CN106687566A - 具有可再生含氧物的航空燃料 - Google Patents

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Abstract

描述了用于发动机燃料的优选组合物。这种发动机燃料可以特别好地适用于飞行器的发动机。特别地，本公开的组合物可以包含50‑75重量%的异辛烷/烷基化物、20‑40重量%的ETBE、0‑3重量%的异丁烷和0‑5重量%的芳族物质。本公开描述了具有各种发动机辛烷(MON)值的全范围无铅燃料。

Description

具有可再生含氧物的航空燃料
相关申请的引用
本申请要求在2014年7月14日提交的美国临时专利申请序号62/024,028的优先权，其内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及包含脂族烃组分的无铅活塞发动机燃料(无铅航空汽油)，所述脂族烃组分通常包括汽油中发现的较低沸点C4至C10烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃，以及使用基于氧的杂原子化合物，特别是ETBE，共混在一起以产生具有98或更高的发动机辛烷值的独特的航空汽油制剂，其为航空目的提供优异的发动机和操作性能。这些独特的燃料显示具有：a)优异的活塞发动机燃烧和排气特性，b) 与用作辛烷增效剂的芳族胺或金属相比更低的环境毒性，和c) 与用于飞行器燃料***的材料的选择性高燃料相容性程度。
现有技术的描述
发动机燃料用于各种***。在最广泛的意义上，发动机燃料是用于活塞或涡轮发动机中的燃料。本发明涉及可用于地面车辆和/或飞行器中的活塞发动机的燃料。通常，地面车辆可以使用相对低的辛烷燃料，而飞行器需要较高辛烷燃料。关于燃料选择的基本决定因素是与发动机的压缩相比的燃料的辛烷等级。例如，较高压缩发动机通常需要较高辛烷燃料。
本发明的一个特定方面是提供可用作活塞发动机燃料的制剂，并且特别适合用作航空汽油。
与地面车辆汽油相比，航空汽油(aviation gasoline)或航空汽油(avgas)具有许多特殊要求。航空汽油(称为“航空汽油”)是用于火花点火(往复式)活塞发动机以推进飞行器的航空燃料。航空汽油不同于发动机汽油(mogas)(发动机汽油(motor gasoline))，发动机汽油是用于机动车辆和一些轻型飞行器的日常汽油。
大多数级别的航空汽油历史上含有四乙基铅(TEL)，这是一种用于防止发动机爆震(爆燃)的有毒物质。本发明产生具有燃料性质的无铅级别的航空汽油，其满足针对100LL(含铅航空汽油)由ASTM D910限定的活塞发动机飞行器的适当的燃烧和抗爆震要求(爆燃抑制性)、挥发性(蒸气压)和相关标准，但具有最小98发动机辛烷值。本发明的燃料允许一系列活塞发动机飞行器，包括高压缩活塞发动机，以有效执行制造商的要求。
航空汽油必须满足航空发动机的功率要求。发动机辛烷值或MON是航空燃料的性能的标准量度。MON越高，在爆燃之前燃料可以承受更高的压缩。广义地说，具有更高的发动机辛烷等级的燃料在通常具有更高性能的高压缩发动机中最为有用。
MON是在负载(应力)下燃料如何表现的量度。ASTM试验方法2700描述使用具有预热的燃料混合物、900rpm发动机速度和可变点火定时的试验发动机的MON试验，以强调燃料的抗爆震性。航空汽油燃料的MON可以用作可以在满标度发动机起飞、爬升和巡航条件下获得的爆震极限功率的量的指导。
航空汽油的另一个特别的问题是它在宽范围的海拔和气候条件下可靠地启动的能力。航空汽油需要具有比汽车汽油更低和更均匀的蒸气压，使得尽管在高海拔下大气压降低它也保持液态，从而防止气塞。航空汽油满足该要求的能力可以基于里德蒸汽压(RVP)进行评估。对于航空汽油的典型要求是它在37.8℃下具有37-49kPa的RVP，如根据ASTMD5191测定。
航空汽油还必须高度不溶于水。溶解在航空燃料中的水可能引起严重的问题，特别是在高海拔。随着温度降低，溶解的水变成游离水。如果冰晶形成，堵塞过滤器和其它小孔口，那么这就产生问题，可能导致发动机故障。
因此，乙醇和醇组分通常不用于航空燃料，因为它们水溶性的趋势，并且一些化合物对燃料***组件具有高度腐蚀性。
这些燃料可任选地包括其它组分或添加剂，特别是改性或增强特征，例如辛烷等级、蒸气压、粘度、防结冰、抗静电、氧化稳定性、抗腐蚀性、沸点、发动机冷启动、排气烟和发动机沉积物。
航空燃料是将许多可能的烃组分共混成非常特定的制剂以产生适合航空特定用途的可燃燃料的产物。例如，在全世界大多数商用喷气机上使用的涡轮发动机利用专门为其燃烧特性设计的喷气燃料，其使用具有通常在C8-C16范围内的碳的较长链分子的烃。这些燃料通常具有高闪点(较不易燃)，这使得它们在宽范围的商业用途中操作是安全的。通用航空中使用的活塞发动机需要由类似于汽车中使用的汽油的较轻的烃(通常在C4-C10范围内的碳分子)制成、但是具有高得多的辛烷要求和稍微较低的蒸气压要求的燃料。几十年来，由活塞发动机飞行器使用的航空汽油的燃烧特性要求四乙基铅作为燃料的关键组分，以实现最高水平的发动机辛烷值，从而有助于减少发动机爆震的可能性。近年来，公共卫生危害和环境法规的组合引发了全球航空业从航空汽油中除去所有铅化合物的努力。
用于共混和生产满足所有种类的活塞发动机飞行器的性能要求的无铅航空汽油的备选方案是复杂的，即使对于航空汽油领域的技术人员来说也是如此。活塞发动机飞行器中使用的航空燃料必须满足由ASTM国际管理并由跨行业专家论坛监督的各种燃料规范所限定的所有最低性能标准。燃料还必须满足由联邦航空局(FAA)和其它联邦、州和地方监管机构限定的最低燃料运行要求。具体地，航空汽油必须满足最小发动机辛烷值(以确保在发动机性能要求的范围内适当的爆震抑制)、蒸气压的适当范围以及影响燃烧、挥发性、组成、流动性、抗腐蚀性、氧化稳定性、环境毒性和材料相容性的所有相关事项。
已经发现增强活塞飞行器的航空汽油的发动机辛烷等级的化合物，如由航空汽油领域的技术人员所研究的，包括具有高浓度的芳族烃(特别是甲苯、二甲苯或1,3,5-三甲苯)的燃料，或与各种芳族胺(特别是苯胺或间甲苯胺)、含氧物(例如MTBE、ETBE和乙醇)和/或某些金属(特别是四乙基铅)共混的燃料。本发明关注于使用基础脂族化合物，使用特定的C4-C10烃，在不存在基于氮的芳族胺的情况下并且在不存在金属的情况下共混，但加入非常特定的基于氧的杂原子分子(含氧物)以获得满足用于航空汽油的合适的ASTM规范的无铅燃料，具有最小98发动机辛烷值。此外，显示燃料是安全的、低毒性、优异的燃烧特性并且与用于飞行器燃料***和相关供应链中的材料完全相容。
美国专利号5,851,241描述了一种无铅航空燃料，其由以下组分构成：与烷基叔丁基醚(通常为MTBE或ETBE)组合的基础烷基化物与至多10%的芳族胺(例如苯胺、间甲苯胺等)的组合；一些衍生物制剂还包括使用锰作为辛烷增效剂。由于在过去10年来，在美国许多州的运输燃料中MTBE和锰被大部分禁止，所以这些制剂在市场上并不市售可得。此外，使用高浓度的芳族胺引起对环境毒性进入燃料制剂中的忧虑，进一步挑战它们作为市场中的燃料的接受性。
美国专利6,238,446描述了基于具有4%-10% MTBE(或ETBE或MTAE)的基础烷基化物加上加入每加仑0.2-0.6克锰的共混物组合的最小100MON的各种无铅航空燃料。该申请未考虑金属对活塞发动机的高磨损和撕裂影响，或这些醚如在美国市场禁用的MTBE的影响。这些因素使得本发明不切实际并且对于航空用途而言是商业上不期望的。
美国专利申请号2008/0244963 A1描述了由基础航空汽油共混的无铅燃料，其具有最小100 MON，其含有烷基化物、醚、醚醇、酸酐、芳族醚和酮的各种组合。这些燃料组分中的许多具有环境毒性问题，这使得本发明不切实际并且对于航空用途而言是商业上不期望的。
在1990年至2000年的10年间，联邦航空管理局(FAA)试验评估ETBE作为无铅航空汽油的可能组分。通过FAA程序试验的所有基于ETBE的制剂需要使用芳族胺(即，间甲苯胺)或叔丁基苯以为了足够的活塞发动机抗爆燃性能而有效提高燃料的辛烷性能。
已经进行了许多其它尝试以设计从基于烃的航空燃料开始的无铅高辛烷航空汽油，一些通过将较低沸点烷基化物和至多80%的芳族物质组合以提高辛烷，以及与5-15%的另外的C4-C5化合物组合以调节蒸气压至航空汽油标准。例如参见美国专利号8,741,126；7,416,568；8,324,437；8,049,048；和8,686,202。与这5种烃特定燃料实例不同，如上文现有技术中所述，将含氧物与MMT和/或芳族胺组合用于基础航空燃料已经导致整个行业高度关注，以理解这些燃料对航空业的可操作风险的更广泛观点。这就是本文关于ETBE和相关发明的选择性研究所关注的。
鉴于这种背景，仍需要另外的和/或改进的燃料组合物。
发明内容
一方面，本发明提供包含ETBE和选择的脂族烃的改进的燃料。例如，具有98或更高的高发动机辛烷值(MON)和合适的沸点特性(影响燃料稳定性、冷启动特征、排气特性等)的本发明的组合物可用作许多类型的飞行器发动机的航空燃料，包括高性能发动机以及传统飞行器。
另一方面，本发明提供改进的燃料，其含有最少量的铅化合物以实现其最佳爆燃抑制特性。例如，本发明的某些组合物不包括使用任何四乙基铅或任何二溴乙烷以清除飞行器燃料***中的铅。
又一方面，本发明提供满足或超过ASTM D910和/或ASTM D7719和/或ASTM D7547中的一个或多个要求的改进的燃料。
本发明的其它实施方案及其特征和优点将从本文的描述而显而易见。
详细描述
为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考某些实施方案，并且将使用特定语言来描述本发明。然而，应当理解的是，本发明的范围不限于此，本文所述的这种改变和进一步的修改以及本发明的原理的这些进一步应用应当视为本发明所涉及领域的技术人员通常会想到的。
ETBE是衍生自乙醇(特别是来自生物来源)和异丁烯加工的脂族醚。ETBE分子结构含有氧，因此称为含氧物。ETBE对活塞发动机的燃烧中的辛烷具有积极的影响。然而，能量密度每加仑少约5-8%，导致飞行器飞行范围损失。这反映在通过ASTM燃料标准测量的较低的净燃烧热中。ETBE中的氧产生有利的燃烧影响，这倾向于进行更完全的燃烧(因此在排气中排放较少的未燃烧的烃)。ETBE具有有利的材料相容性特征，因为其对飞行器燃料***中的材料不具有侵蚀性。ETBE的水溶解度为1.2g/100g，这可能有助于寒冷天气的燃烧问题。此外，71℃的沸点导致在寒冷天气情况下在具有ETBE的极端燃料中启动有些困难。这在ASTM蒸馏曲线试验中在10%沸点(85℃，最大)下观察到。
本发明提供无铅的活塞发动机燃料，优选包含与ETBE共混的选择的脂族烃的混合物。所述脂族烃可以包括烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃和二烯烃。在优选的实施方案中，所述脂族烃包括较低沸点的C4-C10烷烃、烯烃和环烷烃，但在很大程度上排除汽油中发现的芳烃。所得燃料制剂的特征在于一系列期望性质，使得它们适合于活塞发动机。
在某些方面，所述燃料包含由各种烃组成的烷基化物产物。在精炼中，烷基化过程将低分子量烯烃和异链烷烃分子转化成称为“烷基化物”的产物，其包括高辛烷异链烷烃的混合物。如本文所用，术语“烷基化物”是指可从精炼厂获得的烷基化物产物，并且还通常指包括C4-C10非芳族烃的任何混合物。无论是来自精炼厂的烷基化产物或以更纯化的形式，包含这些高挥发性/低沸点组分有助于实现所需的里德蒸汽压(RVP)范围。
一方面，所述烷基化物组分包括烷烃。特别地，已经发现，C4-C10烷烃，且更优选支链烷烃，为本发明的燃料制剂提供特别理想的性能。为了实现所需燃料性质的平衡，异辛烷是特别优选的。
本发明的方面涉及燃料的组合物。更具体地，本发明的方面可以特别适用于用于飞行器的燃料组合物，通常称为航空汽油或航空汽油。ASTM规范D7719描述了用于高辛烷航空燃料的燃料规范，并且因此通过引用整体并入本文。ASTM D7719还参照参考文献，例如但不限于其它ASTM规范，并且这些参考文献通过引用整体并入本文。ASTM规范D7547描述了用于无铅航空燃料的燃料规范。ASTM D7547通过引用整体并入本文。ASTM D7547还参照参考文献，例如但不限于其它ASTM规范，并且这些参考文献通过引用整体并入本文。ASTM规范D7592描述了用于无铅航空燃料的燃料规范。ASTM D7592通过引用整体并入本文。ASTMD7592还参照参考文献，例如但不限于其它ASTM规范，并且这些参考文献通过引用整体并入本文。标题为“航空汽油的标准规范(Standard Specification for AviationGasolines)”的ASTM规范D910描述了航空汽油可满足的几个特征，并且其通过引用整体并入本文。ASTM D910还参照参考文献，例如但不限于其它ASTM规范，并且这些参考文献通过引用并入本文。
已经发现，本发明的燃料制剂具有最小98发动机辛烷值(MON)，令人满意地支持全标度发动机试验中的抗爆燃试验。本发明的组合物具有至少98的MON，取决于所使用的组分的实际共混物。燃料制剂在37.8℃下具有38-49kPa的RVP。
本发明中的无铅燃料(在表2中也称为“UL100R”或“100R”)针对表1中的性能特性方面优于ASTM D910级别100LL和ASTM D6227级别UL87。例如，UL100R具有比100LL低2.7MJ/ kg的净燃烧热最小值，且当转换为体积基准(MJ/L)时，净燃烧热实际上比100LL低5-8%。研究表明，燃料中的含氧物的存在导致更完全的燃烧，这补偿减少的净燃烧热的一些效果。更完全燃烧的影响(基于每加仑)允许飞行器的飞行范围与100LL等同，而废气排放使用UL100R更清洁(即，没有铅排放，并且由于在燃烧时存在氧而导致废气中的较低的未燃烧烃)。尽管UL100R具有98的最小MON，含氧物的存在导致改进的燃烧性能，与等同MON的非氧化燃料相比，其提供一些抗爆震性增强。
UL100R是无铅燃料，在精炼厂和FBO之间意外污染的情况下允许至多0.013gPb/L最大值，而100LL是含铅燃料，含有至多0.56gPb/L。作为无铅燃料的UL100R将具有零铅沉淀。UL100R是含有至多40%(m/m)乙基叔丁基醚(ETBE)的氧化燃料，其优选由生物乙醇和异丁烯制成；因此，在燃料中具有40% ETBE的情况下，源自玉米乙醇的任何ETBE计算为18%源自可再生原料。然而，应当理解，本发明不限于使用从任何特定来源获得的ETBE。尽管市场对多国持续禁止MTBE有担忧，但单独的ETBE已被FAA认可为可行的燃料组分。
UL100R燃料是98+辛烷无铅航空汽油，具有至多18%的可再生含量，满足大多数主要的ASTM D910参数，并提供最干净的废气排放。基础燃料不含故意的芳族烃(例如甲苯、二甲苯和三甲苯)，因为这些可以增加燃料的密度，从而改变飞行器的重量分布。然而，某些实施方案确实允许至多5%的芳族物质以改进辛烷性能。不具有芳族物质的UL100R的优选实施方案具有与100LL相同的密度。较低的净燃烧热可导致飞行器减少至多5%-8%的范围；然而，试验表明，UL100R比其它无铅燃料组合物更完全燃烧，这可补偿该范围损失的一部分。
UL100R由于使用与ETBE结合的汽油组分而具有低的整体毒性，其未归类于OSHA的急性毒性等级标度。UL100R中使用的ETBE必须满足ASTM D7618“用于与航空火花点火发动机燃料共混的乙基叔丁基醚(ETBE)的标准规范(Standard Specification for EthylTertiary-Butyl Ether (ETBE) for Blending with Aviation Spark-Ignition EngineFuel)”中规定的最低品质要求。在一些实施方案中，燃料还可以包含至多250ppm的二茂铁的添加剂，二茂铁是无毒的基于铁的辛烷增效剂。研究表明，单独或与某些烷基化物组合的ETBE实际上可以满足活塞发动机的抗爆震爆燃要求，而不使用辛烷增效剂；然而，在加入至多250ppm的二茂铁的情况下，UL100R燃料可以满足或超过100LL的最小辛烷水平。
将ETBE的毒性与航空汽油中的其它常见组分进行比较。下面在此简要回顾：
来源：SDS数据来自第三方顺应性报道
该概述突出基于公开数据的相对急性毒性，使用LD50作为国际公认的基线。此外，对于燃料的客观评价，必须考虑长期暴露造成的慢性影响和其它影响，如致癌性、诱变性和致畸性。
另一个关键因素是特定燃料制剂中潜在有毒组分例如某些芳族胺的相对浓度，可能需要高辛烷无铅航空燃料中的浓度水平为100LL中发现的TEL的60至250分之一。参见Albuzat，T.，Understanding the Merits of 1,3,5-Trimethylbenzene. CoordinatingResearch Council Aviation Meetings，2014年4月28日，第6页。因此，UL100R被调节为特殊的无毒制剂，其化学组分超过OSHA标准对急性毒性的限制。
燃烧前：UL100R燃料是易燃的烃液体。它比100LL更快地蒸发。如果暴露于皮肤，它只是刺激剂。关于生态风险，UL100R预计将持续在土壤和水中，并且在没有氧气的情况下其降解更缓慢，这是航空汽油装槽(泄漏)的合适的全行业控制对于UL100R的接受性至关重要的原因。
燃烧后：UL100R是清洁燃烧的燃料，由于燃料中存在含氧物，比100LL燃烧完全得多。已知100LL排放含有有毒铅化合物如氧化铅和溴化铅的相当白色的烟雾。这些铅的排放对普通人群是不可见的。
作为氧化燃料的UL100R的组成具有类似于汽车汽油的燃烧前和燃烧后职业暴露限值，其典型范围为25ppm-300ppm [TWA：8小时OSHA]。
本发明的燃料制剂的基础组分是ETBE。ETBE以约20-约40重量%的量使用，基于制剂的总重量。另外，烃组分以约60-约80重量%被包括。烃组分是选自C4-C10脂族烃、烷基化物和烷烃的成分。在一些实施方案中，一部分烃组分被选自C6-C10芳族烃、异丁烷、二茂铁和枯胺的一种或多种其它组分替代。优选地当芳族烃和枯胺两者存在于制剂中时，芳族烃和枯胺的聚集不大于5重量%。
枯胺是指衍生自枯烯的三种异构液体碱(C3H7C6H4NH2)。已经发现，枯胺具有关于高辛烷航空汽油的芳族胺的独特性质。在本发明中，优选使用异构体4-异丙基苯胺。
在一个实施方案中，燃料组合物UL100R产生本文规定的性能性质。在下式中，术语“烷基化物”还旨在分别包括C4-C10脂族烃。该燃料按重量计含有以下范围的组分：
(异)丁烷：0-3%
(生物)ETBE：20-40%
异辛烷/烷基化物：50-75%
芳族物质含量：0-5%
在一个优选的实施方案中，所述制剂包含52-80重量%的烷基化物(或脂族烃)、20-40重量%的ETBE、0-5重量%的C6-C12芳族烃、至多3重量%的异丁烷和至多约250ppm的二茂铁，或基本上由以上组成。
在一个优选的实施方案中，所述制剂包含58-78重量%的烷基化物(或脂族烃)、20-40重量%的ETBE、2重量%的异丁烷和约250ppm的二茂铁，或基本上由以上组成。在一个优选的实施方案中，所述燃料制剂包含58重量%的异辛烷、40重量%的ETBE和2重量%的异丁烷，或基本上由以上组成，或由以上组成，并且具有约100的MON。
UL100R的另一种燃料组合物产生上表中规定的性能特性。所述燃料按质量计包含以下范围的组分：
(异)丁烷：0-3%
(生物)ETBE：20-40%
异辛烷/烷基化物：50-75%
芳族物质含量：0-5%
至多250ppm的二茂铁
例如，所述燃料制剂包含58重量%的异辛烷、40重量%的ETBE、2重量%的异丁烷和250ppm的二茂铁，或基本上由以上组成，或由以上组成。
在另一个实施方案中，所述燃料组合物按质量计包含以下范围的组分：
(异)丁烷：0-3%
(生物)ETBE：20-40%
异辛烷/烷基化物：50-75%
枯胺：0-5%
在另一个实施例中，所述燃料制剂包含53重量%的异辛烷、40重量%的ETBE、5%的枯胺和2重量%的异丁烷，基本上由以上组成，或由以上组成。
由于D910中概述的严格的技术参数，UL100R燃料组合物受性能度量，例如RVP、MON和蒸馏曲线的严格约束。UL100R满足ASTM国际D910航空汽油规范的大多数性能特性，如下所述。
UL100R的燃烧性能(如通过燃烧期间的抗爆震性测量)与100LL的燃烧性能一样好或更好。由于含氧物含量，UL100 Renewable以质量计具有比100LL(43.5 MJ / kg)低的净燃烧热 (40.8 MJ / kg)。由于类似的密度，基于体积的燃烧热实际上比100LL小5-8%，然而燃烧效率补偿这种损失。
流动性是飞行安全的关键操作参数。UL100R的流动性与100LL一致，凝固点最大值为-58℃。在UL100R中的组分的物理性质一起起作用以满足在高海拔操作期间确保燃料将继续以液态流动所需的严格要求。
燃料的挥发性是可靠性和飞行安全性的另一个关键操作参数。UL100R满足38-49kPa的常规航空汽油标准，由于存在不超过3%的异丁烷。我们的试验显示，(异)丁烷浓度高于3%的燃料将超过最大蒸汽压力限值，且经验损失> 1.5%。挥发性太大的燃料在正常操作条件下可能经历气塞，或使得发动机在地面上不启动，或在高海拔的紧急情况下不重新启动。
由于组分的稳定性质，UL100R的稳定性高。UL100R满足ASTM D910对于100LL的严格氧化稳定性要求，但不具有铅沉淀的风险，因为它是无铅燃料。由于事实上UL100R均由烃组分构成，它是水不溶性的。
腐蚀试验表明，UL100R满足用于铜条的加速浸泡试验的严格D910标准。
使用最大量的40%(m/m)生物ETBE、UL100 Renewable获得98的发动机辛烷值，提供足够的爆燃保护，不需要增强抗爆震性能的芳族含量。由于在该制剂中存在含氧物和铁，预期用98+的MON将实现等价的抗爆震性能。
这些制剂用于整个活塞发动机航空机队(fleet)。这考虑飞行器在以下范围内的需求：
资料来源：Crown Consulting,Inc.–General Aviation Piston EngineFleetAssessment for Octane Requirement
燃料满足构成活塞发动机航空机队的发动机的变化的需要，包括增碳、燃料喷射、自然吸气、涡轮增压、机械增压、中间冷却、低压缩、高压缩、水平相对、径向、在线发动机和V结构发动机。
在发动机试验单元中的初步试验表明，UL100 Renewable在-20℃下实现冷启动，并且发动机性能结果为“正”。参见图1和2。燃料表现出以下性质。冷启动：两种燃料都在低于-20℃下启动。EGT：UL100 Renewable在平均25-50℃更热的情况下运行。CHT：UL100Renewable在平均5-15℃更热的情况下运行。燃料消耗：对于两种燃料等效地运行。该试验对100LL经历偶尔的不点火，这减少EGT和CHT。还要注意：在未改造的发动机中，用UL100R的排气温度较高，因为燃料中的氧导致贫燃烧(即更高的空气燃料比)，因此更热的温度。增碳器调整可以容易地补偿这种影响。
L100R燃料与所有现有飞行器材料相容，包括金属和非金属两者。UL100R与现有机队和相关供应链基础设施相容。与密封膨胀相关，某些发动机制造商可能建议将依靠氯丁橡胶、布纳橡胶或乙烯橡胶材料的所有飞行器和现场基础设施设备转换为Viton或Teflon材料(在大多数情况下，这些部件更便宜，并且具有更长的使用寿命)。基于试验结果，使用UL100R不需要立即转换，尽管这对于正在大修的任何飞行器来说可能是谨慎的行动过程。包括某些芳族胺组分的其它替代物，由于其对上述材料的更具侵蚀性的性质和它们降低拉伸强度的趋势，将需要在那些替代燃料可以在机队或分布基础设施中看到主动使用之前立即、预先将布纳橡胶、乙烯橡胶和氯丁橡胶组分更换成令人满意的材料。
所有102辛烷无铅航空汽油候选物将面临与布纳橡胶、乙烯橡胶和氯丁橡胶相关的长期材料相容性挑战。对UL100R的试验表明，这种材料的更换可能不是必需的，直到正常的预定维护间隔，即，更换不是使用UL100R的先决条件。
本发明的燃料可以“包含”所描述的制剂，其中可以包括其它组分。然而，在一个优选的实施方案中，本发明的燃料“由所述的制剂组成”，其中不存在其它组分。此外，本发明的燃料可以“基本上由所述制剂组成”，在这种情况下可以包括其它燃料赋形剂。如本文所用，术语“燃料赋形剂”是指当与燃料一起使用时提供改进的性能但不直接参与燃烧反应的材料。因此，燃料赋形剂可包括例如抗氧化剂等。
所述制剂还可用于与其它燃料组分组合以形成可用作发动机燃料(包括作为航空汽油)的共混物。如本文所用，术语“燃料组分”是指本身可燃且具有变化的发动机辛烷等级的材料，并且主要被包括以提供共混物的改进的燃烧特性。在优选的实施方案中，这种燃料组分以小于5重量%且更优选小于1重量%的量存在于共混物中。
本文的制剂的共混可以任何合适的顺序进行。说明书中的语言不应被解释为指示对于实施本发明是必要的任何未要求保护的要素。
大多数级别的航空汽油历史上含有四乙基铅(TEL)，一种用于防止发动机爆震(爆燃)的有毒物质。本发明产生具有满足最小额定功率(发动机辛烷值)、适当的燃烧抗爆震性(爆燃抑制性)、挥发性(蒸气压)和相关标准的燃料性质的无铅级别的航空汽油。本发明的燃料允许一系列活塞发动机飞行器，包括具有高压缩发动机的飞行器，以有效运行达到制造商的要求。有必要的是，航空汽油在不同条件下提供足够的动力，包括起飞和爬升以及巡航。
四乙基铅，缩写为TEL，是具有式(CH3CH2)4Pb的有机铅化合物。自从20世纪20年代以来，它已经与汽油混合，作为廉价的辛烷增效剂，其允许发动机压缩显著提高，这继而提高车辆性能和燃料经济性。多年来，这些含铅燃料级别中的某些被称为低铅或“LL”。TEL的一个优点是需要非常低的浓度。其它抗爆震剂必须以比TEL更大的量使用，通常降低汽油的能量含量。然而，自从20世纪70年代中期以来，TEL一直处于被淘汰的过程中，因为其神经毒性和其对催化转化剂的破坏作用。大多数级别的航空汽油历史上包含TEL。本发明有利地产生无铅级别的汽油，其允许一系列活塞发动机有效运行。因此，在一个优选的实施方案中，本发明的制剂和共混物是无铅的，即不含TEL。本发明的一个目的是提供不需要有害的辛烷增效剂并且满足或超过航空汽油要求的制剂。
各种燃料添加剂是已知的，并且在本领域中用于提高辛烷等级，从而降低爆震。本发明的一些实施方案单独使用无铅燃烧增强添加剂，或与至多6重量%例如酯、醚、碳酸酯、C5-C7环烷烃组合使用，或使用三甲基丁烷和其它已知的辛烷增效剂。
燃料组分通常不是化学纯的，而是可以包含其它无害的燃料组分。术语“无害燃料组分”是指存在于制剂中而不是作为预期组分的组分。因此，该术语不包括如上所述的选择的添加剂。相反，其更具体地涉及这样的事实，即在活塞发动机燃料的商业实施方案中使用的材料可以包括作为主要感兴趣的组分的污染物存在的成分，例如烃。例如，来自精炼厂的烷基化物流可主要由所需烷烃例如异丁烷或异辛烷构成，但可含有有限量的其它烃例如芳族烃。如本文所用，术语“基本上不含”是指这样的事实：即这种无害燃料组分的量小于全部燃料制剂的重量的约5重量%，优选小于2重量%，且更优选小于0.5重量%。
因此，所述燃料制剂可以包括有限量的芳族烃，例如甲苯、二甲苯、三甲苯等。这些化合物通常在可用于本发明制剂的产物流中少量发现。此外，在制备燃料时，使用分析级或试剂级化学品，或甚至工艺级化学品是不经济的，因为其它燃料相容组分的存在不是关注的问题，只要所得燃料制剂满足ASTM和其它适用标准。因此，本发明预期存在有限量的这种其它燃料相容组分，例如小于5重量%，优选小于2重量%，且更优选小于1重量%。
本文所述的所有组分百分比是指制剂的重量百分比，除非另有说明。考虑到本发明的组分的密度的相似性，应当了解，在所指出的范围内使用组分的体积或重量百分比提供可比的结果。
在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，术语“一个/种”和“该”和类似提及的使用应被解释为涵盖单数和复数两者，除非本文另有指出或上下文明显矛盾。
本文所述的数值范围仅意图用作单独指落入范围内的各个单独值的速记方法，除非本文中另有说明，并且每个单独值结合到本说明书中，如同其在本文中单独陈述一样。除非本文另有指出或上下文另有明确矛盾，否则本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。本文提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不对本发明的范围构成限制，除非另有声明。说明书中的语言不应被解释为指示对于本发明的实践是必要的任何未要求保护的要素。
尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述本发明，但应该认为其在特征上是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述优选实施方案，并且希望保护在本发明的精神范围内的所有改变和修改。此外，本文引用的所有参考文献指示本领域技术人员的水平，并且因此通过引用整体并入本文。

Claims (15)

1.一种活塞发动机燃料制剂，其包含：
约50-约75重量%的C4-C10脂族烃；
约20-约40重量%的ETBE；
任选至多约3重量%的异丁烷；
任选至多约5重量%的C6-C12芳族烃；和
任选至多约250ppm的二茂铁，
所述燃料制剂不含含铅成分。
2.权利要求1的燃料制剂，其基本上不含C6-C12芳族烃。
3.权利要求1的燃料制剂，还包含至多5重量%的量的枯胺。
4.权利要求3的燃料制剂，其基本上不含C6-C12芳族烃。
5.权利要求1的燃料制剂，其基本上由以下组成：
约52-约80重量%的C4-C10烷基化物；
约20-约40重量%的ETBE；
至多3重量%的量的异丁烷；
任选至多5重量%的C6-C12芳族烃；和
至多约250ppm的量的二茂铁。
6.权利要求1的燃料制剂，其基本上由以下组成：
约57-约80重量%的C4-C10烷基化物；
约20-约40重量%的ETBE；
至多3重量%的量的异丁烷；和
至多约250ppm的量的二茂铁。
7.一种活塞发动机燃料制剂，其包含：
约58-约78重量%的异辛烷；
约20-约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁，
所述燃料制剂不含含铅成分。
8.权利要求7的燃料制剂，其基本上由以下组成：
约58-约78重量%的异辛烷；
约20-约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁。
9.权利要求7的燃料制剂，其由以下组成：
约58-约78重量%的异辛烷；
约20-约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁。
10.权利要求7的燃料制剂，其包含：
约58重量%的异辛烷；
约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁，
所述燃料制剂具有约101.0的MON。
11.权利要求7的燃料制剂，其基本上由以下组成：
约58重量%的异辛烷；
约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁。
12.权利要求7的燃料制剂，其由以下组成：
约58重量%的异辛烷；
约40重量%的ETBE；
约2重量%的异丁烷；和
约250ppm的二茂铁。
13.权利要求7的燃料制剂，其还包含至多约5重量%的C6-C12芳族烃。
14.一种活塞发动机燃料制剂，其包含：
约50-约75重量%的C4-C10烷基化物；
约20-约40重量%的ETBE；
任选至多约3重量%的异丁烷；和
至多5重量%的量的枯胺，
所述燃料制剂不含含铅成分。
15.权利要求14的活塞发动机燃料制剂，其包含约53重量%的异辛烷；约40重量%的ETBE；约2重量%的异丁烷；和约5重量%的枯胺。
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