоящему изобретению включает в себя этапы разложения топлива по настоящему изобретению, предпочтительно посредством каталитической дегидрогенизации на углеводородные компоненты и водород, и охлаждение соседних частей двигателя и фюзеляжа посредством эндотермического охлаждения. Затем сжигаются углеводородные компоненты и водород. Сжигание водорода также используется для поддержания пламени в условиях реактивных двигателей типа ramjet или scramjet.

Хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные воплощения топлива по настоящему изобретению, все же очевидно для специалистов в данной области, что в них могут быть внесены различные другие изменения и модификации, не отходя от смысла и объема изобретения. Поэтому приложенная формула изобретения предназначена охватить все такие изменения и модификации, входящие в объем этого изобретения. Все документы, на которые даны ссылки в соответствующей части, приведены здесь в примечаниях; ссылка на любой документ не должна рассматриваться как признание того, что она касается известного уровня техники по сравнению с топливом по настоящему изобретению.

Изобретение относится к топливной композиции для использования в реактивных, газотурбинных, ракетных или дизельных двигателях, содержащей, в определенных количествах: (а) сильно разветвленное алкилароматическое или алициклическое соединение, содержащее алкильный фрагмент, имеющий от 6 до 25 атомов углерода и в среднем от примерно 1,0 до примерно 5 ветви на фрагмент, и ароматический фрагмент, выбранный из группы, содержащей бензол, толуол, ксилол, циклогексан, полученный из ароматического фрагмента, и их смеси, где алкильный фрагмент алкилароматического соединения или алкилциклогексана имеет отношение нечетвертичных атомов углеродов к четвертичным атомам углеродов от 10:1 до 5:1; (b) присадки к топливу и, необязательно, (с) обычные реактивные, газотурбинные, ракетные или дизельные топливные смеси, предпочтительно смеси из очищенной нефти с низким содержанием серы или смеси Фишера-Тропша. Заявленная топливная композиция обладает высокой температурой вспышки, низкой температурой текучести, высокой стабильностью при повышенных температурах, повышенной плотностью, улучшенной смазывающей способностью, пониженной токсичностью, а также хорошей совместимостью в топливных смесях с обычными реактивными топливами или с реактивными топливами, имеющими крайне низкое содержание серы, с газотурбинными, ракетными или с дизельными топливами. 9 з.п. ф-лы.

1. Топливная композиция для использования в реактивных, газотурбинных, ракетных или дизельных двигателях, отличающаяся тем, что содержит:

(a) от 5 до 99 мас.% в расчете на топливную композицию сильноразветвленного алкилароматического или алкилциклогексанового соединения, содержащего алкильный фрагмент, имеющий от 6 до 25 атомов углерода и в среднем от примерно 1,0 до примерно 5 ветвей на фрагмент, и ароматический фрагмент, выбранный из группы, содержащей бензол, толуол, ксилол, циклогексан, полученный из ароматического фрагмента, и их смеси;

где указанный алкильный фрагмент алкилароматического соединения или алкилциклогексана имеет отношение нечетвертичных атомов углеродов к четвертичным атомам углеродов от 10:1 до 5:1;

(b) от по меньшей мере 0,01 мас.% присадок к топливу и

(c) от 0 до 75 мас.% обычных реактивных, газотурбинных, ракетных или дизельных топливных смесей, предпочтительно смесей из очищенной нефти с низким содержанием серы или смесей Фишера-Тропша.