[发明专利]生物来源的涡轮和柴油机燃料

说明书

相关申请的引用

这是2011年2月16日申请的共同未决美国专利申请No.13/028896的PCT国际申请，其是2010年5月26日申请的美国专利申请序列号12/788010的继续申请，其2010年3月4申请是美国专利申请序列号12/717480的继续申请，其是2008年8月13日申请的美国专利申请序列号12/139428的继续申请，其是2007年7月27日申请的美国专利申请序列号11/881565的继续申请，其要求2006年7月27日申请的美国临时专利申请序列号60/833589的优先权，所有这些专利申请的公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明总地涉及由可再生材料所生产的发动机燃料，具体地，本发明提供可以完全由可再生材料生产的非石油基燃料可再生。在一种实施方案中，本发明的一种燃料可以配制成各种航空燃料，包括用于航空涡轮发动机中的燃料。在另外一种实施方案中，这些生物来源的燃料可被用于各种类型的柴油发动机中。

发明背景

随着廉价油和世界石油生产顶峰的终结，公认的是石油是一种非再生性资源，并且最终将耗尽。这种认识已经重新燃起了对于开发用于燃料的可再生来源的兴趣。对于航空燃料来说尤其如此。

在美国，联邦航空局(FAA)负责通过(ASTM)国际来设定航空燃料的技术标准。任何新的燃料必须符合现有的燃料规范。例如，FAA使用作为航空汽油标准的ASTM D910-Grade100LL。无论该新的燃料是基于石油的还是基于化学品或化学品组合的，都是如此。

约用于内燃机的乙醇基燃料可供使用已经有约五十年。加利福尼亚州首先规定子汽车燃料(其包括乙醇基燃料)的强制氧化，部分用以降低燃料的批发成本，和在较小程度上降低所消耗的每加仑汽油产生的空气污染。实际上，由于乙醇基燃料具有更低的能量，因此每英里的污染物通常会增加。乙醇基燃料的一个主要益处是它们具有比无乙醇的汽油稍高的辛烷值。这是许多石油公司提供含有高乙醇含量优质燃料和低乙醇的常规等级的汽油的原因。已经发现与市售燃料和乙醇基燃料相比，由非乙醇的一些化学物质所制造的可再生燃料表现出明显更高的辛烷值和提高的单位体积能量。

辛烷(功率)

辛烷值是功率产生效率的一种度量。它是一个动态参数，所以难以预测。美国试验和材料学会在二十世纪五十年代为国防部编撰了试验辛烷数据(用于纯烃)的卷册。用于获得该动态参数的方法在下一段中讨论。基于试验测试，2,2,4-三甲基戊烷(异辛烷)具有规定的辛烷值100，正庚烷具有规定的辛烷值0。辛烷值是通过这种方法线性内插的；因此一旦确定了纯样品值，则可以对混合物进行预测。

汽车汽油被以研究法和动力法辛烷值的平均值张贴于泵处。它们分别与在不太严格和更严格条件下运行实验室测试发动机(CFR)有关。有效的辛烷值位于研究法和动力法辛烷值之间。航空汽油具有100MON(动力法辛烷值)的“硬性”要求；乙醇的MON是96，这使得它只有在与其他更高辛烷值的组分混合时才具有使用的可行性。常规的100LL(即，100辛烷值低铅)包含最大3ml四乙铅/加仑以实现期望的辛烷等级。

范围(能量)

汽油内所含的固有能量直接与里程，而非辛烷值有关。汽车汽油没有能量规范，因此也没有里程规范。相反，航空燃料，一个普通的例子是100LL(100辛烷值低铅)，具有能量含量规范。这转换为飞机航程和具体的燃料消耗。在上面的辛烷值例子中，异辛烷和正庚烷的值分别是100和0。从能量的角度看，它们分别包含了7.84和7.86 kcal/ml的燃烧热值，这与人们基于所发出的功率进行的预测是相反的。由于其任务的敏感性，飞机不能牺牲航程。为此原因，能量含量与MON值同等重要。

100LL的当前产量是约850000加仑/天。100LL已经由环保局(EPA)指定为美国包含四乙铅的最后的燃料。这种豁免很可能在不久的将来终止。

虽然已经发现离散的化学化合物满足用于100LL辛烷航空汽油的动力法辛烷值，但是它们不能满足对于航空汽油的许多其他技术要求。例如对于异戊烷90MON和三甲基苯136MON来说就是如此。例如，纯异戊烷不具有作为航空燃料的资格，因为它没有通过用于超载ON的ASTM规范D909，用于动力法辛烷值的ASTM规范D2700和用于蒸气压的ASTM规范D5191。纯的1,3,5-三甲基苯(均三甲苯)也不具有作为航空燃料的资格，因为它没有通过用于凝固点的ASTM规范D2386，用于蒸气压的ASTM规范D5191和用于10%蒸馏点的ASTM规范D86。