[发明专利]聚甲醛二(烷基聚乙二醇)醚在压燃式发动机中作为柴油添加剂用于减少炭烟排放的用途

说明书

本发明涉及聚甲醛二(烷基聚乙二醇)醚作为柴油添加剂的用途。

在压燃式发动机中通过柴油添加剂减少炭烟排放是已知的。

这样的添加剂例如是通式为R¹(-O-CH₂-CHR²)_n-O-R³的聚氧烷，其中，R¹是直链或支链的烷基基团，R²和R³是相同或不同的直链或支链烷基基团或H，且n≥1。这样的聚氧烷不含氧化数＞+1的碳原子。仅使用这样的聚氧烷，所述聚氧烷基本上不含有毒成分。这类的示例性代表是聚乙二醇二烷基醚。在柴油发动机燃烧时添加这种聚乙二醇二烷基醚减少了炭烟的形成。因此，向按照EN 590的柴油中添加5体积％的四乙二醇二甲醚减少了单缸柴油发动机的高达70％的炭烟排放，视运行工况点而定，持续NO_x排放为27.4-54.1％。由添加四乙二醇二甲醚造成的燃料热值的减少是轻微的，为1.6％。混合物的氧含量为大约1.8％。

炭烟排放的减少归因于在发动机中这些物质热解时形成含氧的种类(Spezies)。这阻碍了炭烟颗粒的增加。然而聚乙二醇二烷基醚具有良好的溶剂性质。因此，与聚乙二醇二烷基醚接触的材料，例如弹性体和塑料以及涂料，必须特别谨慎地加以选择。通常没有对老式发动机的向下兼容。

通常，聚乙二醇二烷基醚的制备通过下列的多步法来实现：

a)由醇和环氧乙烷制备烷基二醇。在这种情况下，有利地可使用由生物作用制备的醇，如甲醇、乙醇和1-丁醇。通过乙烯的催化氧化实现环氧乙烷的制备。在欧洲和美国，乙烯通过石油馏分的裂解来制备，并且在高石油价格时，如已经在印度的情况，也可以通过生物乙醇的脱氢来获得。

b)用氢氧化钠将烷基二醇转化为烷基二醇钠。

c)通过用氯代烷转化烷基二醇钠获得聚乙二醇二烷基醚。

(Arpe“Industrielle Organische Chemie”，第176/1777页，Wiley-VCH 2007)。

出于环境保护的原因，步骤c)由于使用氯代烷是特别受批评的。此外，生产成本相对高。

聚甲醛二烷基醚从WO 2007/000428中是已知的。它们在减少炭烟排放方面作用较低。因此，将10体积％的甲醛二甲醚(甲缩醛)(聚氧烷的这类的首个成员)添加至按照EN 590的柴油，视发动机运行工况点而定与无添加的根据EN 590的柴油的炭烟排放相比，尽管4.1％的混合物氧含量高得多，但是仅仅带来22.7-41.2％的炭烟减少。热值的减少为大约4％。

聚醛二烷基醚，例如聚甲醛二甲醚的制备由WO 2008/074704是已知的。首先由合成气获得甲醇，其也可以由生物甲烷或生物垃圾通过热解获得。随后将甲醇转化成甲醛并最终通过酸催化经中间阶段甲缩醛和三聚甲醛实现甲醛与甲醇的转化并获得聚甲醛二甲醚。类似地在加入乙醇或1-丁醇代替甲醇的条件下获得聚甲醛二乙醚和聚甲醛二丁醚。这种方法相对成本低廉并因此能够与由热解气制备生物质液体(BtL)竞争。提供用于制备聚甲醛二甲醚的设备的成本明显低于制备BtL所需要的Fischer-Tropsch设备和加氢裂解设备。

因此，由可再生原料制备聚甲醛二烷基醚，尤其是聚甲醛二甲醚、聚甲醛二乙醚和聚甲醛二丁醚基本上是可能的。因此，使用生物质合成气作为起始物使得提供第二代和第三代生物燃料成为可能。

聚甲醛二甲醚具有良好的与经常使用的原料的相容性，诸如弹性体和塑料。

从EP-A-0 014 992中已知通式为R¹-O-(A-O-)_n-R²的聚醚，其中A表示亚乙基或1，2-亚丙基，R¹表示C₁-C₈-烷基且R²表示氢或C₁-C₄-烷基，且n具有1至5的值。将这种聚醚以15至90体积％的量加到柴油中以通过基于甲醇和特别是乙醇的燃料完全地或者部分地代替常规柴油。

从WO 86/03511中已知通式为R₁-O-CH₂-O-R₂的含氧甲烷衍生物，其中R₁和R₂为烷基。它们适合作为燃料添加剂。