COMPOSICIONES DE ADITIVOS PARA COMBUSTIBLES DE MOTORES DIESEL EQUIPADOS CON TRAMPAS DE PARTICULAS.

Una composición de aditivo para combustible que comprende una disolución o dispersión de una sal de neocarboxilato de hierro soluble en aceite derivada de un compuesto de la fórmula:

Composiciones de aditivos para combustibles de motores diésel equipados con trampas de partículas.

Esta invención se refiere a nuevas composiciones de aditivo para combustible. Más particularmente, esta invención se refiere a aditivos para combustible de carboxilato metálico que se ha encontrado que son muy efectivos para mejorar la calidad de las emisiones de la combustión de fueloils, particularmente combustibles diésel. Estos aditivos de carboxilato son útiles para reducir la formación de hollín y la acumulación de partículas en los tubos de escape diésel y los sistemas de evacuación de calderas y son especialmente efectivos para mejorar el rendimiento de trampas de partículas que se usan en los sistemas de escape de motores diésel, entre otros usos.

Se espera que los motores diésel equipados con trampas de partículas, montadas en la corriente de escape, para "atrapar" o recoger partículas en el tubo de escape para prevenir su emisión a la atmósfera sean de mayor uso en los próximos años.

Los motores diésel que funcionan sin trampas de partículas emiten hidrocarburos sin quemar (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NO_x), y partículas, todos los cuales están sometidos a la reglamentación actual o propuesta. Los problemas para controlar estos contaminantes están agravados porque hay un compromiso entre partículas y óxidos de nitrógeno - cuando se modifican las condiciones de combustión para favorecer las bajas emisiones de óxidos de nitrógeno, se incrementan las partículas. Las trampas de partículas se emplean para reducir la severidad de las emisiones de partículas.

Ahora parece que se requerirá una combinación de técnicas, que incluyen trampas diésel y sistemas que usan óxidos de nitrógeno, para cumplir objetivos realistas de aire limpio. Esta manera de reducir partículas será necesaria porque las técnicas disponibles para la reducción de NO_x, tales como cambios del encendido y la recirculación de escape, requieren un compromiso con las partículas. La consecución de más bajas emisiones de NO_x, hidrocarburos sin quemar, y monóxido de carbono, controlando las partículas durante periodos de tiempo razonables, sigue planteando un desafío técnico.

Las partículas diésel, su efecto y control, están en el centro de mucho interés y controversia. Su química e impacto medioambiental presenta cuestiones complejas. Generalmente, la materia de partículas diésel es principalmente partículas sólidas de carbono y compuestos metálicos con hidrocarburos adsorbidos, sulfatos y especies acuosas. Entre las especies adsorbidas están aldehídos e hidrocarburos aromáticos policíclicos. Se ha publicado que algunos de estos compuestos orgánicos son potenciales carcinógenos o mutágenos. Los hidrocarburos sin quemar están relacionados con el olor a diésel característico e incluyen aldehídos tales como formaldehído y acroleína. La necesidad de controlar nanopartículas es probable que conduzca a disposiciones que requieran trampas.

Desgraciadamente, incrementar la recuperación de partículas simplemente modificando el diseño o el tamaño de las trampas incrementaría la velocidad de acumulación de contrapresión dentro de la trampa, que provoca aumento de consumo de combustible y poca facilidad de conducción. Además, el control de los distintos contaminantes parece estar interrelacionado, incrementando la reducción de uno a veces los niveles de otro. Modificando la combustión para conseguir una oxidación más completa, se pueden conseguir disminuciones de los contaminantes que son el resultado de la combustión incompleta, pero los NO_x aumentan típicamente en estas condiciones.

Está claro que se requerirán trampas diésel (catalizadas o sin catalizar) para controlar las partículas, especialmente cuando se hacen esfuerzos para controlar los NO_x.

El uso de trampas diésel y la necesidad de mejorarlas ha dado como resultado mucha investigación y un gran número de patentes y publicaciones técnicas. Las trampas se construyen típicamente de metal o cerámica y son capaces de recoger las partículas del tubo de escape y soportar el calor producido por la oxidación de los depósitos carbonáceos que se deben eliminar por quema a intervalos regulares.

Esta eliminación por quema, o regeneración, podría ocurrir por sí misma si la temperatura de funcionamiento de la trampa fuera suficientemente alta. Sin embargo, en la situación típica, la temperatura del tubo de escape no es suficientemente alta constantemente, y las medidas secundarias tales como calentar eléctricamente para elevar la temperatura de la trampa o usar un catalizador sobre el revestimiento para reducir la temperatura de combustión de las partículas, no han tenido éxito totalmente.

Se describe una trampa para partículas de motor diésel, por ejemplo, en la Patente de EE.UU. No. 5.344.467 expedida el 6 de Septiembre de 1994, que enseña el uso de una combinación de un complejo organometálico y un antioxidante. El complejo organometálico es soluble o dispersable en el combustible diésel y se deriva de un compuesto orgánico que contiene por lo menos dos grupos funcionales unidos a una unión hidrocarbonada.

El documento WO99/36488 publicado el 22 de Julio de 1999 describe composiciones de aditivo para combustible que contienen por lo menos una especie soluble en combustible o dispersable en combustible que contiene hierro en combinación sinérgica con por lo menos una especie soluble en combustible o dispersable en combustible que contiene un metal del grupo de los alcalinotérreos. Se dice que esta combinación de aditivos metálicos mejora el funcionamiento de las trampas de filtro de partículas diésel.

También es pertinente para el asunto de esta invención la Patente de EE.UU. No. 4.946.609 expedida el 7 de Agosto de 1990, que enseña el uso de compuesto de hierro tales como ferroceno, derivados de ferroceno y sales de hierro de ácidos orgánicos como aditivos para aceites lubricantes usados para motores diésel. Se enseña que la presencia de los compuestos de hierro en el aceite lubricante facilita la regeneración de los filtros de partículas diésel.

El documento WO94/11467 publicado el 26 de Mayo de 1994 enseña un método para mejorar el funcionamiento de trampas diésel por medio del uso de un aditivo para combustible que comprende composiciones solubles en el combustible de un metal del grupo del platino en cantidades efectivas para rebajar las emisiones de hidrocarburos sin quemar y monóxido de carbono de la trampa. Los metales del grupo del platino comprenden platino, paladio, rodio o indio.

El documento EP-A-0 420 034 describe el uso de una mezcla de hierro soluble en aceite y sales de magnesio de ácidos monocarboxílicos de C₆ a C₈ alifáticos saturados como un auxiliar de combustión para combustibles líquidos. Los ácidos pueden ser lineales o ramificados, en particular a-ramificados, y todos los ácidos nombrados como ejemplos, siendo preferido el ácido 2-etilhexanoico, carecen de un átomo de carbono a cuaternario.

El documento FR-A-2 495 180 describe el uso de sales orgánicas de hierro y/o de manganeso como productos auxiliares de combustión para combustibles líquidos. Se afirma que las sales son de ácidos carboxílicos alifáticos que contienen de 3 a 10 átomos de carbono. Los ácidos pueden lineales o ramificados, en particular, a-ramificados y todos los ácidos nombrados como ejemplos, por ejemplo, el ácido 2-etilhexanoico, carecen de un átomo de carbono a cuaternario.

El documento EP-A-0 199 558 describe el uso de sales de metales pesados de ácidos teloméricos carboxílicos de cadena ramificada tales como aquellos de Fe para mejorar la filtrabilidad, punto de vertido y punto de turbidez de combustibles hidrocarbonados líquidos. Los ácidos representados carecen de un átomo de carbono a cuaternario.

La presente invención está basada en el descubrimiento de que sales de hierro de los ácidos neocarboxílicos descritos en la presente memoria proporcionan disoluciones o dispersiones en disolventes hidrocarbonados que son estables en el almacenamiento en un amplio intervalo de temperatura y que son efectivas para mejorar el funcionamiento de trampas de partículas de motores diésel y más generalmente útiles para controlar el hollín y la acumulación de materia en partículas en tubos de escape y sistemas de evacuación para grandes motores y calderas.

Según la presente invención se han descubierto composiciones de aditivo para combustible estables...

1. Una composición de aditivo para combustible que comprende una disolución o dispersión de una sal de neocarboxilato de hierro soluble en aceite derivada de un compuesto de la fórmula:

en la que R₁, R₂, R₃ y R₄ representan hidrógeno o un hidrocarbilo que tiene 1-30 átomos de carbono (C₁-C₃₀), pero en la que por lo menos dos de R₁, R₂, R₃ o R₄ son hidrocarbilo de C₁-C₃₀ y tanto R₁ como R₂ deben ser hidrocarbilo; R₅ es un hidrocarbilo que tiene de 1 a 120 átomos de carbono y m y n pueden ser cada uno cero o un número entero tal que el número total de átomos de carbono en el neocarboxilato no es más de 125, comprendiendo la disolución o dispersión 20-80% en peso del neocarboxilato y 80-20% en peso de un disolvente hidrocarbonado.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que R₁ y R₂ son ambos hidrocarbilo y R₃ y R₄ son hidrógeno.

3. La composición de la reivindicación 2, en la que el neocarboxilato de hierro es neodecanoato de hierro.

4. La composición de la reivindicación 1, en la que el disolvente es un disolvente hidrocarbonado parafínico o isoparafínico.

5. Una composición de fueloil que comprende un fueloil que contiene la composición de aditivo de la reivindicación 1, la reivindicación 2 o la reivindicación 3.

6. La composición de la reivindicación 5, en la que el fueloil es un combustible diésel.

7. La composición de la reivindicación 5, en la que el fueloil es un fueloil pesado usado en ferrocarriles, generación de energía y aplicaciones marinas que emplean grandes motores y calderas u hornos.

8. La composición de la reivindicación 7, en la que el fueloil pesado tiene una o más de las siguientes características:

        (i)        un punto de destilación (ASTM D86) de más de 330ºC, preferentemente mayor de 360ºC, más preferentemente mayor de 400ºC, y lo más preferentemente mayor de 430ºC;

        (ii)        un número de cetano (medido por ASTM D613) de menos de 53, preferentemente menos de 49, más preferentemente menos de 45;

        (iii)        un contenido aromático de más de 15% en peso, preferentemente mayor de 25% y más preferentemente mayor de 40%; y

        (iv)        un residuo de carbono Ramsbottom (por la ASTM D524) de más de 0,01% en masa, preferentemente mayor de 0,15% en masa, más preferentemente mayor de 0,3% en masa, tal como 1% o 5% en masa, y lo más preferentemente mayor de 10% en masa.

9. La composición de la reivindicación 5, en la que el fueloil es un fueloil residual usado en motores diésel marinos y en aplicaciones estáticas, de ferrocarriles, hornos y calderas.

10. La composición de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en la que el neocarboxilato de hierro es neodecanoato de hierro.

11. La composición de la reivindicación 5, en la que el fueloil contiene de 2 a 25 ppm de metal.

12. La composición de la reivindicación 11, en la que el fueloil es un combustible diésel y el neocarboxilato es neodecanoato de hierro.

13. Un método para mejorar el funcionamiento de un motor diésel equipado con una trampa para emisiones de partículas en el tubo de escape del motor diésel que comprende añadir al combustible diésel usado en dicho motor la disolución o dispersión de aditivo para combustible de la reivindicación 1.

14. El método de la reivindicación 13, en el que la disolución o dispersión de aditivo para combustible comprende neodecanoato de hierro.

15. Un método para controlar la formación de hollín y la acumulación de materia en partículas en el tubo de escape y sistemas de evacuación para grandes motores y calderas, que comprende añadir al fueloil usado en ellos la disolución o dispersión de aditivo para combustible de la reivindicación 1.