Composición de combustible para motor, homogénea y estable, para motores diesel estándar,

de turbina de gas y de propulsión a chorro, que tiene una tolerancia al agua mejorada y que da como resultado una emisión reducida de contaminantes que comprende, en volumen: a) de 5% a 100% de un componente que consiste en compuestos orgánicos que contienen oxígeno, los cuales exhiben en conjunto al menos cuatro grupos funcionales diferentes que contienen oxígeno seleccionados de los grupos alcohol, éter, aldehído, cetona, éster, éster de ácido inorgánico, acetal, epóxido y peróxido, en donde dichos al menos cuatro grupos son aportados por cualquier combinación de dos o más compuestos diferentes que contienen oxígeno, cada uno de los cuales contiene al menos uno de dichas grupos, y la cantidad mínima de cualquiera de dichos grupos, calculada como el volumen total del/(de los) compuesto(s) que exhibe(n) el grupo particular, no es menor que 0, 1% del volumen total de la composición de combustible, siendo seleccionados dichos compuestos de: alcoholes C1-C10 y/o 2, 6, 8-trimetil-4-nonanol, aldehídos.

Combustible de motor para motores diesel, de turbina de gas y de propulsión a chorro, que comprende al menos cuatro grupos funcionales que contienen oxígeno diferentes seleccionados entre alcohol, éter, aldehído, cetona, éster, éster inorgánico, acetal, epóxido y peróxido.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a combustible de motor para motores diesel, de turbina de gas y de propulsión a chorro, y especialmente para motores estándar, cuyo combustible para motor incluye composiciones de combustible de compuestos orgánicos que contienen oxígeno unido, y opcionalmente, además compuestos de hidrocarburo. Adicionalmente, esta invención se refiere a combustible de motor para tales motores, y especialmente motores diesel, en los cuales la composición combustible es un líquido homogéneo, estable a presión y temperatura ambiente, siendo las condiciones operacionales normales de dichos motores.

Antecedentes de la invención

El problema de la reducción de contaminantes en la emisiones de escape de motores que se mueven por diesel es un desafío para la sociedad moderna. Es un propósito reemplazar el petróleo diesel como un combustible para vehículos, como se representa, por ejemplo, por EN 590 y el petróleo diesel No. 2 y los similares, por razones del medio ambiente y también debido a sus efectos en la salud. Existen acuerdos internacionales que prevén el ajuste progresivo de los requerimientos concernientes a la cantidad de productos tóxicos que resultan de la combustión del combustible de motores en las emisiones de escape de vehículos y otras máquinas que usan motores diesel. En los países de la Unión Europea y en EE.UU. los requerimientos de la II Etapa entran en vigor a partir del año 2002. Los requerimientos estipulan decrecimientos significativos de monóxido de carbono (CO), mezclas de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno (HC + NO_x), y partículas en las emisiones de escape de motores diesel.

Además, la sociedad moderna está preocupada con el daño al balance global de dióxido de carbono en la atmósfera, el cual está vinculado a la quema intensiva de productos del petróleo, carbón y gas fósil. El daño al balance de dióxido de carbono en la atmósfera causa calentamiento climático global y tiene una influencia negativa en la naturaleza de nuestro planeta.

En este sentido el desarrollo de combustible para motores obtenido de recursos de plantas renovables es de verdadera significación.

El interés creciente por la protección del medio ambiente y por estándares más estrictos en los contenidos de componentes dañinos en las emisiones de escape fuerzan a la industria a desarrollar urgentemente diversos combustibles alternativos que quemen más limpiamente.

Los inventarios globales existentes de vehículos y maquinarias con motores diesel estándar, de turbina de gas y motores de propulsión a chorro actualmente no permiten la completa eliminación, como un combustible de motor, de mezclas de hidrocarburos obtenidas de fuentes minerales, tales como de petróleo crudo, carbón y gas natural, siendo un ejemplo de tal mezcla de hidrocarburos el combustible diesel.

Por otra parte es posible reemplazar una porción de hidrocarburos en combustible de motor tales como combustible diesel, por otros compuestos orgánicos que proporcionen emisiones de escape más limpias y que no afecten adversamente el funcionamiento del motor. Las gasolinas que comprenden compuestos que contienen oxígeno son actualmente ampliamente usadas. Es también conocido, por ejemplo, que la sustitución en el combustible de motor del 15% del petróleo diesel por alcohol proporcionan escapes más limpios y energía aceptable sin modificación de los motores diesel existentes.

Sin embargo, el problema del uso de los alcoholes más ampliamente disponibles y baratos, metanol y etanol, como una parte de un combustible de motor es que estos compuestos son inmiscibles con los combustibles diesel y la gasolina. Potencialmente, alcoholes y otros compuestos que contienen oxígeno deben producir productos de combustión ambientalmente limpios. Sin embargo, el proceso de combustión en motores es un fenómeno extremadamente complicado, el cual es afectado no solamente por la composición del combustible, sino además por los parámetros físicos del combustible, e inicialmente por la homogeneidad del líquido.

La factibilidad y las propiedades de las mezclas de fracciones de diesel de petróleo con etanol fueron reportadas hace tiempo, tales como en Technical Feasibility of Diesohol, ASAE Paper 79-1052, 1979. Fue enfatizado en este artículo, que el principal problema del uso de tales combustibles es su tendencia a la separación de fases. Además, tal separación de fase es significativamente afectada por la presencia de agua en el sistema. A 0°C un contenido de agua de sólo el 0,05% causa la separación de un combustible de motor que contiene 99% de diesel y 0,95% de etanol.

Es ampliamente conocido que emisiones de NO_x pueden ser reducidas mediante la reducción de la temperatura de combustión. Una forma de lograr temperatura de combustión reducida es mediante la adición de agua al combustible o inyectar separadamente agua en la cámara de combustión.

Sin embargo, adicionado agua la separación de fase ocurrirá en la mayoría de los sistemas de combustibles, especialmente a temperaturas más bajas, ej., cerca de 0°C. La publicación EP-A-0 014 992 (BASF) y la Patente US 4,356,001 (de W. M. Sweeney) soluciona el problema del agua en la composición combustible incluyendo en el combustible polyeteres y/o acetales con o sin metanol o etanol. Sin embargo, cuando se formula la composición combustible de acuerdo a la patente uno encontrará que la tolerancia de agua mejorada no es suficiente en un rango de temperatura más amplio. Las emisiones de CO, hidrocarburos y hollín de tales combustibles son marcadamente mayores que las aceptables.

Es conocido que los combustibles que contienen alcohol producen emisiones de carbono, óxido de carbono y óxido de nitrógeno relativamente bajas. (Johnson R.T., Stoffer J.O., Soc. Automo. Eng. (Spec. Publ.) 1983, S.P. 542, 91-104).

Una parte significativa del desarrollo en el campo de combustibles diesel híbridos está dedicada a la creación de microemulsiones. Las microemulsiones son dispersiones coloidales térmicamente estables en las cuales los diámetros de las partículas están en el orden de 20-30 ring{A}. En 1977 Backer propuso el empleo de tensioactivos para formar microemulsiones de alcoholes e hidrocarburos (Patente GB No. 2,002,400, concedida el 12 de Julio de 1977). Posteriormente, para el mismo propósito otros emulgentes fueron propuestos (Patente GB No. 2,115,002, concedida el 1 de Febrero, 1982; Patente U.S. No. 4,509,950, emitida el 24 de Marzo, 1985; Patente U.S. No. 4,451,265, emitida el 21 de Abril, 1984; y la Patente Europea No. 475,620, publicada el 18 de Marzo, 1992.

Es posible lograr una composición homogénea de combustible diesel incorporando diferentes alcoholes y sus mezclas. En la patente francesa No. 2453210 publicada el 31 de Octubre de 1980, para lograr un líquido homogéneo incorporando hidrocarburos y metanol, se propuso adicionar además alcoholes saturados alifáticos primarios de estructuras lineales y ramificadas que tienen de 8 a 15 átomos de carbono o mezcla de tales alcoholes. El impedimento de la separación de los combustibles híbridos que incorporan la mezcla de alcohol permite el desarrollo cubierto por la Patente Europea No. 319060, publicada el 7 de Junio, 1989.

El estudio de las características de funcionamiento de los combustibles híbridos confirma la posibilidad de su uso para la operación de motores diesel (Mathur H.B., Babu M.K. Indian Inst. Techn. Journ. Therm. Eng., 1988, 2(3), p. 63-72. Haschimoto, K. Et al., Journ. Jap. Petrol. Inst., 1996, v. 39, N2, p. 166-169).

En la publicación WO95/02654 (publicada el 26 de enero de 1995) para lograr una mezcla de combustible homogéneo los titulres proponen usar una formulación que contiene hasta un 20% del volumen total de etanol y/o n-propanol, hasta un 15% del volumen total de ácidos grasos y/o éster orgánico, siendo el resto un líquido hidrocarbonado. La patente ofrece ejemplos de composiciones en las cuales el ácido oleico así como diferentes ésteres orgánicos son usados en adición al diesel, etanol y propanol.

De acuerdo con el documento WO95/02654, en todos los ejemplos se dice que ilustran composiciones... [Seguir leyendo]

1. Composición de combustible para motor, homogénea y estable, para motores diesel estándar, de turbina de gas y de propulsión a chorro, que tiene una tolerancia al agua mejorada y que da como resultado una emisión reducida de contaminantes que comprende, en volumen:

R --- uelm{C}{uelm{dpara}{O}} --- H

R --- uelm{C}{uelm{dpara}{O}} --- R₁,

2. Composición de combustible para motor según la reivindicación 1, en la que la cantidad mínima de cualquiera de los al menos cuatro grupos funcionales, calculada como el volumen total del/(de los) compuesto(s) que exhibe(n) el grupo particular, no es inferior a 0,5%, y preferiblemente no inferior al 1% del volumen total de la composición de combustible.

3. Composición de combustible para motor según la reivindicación 1 ó 2, en la que el componente que contiene oxígeno comprende al menos cuatro tipos de compuestos orgánicos que difieren en los grupos funcionales que contienen oxígeno unido, compuestos que preferiblemente exhiben uno o dos grupos funcionales cada uno, y más preferiblemente un grupo funcional cada uno.

4. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que uno o más compuestos diferentes pueden exhibir el/los mismo(s) grupo(s) funcional(es).

5. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los compuestos orgánicos que contienen oxígeno son lineales o escasamente ramificados.

6. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el componente que contiene oxígeno de la composición de combustible de motor de la invención incluye preferiblemente (i) alcoholes, (ii) éteres, (iii) ésteres orgánicos y (iv) al menos uno de aldehído, cetona, éster inorgánico, acetal, epóxido y peróxido, y preferiblemente todos los mencionados en (iv).

7. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos uno de metanol o etanol, y opcionalmente sub-productos de la producción de dicho metanol o etanol, está(n) presente(s) en el componente del compuesto que contiene oxígeno.

8. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente de compuesto que contiene oxígeno contiene contaminantes co-producidos o presentes durante la producción de dicho componente de compuesto que contiene oxígeno.

9. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es estable a presión atmosférica sobre un intervalo de temperatura desde una temperatura de rocío no superior a -35ºC hasta una temperatura de ebullición inicial no inferior a 180ºC.

10. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es estable sobre un intervalo de temperatura desde un punto de rocío no superior a -50ºC hasta un punto de ebullición inicial no inferior a 50ºC.

11. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye agua en cantidades de al menos alrededor de 1% en volumen basado en el volumen total de la composición de combustible para motor.

12. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente de compuesto orgánico que contiene oxígeno se forma a partir de un recurso de planta renovable.

13. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente hidrocarbonado es una fracción diesel, o una mezcla de una fracción diesel y una fracción hidrocarbonada más ligera que la fracción diesel.

14. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente hidrocarbonado es una fracción de gasoil o una mezcla de una fracción de gasoil y una fracción hidrocarbonada más ligera que la fracción de gasoil.

15. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en la que el componente hidrocarbonado es obtenido de recursos renovables, incluyendo trementina, resina de trementina u otros compuestos que contienen oxígeno.

16. Composición de combustible para motor de las reivindicaciones 1-12, en la que el componente hidrocarbonado es obtenido de gas de síntesis, opcionalmente obtenido de biomasa; o de una fracción C₁-C₄ que contiene un gas; o de la pirólisis de materiales carbonáceos, que, opcionalmente comprende biomasa, o una mezcla de los mismos.

17. Composición de combustible para motor de las reivindicaciones 1-16, en la que los componentes que contienen oxígeno proporcionan las propiedades de lubricación requeridas del combustible para motor.

18. Composición de combustible para motor de las reivindicaciones 1-17, en la que los componentes que contienen oxígeno proporcionan una reducción del depósito en la cámara de combustión.

19. Composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 y 8-18, que exhibe un punto de inflamación inferior a 50ºC.

20. Método de preparación de la composición de combustible para motor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que no requiere ningún medio externo para el mezclamiento, que comprende introducir sucesivamente en un depósito de combustible los componentes de la composición de combustible para motor que tienen la misma temperatura, comenzando con el componente que tiene la densidad más baja a esa temperatura y terminando con el componente que tiene la densidad más alta a esa temperatura.