KR20130095722A - 우수한 운전 성능을 갖는 함산소 부탄올 가솔린 조성물 - Google Patents
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고농도의 부탄올 이성체를 함유하고 우수한 냉간 시동 및 웜업 운전 특성을 갖는 가솔린 블렌드 및 가솔린 블렌드의 제조 방법이 개시된다.
Description
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2010년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/355,222호의 이득을 주장하며, 이의 내용은 본 명세서에 참고로 완전히 포함된다.
본 발명은 연료, 보다 상세하게는 부탄올을 함유하는 가솔린을 비롯한 함산소 가솔린에 관한 것이다. 본 발명은 우수한 냉간 시동 및 웜업(cold start and warm-up; CS&W) 운전 성능을 갖는 함산소 부탄올 가솔린을 제공한다.
가솔린은, 스파크 점화 엔진(spark-ignition engine)에 사용하기에 적합하고 일반적으로 1차 성분으로서 다수의 탄화수소의 혼합물 - 이 혼합물은 상이한 비점을 가지며 전형적으로 대기압 하에서 약 26.1℃ (79℉) 내지 약 225℃ (437℉) 범위의 온도에서 비등함 - 을 함유하는 연료이다. 이러한 범위는 대략적인 것이며 존재하는 탄화수소 분자들의 실제 혼합물, (만약 있다면) 존재하는 첨가제 또는 다른 화합물 및 환경 조건에 따라 달라질 수 있다. 전형적으로, 가솔린의 탄화수소 성분은 C4 내지 C10의 탄화수소를 함유한다.
가솔린은 전형적으로 소정의 물리적 표준 및 성능 표준을 충족시킬 것이 요구된다. 일부 특성은 엔진 또는 다른 연료 연소 장치의 적절한 작동을 위해 구현될 수 있다. 그러나, 많은 물리적 특성 및 성능 특성은 환경 관리와 같은 다른 이유로 국가적 또는 지역적 규정에 의해 설정된다. 물리적 특성의 예에는 레이드 증기압(Reid Vapor Pressure), 황 함량, 산소 함량, 방향족 탄화수소 함량, 벤젠 함량, 올레핀 함량, 연료의 90%가 증류되는 온도 (T90), 연료의 50%가 증류되는 온도 (T50) 등이 포함될 수 있다. 성능 특성은 옥탄 등급(octane rating), 연소 특성, 및 배기가스(emission) 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 미국의 대부분에서 판매되는 가솔린에 대한 표준은 일반적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 ASTM 표준 규격 번호 D 4814 ("ASTM D 4814")에 설명되어 있다. 유럽의 대부분에서 판매되는 가솔린에 대한 표준은 일반적으로 본 명세서에 또한 참고로 포함되는 유럽 표준 EN228:2008에 설명되어 있다.
연방 및 주의 추가 규정이 이러한 ASTM 표준을 보충한다. ASTM D 4814에 설명된 가솔린에 대한 규격은 휘발도 및 연소에 영향을 주는 다수의 파라미터, 예를 들어 기후, 계절, 지리적 위치 및 고도에 기초하여 달라진다. 이러한 이유로, ASTM D 4814에 따라 제조된 가솔린은 휘발도 카테고리(category) AA, A, B, C, D 및 E와, 베이퍼 록 보호(vapor lock protection) 카테고리 1, 2, 3, 4, 5 및 6으로 나눠지며, 각 카테고리는 각각의 클래스(class)의 요건을 충족시키는 가솔린을 기술하는 일 세트의 세목(specification)을 갖는다. 이들 세목은 또한 그 세목 내에서 파라미터들을 측정하기 위한 시험 방법을 설명한다.
예를 들어, 상대적으로 따뜻한 기후에서 여름 휴가철 동안 사용하기 위해 블렌딩된 클래스 AA-2 가솔린은 최대 증기압이 53.8 ㎪ (7.8 psi)이고, 그 성분들의 10 부피%를 증류시키기 위한 최대 온도("T10")가 70℃ (158℉)이고, 그 성분들의 50 부피%를 증류시키기 위한 온도 범위("T50")가 76.7℃ (170℉) 내지 121.1℃ (250℉)이고, 그 성분들의 90 부피%를 증류시키기 위한 최대 온도("T90")가 190℃ (374℉)이고, 증류 종점이 225℃ (437℉)이고, 증류 잔류물 최대치가 2 부피%이고, 하기에 기재된 바와 같은 최대 "운전성 지수(Driveability Index)" 또는 "DI"가 1250이다.
냉간 시동 및 웜업(CS&W) 성능은 가솔린 모터 연료에 대한 핵심 품질 지표인데; 적절하게 제형화된 가솔린 연료는 냉간 엔진(즉, 이전 작동으로부터의 잔류 열이 없이 주변과 본질적으로 동일한 온도인 엔진)이 신속하게 시동되고 모든 기후 조건 하에서 원활한 운전(drive-away) 성능을 제공할 수 있게 한다. 이러한 시동 및 운전 성능은 긴 크랭킹(cranking) 시간, 실속(stall), 및 가속시의 스텀블(stumble) 또는 헤저테이션(hesitation)과 같은 결점이 없어야 한다.
가솔린의 CS&W 성능은 연료의 휘발도 특성 - 전통적으로 증기압을 포함함 - 및 특히 증류 특성(즉, 연료의 비등 범위에 걸친 성분 비점의 분포)에 의해 제어된다. 미국에서의 제품 규격 (ASTM), 유럽에서의 제품 규격 (EN), 및 기타 지역에서의 제품 규격은 이들 개별 특성에 대한 한계치뿐만 아니라 특성 조합(예를 들어, ASTM 운전성 지수는 원래 3개의 증류 온도의 선형 결합으로 이루어짐)에 대한 한계치도 채용하는데, 이들은 연료가 사용되는 다수의 차량 및 조건에 걸쳐 관찰된 CS&W 운전 성능에 대해 지수 처리(indexed)되었다.
가솔린 블렌딩 풀(pool)에 대한 바이오-성분(미국에서는 가장 주목할 만하게는 10 부피%의 에탄올)의 도입은 허용가능한 CS&W 운전성을 보장하는 가솔린 휘발도 규격의 개정을 촉발시켰다. 구체적으로, 미국에서 채용된 ASTM 운전성 지수는 하기와 같이 에탄올 함량에 대한 항(term)을 포함하도록 수정되었다:
[식 1]
ASTM 운전성 지수 (DI) = 1.5T10 + 3T50 + T90 + 2.4 EtOH
여기서, T10, T50, 및 T90은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 연료의 10, 50 및 90 부피%를 증류시키기 위한 관찰된 온도(단위:℉)이며, EtOH는 연료의 에탄올 농도(단위: 부피%)이다. 에탄올 항의 포함은 제어된 CS&W 운전성 시험에서 차량의 관찰된 성능에 대한 개선된 지수를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 이들 규격은 각 계절별 휘발도 클래스에 대한 DI의 최대치를 확립하며; DI가 규격 최대치를 초과하는 연료는 약화된 CS&W 성능을 가질 것으로 예측된다.
유럽 적용에서, EN228 가솔린 규격은 표준 증류 시험에서 100℃까지는 증류되어야만 하는 연료의 최소 부피% E100을 명시함으로써 우수한 CS&W 운전성을 위한 중간-범위 휘발도를 제어한다.
이전의 제어 실험은 CS&W 운전 성능이 고농도의 부탄올 이성체를 함유하는 가솔린 블렌드에 대해 문제가 있을 수 있음을 나타낸다. 또한, 연료 휘발도 파라미터, 예를 들어 전술한 운전성 지수(식 1)로부터 CS&W 운전 성능을 예측하는 기존의 방법이 고 부탄올 블렌드에 대하여 효과적이지 못함이 밝혀졌다. 2009년 4월 28일자로 출원된 바우스티안(Baustian)의 미국 특허 출원 제12/431,217호는 고농도의 적어도 하나의 부탄올 이성체를 갖는 가솔린 블렌드의 제조 방법을 개시하는데, 이 방법은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 블렌드의 부피 분율을 35 부피% 이상으로 유지하는 단계를 포함한다. 그러나, 재생가능한 연료 성분의 블렌딩을 최대화하면서, 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전성을 개선하게 하는 방법으로 다양한 조건 하에서 종래 방법을 사용하여 고농도의 부탄올을 가솔린과 블렌딩하는 것은 알지 못했다. 따라서, 고수준의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된(biologically-sourced) 부탄올 이성체, 및 특히 아이소부탄올을 함유하면서 또한 부탄올 가솔린 블렌드의 재생가능한 성분들 및 CS&W 운전성 둘 모두를 최대화할 수 있는 부탄올 가솔린 블렌드의 제조를 가능하게 하는 수정된 운전성 지수 및 방법을 개발하는 것이 매우 바람직하다.
일 태양에서, 본 발명은 (a) 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 운전성 지수(DI)의 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 고 부탄올 운전성 지수(high butanol driveability index; HBDIa) 값을 가지며, 여기서 BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; A1, A2, 및 A3은, 최대 약 80 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도에서, 적어도 하나의 부탄올 이성체를 함유하는 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 선형 결합의 값과 그러한 블렌드에 대한 보정 측정된 총 가중 벌점(total weighted demerit)의 평균의 로그 사이에 실질적으로 선형인 관계를 제공하도록 선택된 계수이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 또한 가솔린; 및 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지며; 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 DI의 명시된 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 HBDIa 값을 가지며, 여기서 BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; A1, A2, 및 A3은, 최대 약 80 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도에서, 적어도 하나의 부탄올 이성체를 함유하는 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 선형 결합의 값과 그러한 블렌드에 대한 보정 측정된 총 가중 벌점의 평균의 로그 사이에 실질적으로 선형인 관계를 제공하도록 선택된 계수이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 (a) 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 선형 결합 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)와 동일한 고 부탄올 운전성 지수(HBDIb) 값을 가지며, 여기서 BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; DI는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 상기 클래스에 대한 운전성 지수이며, 상기 HBDIb 값은 약 1400 미만이고, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 또한 가솔린; 및 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지며; 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 선형 결합 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)와 동일한 HBDIb 값을 가지며, 여기서 BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고, E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; DI는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 클래스에 대한 운전성 지수이며; 상기 HBDIb 값은 약 1400 미만이고, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 (a) 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)와 동일한 설계 변수 지수(Design Variable Index; DVI) 값을 가지며, 여기서 BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; 상기 DVI 값은 약 75 미만이고, 상기 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 가솔린; 및 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)와 동일한 DVI 값을 가지며, 여기서 BuOH는 상기 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; 상기 DVI 값은 약 75 미만이고, 상기 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 (a) 가솔린을 부탄올과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계와, (b) 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 연료 변수 T10, T50, 및 T90, E200 및 RVP를 측정하는 단계와, (c) 식 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)에 연료 변수를 대입하여 부탄올 가솔린 블렌드의 HBDIb 값을 계산하는 단계를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법이며, 여기서 BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; T10은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 10 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고, T50은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 50 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고, T90은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 90 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고, E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; DI는 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 상기 클래스에 대한 운전성 지수이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 HBDIb 값이 약 1400 미만이다.
다른 태양에서, 본 발명은 (a) 가솔린을 부탄올과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계와, (b) 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 연료 변수 E200 및 RVP를 측정하는 단계와, (c) 식 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)에 연료 변수를 대입하여 부탄올 가솔린 블렌드의 설계 변수 지수(DVI) 값을 계산하는 단계를 포함하는, 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법이며, 여기서 BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고, RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 DVI 값이 약 75 미만이다.
<도 1>
도 1은 고 부탄올 가솔린 운전성의 총 가중 벌점의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균 대 ASTM DI의 도표.
<도 2>
도 2는 고 부탄올 가솔린 운전성의 총 가중 벌점의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균 대 HBDIa의 도표.
<도 3>
도 3은 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 총 가중 벌점의 평균을 이들의 로그 변환 대신에 y축 상에 도시한 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 데이터를 다시 도시한 도표.
<도 4>
도 4는 관찰된 LSM ln TWD와 HBDIb 식 2c를 사용하여 예측된 LSM ln TWD의 상관 관계.
<도 5>
도 5는 관찰된 LSM ln TWD와 DVI 식 2d를 사용하여 예측된 LSM ln TWD의 상관 관계.
도 1은 고 부탄올 가솔린 운전성의 총 가중 벌점의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균 대 ASTM DI의 도표.
<도 2>
도 2는 고 부탄올 가솔린 운전성의 총 가중 벌점의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균 대 HBDIa의 도표.
<도 3>
도 3은 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 총 가중 벌점의 평균을 이들의 로그 변환 대신에 y축 상에 도시한 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 데이터를 다시 도시한 도표.
<도 4>
도 4는 관찰된 LSM ln TWD와 HBDIb 식 2c를 사용하여 예측된 LSM ln TWD의 상관 관계.
<도 5>
도 5는 관찰된 LSM ln TWD와 DVI 식 2d를 사용하여 예측된 LSM ln TWD의 상관 관계.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 상충될 경우, 정의를 포함하는 본 출원이 좌우할 것이다. 또한, 문맥에 의해 다르게 필요로 하지 않는 한, 단수의 용어는 복수를 포함할 것이며, 복수의 용어는 단수를 포함할 것이다. 본 명세서에 언급된 모든 공개문헌, 특허 및 기타 참조문헌은 그 전체가 모든 목적을 위해 참조로 포함된다.
본 발명을 추가로 정의하기 위하여, 하기의 용어 및 정의가 본 명세서에 제공된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하다", "포함하는", "구성하다", "구성하는", "갖다", "갖는", "함유하다" 또는 "함유하는" 또는 그들의 임의의 다른 변이형은 임의의 다른 정수 또는 정수의 그룹의 배제가 아닌, 언급된 정수 또는 정수의 그룹의 포함을 암시하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 조성물, 혼합물, 공정, 방법, 용품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 조성물, 혼합물, 공정, 방법, 용품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 더욱이, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참 (또는 존재함)이고 B는 거짓 (또는 존재하지 않음), A는 거짓 (또는 존재하지 않음)이고 B는 참 (또는 존재함), A 및 B가 모두가 참 (또는 존재함).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 용어 "이루어지다", 또는 "이루어진다" 또는 "이루어지는"과 같은 변이형은 임의의 기재된 정수 또는 정수의 그룹의 포함을 나타내나, 추가의 정수 또는 정수의 그룹이 특정 방법, 구조 또는 조성물에 첨가될 수 없다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 용어 "본질적으로 이루어지다", 또는 "본질적으로 이루어진다" 또는 "본질적으로 이루어지는"과 같은 변이형은 임의의 기재된 정수 또는 정수의 그룹의 포함, 및 특정 방법, 구조 또는 조성물의 기본 또는 신규 특성을 실질적으로 변경시키지 않는 임의의 기재된 정수 또는 정수의 그룹의 선택적인 포함을 나타낸다.
또한, 본 발명의 요소 또는 성분 앞의 부정 관사("a" 및 "an")는 요소 또는 성분의 경우, 즉 출현의 수에 관해서는 비제한적인 것으로 의도된다. 따라서, 부정 관사는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독되어야 하며, 요소 또는 성분의 단수형 단어는 그 수가 단수형을 명백하게 의미하는 것이 아니라면 복수형을 또한 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "발명" 또는 "본 발명"은 비제한적인 용어이며, 특정 발명의 임의의 단일 실시 형태를 언급하는 것으로 의도되지 않고, 본 출원에 기재된 바와 같은 모든 가능한 실시 형태들을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 채용된 발명의 성분 또는 반응물의 양을 수식하는 용어 "약"은, 예를 들어 실제에서 농축물 또는 용액을 제조하는 데 사용되는 전형적인 측정 및 액체 취급 과정을 통해; 이들 과정에서의 우발적인 오차를 통해; 조성물을 제조하거나 방법을 실행하기 위해 채용된 성분의 제조, 공급원 또는 순도의 차이를 통해 그리고 여타의 것 등으로 일어날 수 있는 수치량의 변동을 말한다. 용어 "약"은 또한 특정 초기 혼합물로부터 유발되는 조성물에 대한 상이한 평형 조건으로 인해 달라지는 양을 포함한다. 용어 "약"에 의한 수식 여부를 불문하고, 특허청구범위는 그 양에 대한 등가를 포함한다. 일 실시 형태에서, 용어 "약"은 보고된 수치값의 10% 이내를 의미하며; 다른 실시 형태에서는, 보고된 수치값의 5% 이내를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적인" 및 "실질적으로"는 최대 10%, 바람직하게는 최대 5%의 편차(deviation)가 허용됨을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "알코올"은 일반 화학식 CnH2n+1OH를 갖는 일련의 하이드록실 화합물 - 이들 중 가장 단순한 것은 포화 탄화수소로부터 유도됨 - 중 임의의 것을 말한다. 알코올의 예에는 에탄올 및 부탄올이 포함된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "부탄올"은 개별적으로 n-부탄올, 2-부탄올, 아이소부탄올, tert-부틸 알코올 또는 이들의 임의의 혼합물을 말한다. 부탄올은, 예를 들어 생물학적으로 공급될 수 있다 (즉, 바이오부탄올). "생물학적으로 공급된"은 발효 생성을 말한다. 예를 들어, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,851,188호를 참조한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "재생가능한 성분"은 석유 또는 석유 제품으로부터 유도되지 않는 성분을 말한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "연료"는 제어된 방식으로 기계적 일을 생성하기 위해 에너지를 발생시키는 데 사용될 수 있는 임의의 물질을 말한다. 연료의 예에는 바이오연료(즉, 바이오매스로부터 어떤 식으로 유도되는 연료), 가솔린, 가솔린 하위등급물(subgrade), 디젤 및 제트 연료가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 적합한 연료의 특정 성분 및 허용치(allowance)는 계절별 및 지역별 가이드라인에 기초하여 달라질 수 있음이 이해된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "연료 블렌드" 또는 "블렌딩된 연료"는 적어도 연료와 하나 이상의 알코올을 함유하는 혼합물을 말한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "가솔린"은 일반적으로 소량의 첨가제를 선택적으로 함유할 수 있는 액체 탄화수소의 휘발성 혼합물을 말한다. 이러한 용어에는 통상의 가솔린, 함산소 가솔린, 개질 가솔린, 바이오가솔린(즉, 어떤 식으로 바이오매스로부터 유도되는 가솔린), 및 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 가솔린, 및 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 추가적으로, 용어 "가솔린"은 가솔린 블렌드, 가솔린 블렌드들, 블렌딩된 가솔린, 가솔린 블렌드 스톡, 가솔린 블렌드 스톡들, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 가솔린의 특정 성분 및 허용치는 계절별 및 지역별 가이드라인에 기초하여 달라질 수 있음이 이해된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "가솔린 블렌드" 및 "블렌딩된 가솔린"은 적어도 가솔린 및/또는 가솔린 하위등급물 및/또는 하나 이상의 리파이너리 가솔린 블렌딩 성분들(예컨대, 알킬레이트(alkylate), 리포메이트(reformate), FCC 나프타 등)의 혼합물, 및 선택적으로 하나 이상의 알코올을 함유하는 혼합물을 말한다. 가솔린 블렌드에는 자동차 엔진에서의 연소에 적합한 무연 가솔린이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials)" 및 "ASTM"은 연료를 비롯한 광범위한 재료, 제품, 시스템, 및 서비스에 대한 자발적 합의의 기술 표준을 개발 및 공표하는 국제 표준 기구를 말한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "옥탄 등급"(octane rating)은 스파크 점화 내연 기관에서의 연료의 자동 점화(auto-ignition)에 대한 저항성의 측정치를 말하거나 또는 연료가 제어된 방식으로 연소되는 경향의 척도를 말한다. 옥탄 등급은 연구 옥탄가(research octane number; RON) 또는 모터 옥탄가(motor octane number; MON)일 수 있다. RON은 제어된 조건 하에서 가변 압축비를 갖는 시험 엔진 내에서 연료를 사용되게 하고, 이들 결과를 아이소-옥탄 및 n-헵탄의 혼합물에 대한 결과와 비교함으로써 결정된 측정치를 말한다. MON은 RON 시험에서 사용된 것과 유사한 시험을 사용하지만 예열된 연료 혼합물, 더 높은 엔진 속도, 및 압축비에 따라 조정된 점화 시기를 사용하여 결정된 측정치를 말한다. RON 및 MON은 각각 ASTM D2699 및 ASTM D2700에 기재된 표준 시험 절차에 의해 결정된다.
본 명세서에 기재된 연료 클래스는 ASTM D 4814 및 EN228에 설명된 가솔린에 대한 규격에 의해 정의되며, 휘발도 및 연소에 영향을 주는 다수의 파라미터, 예를 들어 기후, 계절, 지리적 위치 및 고도에 기초하여 달라진다. ASTM D 4814에 따라 제조된 가솔린은 증기압/증류 클래스 AA, A, B, C, D 및 E와, 베이퍼 록 보호 클래스 1, 2, 3, 4, 5 및 6으로 나눠지며, 각 클래스는 각각의 클래스의 요건을 충족시키는 가솔린을 기술하는 일 세트의 세목을 갖는다. EN228에 따라 제조된 가솔린은 휘발도 클래스 A, B, C/C1, D/D1, E/E1, 및 F/F1로 나눠지며, 각 클래스는 각각의 클래스의 요건을 충족시키는 가솔린을 기술하는 일 세트의 세목을 갖는다.
가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 연구조정평의회(CRC) 냉간 시동 및 웜업 운전성 절차 CRC 지정 E-28-94 (Coordinating Research Council (CRC) Cold-Start and Warm-up Driveability Procedure CRC Designation E-28-94)에 따른 냉간 시동 및 웜업 운전 성능의 측정치이다. 이러한 절차에서, 차량은 훈련된 평가자에 의한 일 세트의 가속/감속 조작을 통해 냉간 시동으로부터 운전되는데, 상기 평가자는 이러한 조작 동안 관찰된 임의의 운전성 기능이상(driveability malfunction) (실속, 아이들 러프니스(idle roughness), 역화(backfire), 헤저테이션, 스텀블, 서지(surge))에 대해 심각도 등급(미소, 보통, 심함, 극심)을 제공한다. 심각도 등급은 시험 조건에서의 차량에 대한 총 가중 벌점(TWD)을 계산하기 위해 사용된다. TWD 값이 더 높을수록, 가솔린 블렌드의 CS&W 운전 성능은 더 불량하게 된다.
가솔린은 당업계에 잘 알려져 있으며, 이는 일반적으로 1차 성분으로서, 대기압 하에서 약 26.1℃ (79℉) 내지 약 225℃ (437℉) 범위의 온도에서 전형적으로 비등하는 상이한 비점을 갖는 탄화수소들의 혼합물을 함유한다. 이러한 범위는 대략적인 것이며 존재하는 탄화수소 분자들의 실제 혼합물, (만약 있다면) 존재하는 첨가제 또는 다른 화합물 및 환경 조건에 따라 달라질 수 있다. 함산소 가솔린은 하나 이상의 가솔린 블렌드 스톡 및 하나 이상의 함산소제(oxygenate)의 블렌드이다. 함산소제는, 대략 99 중량%가 탄소, 수소 및 산소로 구성되되 산소는 약 5 중량% 이상을 구성하는 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 전형적으로, 함산소제는 알코올, 에테르 및 이들의 혼합물이다.
가솔린 블렌드 스톡은 단일 성분으로부터 제조될 수 있으며, 예를 들어 리파이너리 알킬화 유닛 또는 다른 리파이너리 스트림들로부터의 생성물이다. 그러나, 가솔린 블렌드 스톡은 보다 일반적으로는 하나 초과의 성분을 사용하여 블렌딩된다. 원하는 물리적 및 성능 특성들을 충족시키고 규제 요건을 충족시키는 가솔린을 제조하기 위하여 가솔린 블렌드 스톡은 배합되며, 이는 수 개의 블렌딩 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가솔린 블렌딩 스톡은 2 내지 4개의 블렌딩 성분들을 가질 수 있거나, 또는 다수의 블렌딩 성분들, 예를 들어 4개 초과의 성분들을 가질 수 있다.
가솔린 및 가솔린 블렌드 스톡은 선택적으로 다른 화학물질 또는 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 첨가제 또는 다른 화학물질이 첨가되어, 규제 요건을 충족시키도록 가솔린의 특성을 조정할 수 있는데, 즉 원하는 특성을 추가 또는 향상시키거나, 바람직하지 않은 유해한 영향을 감소시키거나, 성능 특성을 조정하거나 또는 그렇지 않으면 가솔린의 특성을 개질시킬 수 있다. 그러한 화학물질 또는 첨가제의 예에는 세제, 산화방지제, 안정성 향상제, 항유화제(demulsifier), 부식 억제제, 금속 불활성화제(metal deactivator) 등이 포함된다. 하나 초과의 첨가제 또는 화학물질이 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "조정하는"은 성분들의 농도를 변화시키거나, 성분들을 제거하거나, 성분들을 첨가하거나, 또는 이들의 임의의 조합으로 비등 특성/휘발도를 변경시키도록 하는 것을 포함한다.
유용한 첨가제 및 화학물질이 콜루시(Colucci) 등의 미국 특허 제5,782,937호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다. 그러한 첨가제 및 화학물질은 또한 울프(Wolf)의 미국 특허 제6,083,228호 및 이시다(Ishida) 등의 미국 특허 제5,755,833호에 기재되어 있으며, 이들 둘 모두는 본 명세서에 참고로 포함된다. 가솔린 및 가솔린 블렌드 스톡은 또한 첨가제를 연료 내로 전달하는 데 흔히 사용되는 용매 또는 담체 용액을 함유할 수 있다. 그러한 용매 또는 담체 용액의 예에는 광유, 알코올, 방향족 나프타, 합성유, 및 당업계에 알려진 다수의 기타 물질이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 가솔린 블렌드 스톡은 전형적으로 스파크 점화 엔진 또는 가솔린을 연소시키는 다른 엔진에서의 소비를 위한 가솔린을 제조하는 데 유용한 블렌드 스톡이다. 적합한 가솔린 블렌드 스톡은 ASTM D 4814를 충족시키는 가솔린을 위한 블렌드 스톡 및 개질 가솔린을 위한 블렌드 스톡을 포함한다. 적합한 가솔린 블렌드 스톡에는 또한 지역적 요건을 충족시키는 데 요구될 수 있는 황 함량이 낮은, 예를 들어 (중량 기준으로) 약 150 ppm 미만, 약 140 ppm 미만, 약 130 ppm 미만, 약 120 ppm 미만, 약 110 ppm 미만, 약 100 ppm 미만, 약 90 ppm 미만, 약 80 ppm 미만, 약 70 ppm 미만, 약 60 ppm 미만, 약 50 ppm 미만, 약 40 ppm 미만, 또는 약 30 ppm 미만의 황을 갖는 블렌드 스톡이 포함된다. 그러한 적합한 가솔린 블렌드 스톡에는 또한 규제 요건을 충족시키는 데 바람직할 수 있는 방향족 물질 함량이 낮은, 예를 들어 (부피 기준으로) 약 8000 ppm 미만, 약 7750 ppm 미만, 약 7500 ppm 미만, 약 7250 ppm 미만, 또는 약 7000 ppm 미만의 벤젠을 갖거나, 또는 예를 들어 존재하는 모든 방향족 화학종의 총계가 약 35 부피% 미만, 약 34 부피% 미만, 약 33 부피% 미만, 약 32 부피% 미만, 약 31 부피% 미만, 약 30 부피% 미만, 약 29 부피% 미만, 약 28 부피% 미만, 약 27 부피% 미만, 약 26 부피% 미만, 또는 약 25 부피% 미만인 블렌드 스톡이 포함된다.
에탄올과 같은 함산소제가 또한 가솔린 블렌딩 스톡과 블렌딩될 수 있다. 그 경우, 생성된 가솔린 블렌드는 하나 이상의 가솔린 블렌딩 스톡 및 하나 이상의 다른 적합한 함산소제의 블렌드를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 부탄올 이성체가 하나 이상의 가솔린 블렌딩 스톡과, 그리고 선택적으로, 하나 이상의 적합한 함산소제, 예를 들어 에탄올과 블렌딩될 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 하나 이상의 가솔린 블렌드 스톡, 하나 이상의 부탄올 이성체 및 선택적으로 하나 이상의 다른 적합한 함산소제가 임의의 순서로 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 부탄올이 가솔린 블렌드 스톡 및 다른 적합한 함산소제를 포함하는 혼합물에 첨가될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 다른 적합한 함산소제 및 부탄올이 몇몇 상이한 위치에서 또는 다수의 단계에서 첨가될 수 있다. 추가의 예로, 부탄올, 예를 들어 아이소부탄올, n-부탄올, 또는 tert-부탄올이 다른 적합한 함산소제와 함께 첨가되거나, 다른 적합한 함산소제 이전에 첨가되거나, 가솔린 블렌드 스톡에 첨가되기 전에 다른 적합한 함산소제와 함께 블렌딩될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 부탄올, 예를 들어 아이소부탄올이 가솔린에 산소를 공급하기 위해 첨가된다. 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 다른 적합한 함산소제 및 부탄올이 동시에 가솔린 블렌드 스톡 내로 블렌딩될 수 있다.
임의의 그러한 실시 형태에서, 하나 이상의 부탄올 이성체 및 선택적으로 하나 이상의 다른 적합한 함산소제는 분배 체인(distribution chain) 내의 임의의 지점에서 첨가될 수 있다. 예를 들어, 가솔린 블렌드 스톡이 터미널로 수송될 수 있으며, 이어서 부탄올 및 선택적으로 하나 이상의 다른 적합한 함산소제가 터미널에서 개별적으로 또는 배합되어 가솔린 블렌드 스톡과 블렌딩될 수 있다. 추가의 예로서, 하나 이상의 가솔린 블렌딩 스톡, 하나 이상의 부탄올 이성체 및 선택적으로 하나 이상의 다른 적합한 함산소제는 리파이너리에서 배합될 수 있다. 다른 성분 또는 첨가제가 분배 체인 내의 임의의 지점에서 또한 첨가될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 방법은 리파이너리, 터미널, 소매점, 또는 분배 체인 내의 임의의 다른 적합한 지점에서 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만, 약 35 미만, 약 30 미만, 약 25 미만, 약 20 미만, 약 15 미만, 또는 약 10 미만이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 가솔린 블렌드의 HBDIb 값은 약 1400 미만, 약 1350 미만, 약 1300 미만, 약 1250 미만, 또는 약 1200 미만이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 가솔린 블렌드의 DVI 값은 약 75 미만, 약 70 미만, 약 65 미만, 약 60 미만, 약 55 미만, 약 50 미만, 약 45 미만, 약 40 미만, 또는 약 35 미만이다.
부탄올이 많은 예측가능한 가솔린/부탄올 블렌드 내에 다량으로 포함 - 상기 가솔린/부탄올 블렌드는 그렇지 않으면 현재의 ASTM 및 EU 휘발도 규격 한계를 충족시키는 것으로 나타날 것임 - 될 때, 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능은 상당히 저하될 수 있다. 그러나, 놀랍게도 그리고 예기치 않게, 부탄올이 가솔린/부탄올 블렌드 내에 다량으로 포함될 때, CS&W 운전 성능과 관련된 부정적인 저하가 본 명세서에 기재된 방법에 의해 회피됨을 알아냈다.
특히, 아이소부탄올 농도가 20 내지 60 부피% 범위인 29개의 연료를 산업 표준 방법(예를 들어, ASTM 표준 증류 및 증기압 연료 검사 시험, CRC E28 표준 냉간 시동 및 웜업 운전성 시험)을 사용하여 휘발도 특성 및 CS&W 성능에 대해 시험하였다. 이들 연료를 3개의 차량 군(fleet) - 이들은 일반 차량 및 가변 연료 차량(flexible fuel vehicle; FFV)을 포함함 - 사이에서 구분하였다. CS&W 성능에 대해 시험된 연료의 수 및 휘발도 클래스, 연료의 부탄올 함량(단위: 부피%), 이들 시험에서 사용된 경량 차량(light duty vehicle)의 대수, 유형 및 연식, 및 시험이 수행된 온도가 표 1에 나타나 있다. 표 1은 또한 통계학적 검증력(statistical power)을 얻기 위해 반복된 시험의 횟수를 나타낸다. 총 364회의 CS&W 평가를 수행하였다. 일반 차량의 군에 대해 시험된 연료 블렌드는 ASTM D 4814-09b 가솔린 증기압 규격을 충족시키도록 제형화하였다. FFV의 군에 대해 시험된 연료 블렌드는 ASTM D 4814-09b 또는 ASTM D 5798-09b 연료 에탄올 (Ed75-Ed85)의 증기압 규격을 충족시키도록 제형화하였다. 미국 내에서 판매되는 연료 에탄올 (하절기에는 "E85"로 그리고 동절기에는 "E70"으로 또한 알려져 있음)에 대한 표준은 일반적으로 본 명세서에 참고로 포함된 ASTM 표준 규격 번호 D 5798-09b ("ASTM D 5798")에 설명되어 있다. 유럽에서, E85 연료에 대한 규격은 현재 존재하지 않는다. 그러나, 독일 규격 DIN 51625가 2008년에 발행되었으며 ("자동차 연료 - 에탄올 연료 - 요건 및 시험 방법"("Kraftstoffe 
Fahrzeuge - Ethanolkraftstoff - Anforderungen und 
")), 이는 클래스 A (하절기)의 증기압이 35.0 내지 60.0 ㎪이고 클래스 B (동절기)의 증기압이 50.0 내지 90.0 ㎪인, 70 내지 85 부피%의 에탄올을 함유하는 상이한 계절별 등급을 정의한다.
이들 시험은 엄격한 온도 및 습도 제어와 함께 전천후형 섀시 다이나모미터(dynamometer) (최대 파워: 315 hp, 최대 속도: 90 mph, 최대 풍속: 90 mph) 내에서 수행하였다. 섀시 다이나모미터에서의 구현을 위해 수정된, 연구조정평의회(CRC) 냉간 시동 및 웜업 운전성 절차 CRC 지정 E-28-94에 따라 한랭 기후 운전성 시험을 수행하였다. 이러한 절차에서, 차량은 훈련된 평가자에 의한 일 세트의 가속/감속 조작을 통해 냉간 시동으로부터 운전되는데, 상기 평가자는 이러한 조작 동안 관찰된 임의의 운전성 기능이상 (실속, 아이들 러프니스, 역화, 헤저테이션, 스텀블, 서지)에 대해 심각도 등급(미소, 보통, 심함, 극심)을 제공한다. 심각도 등급은 시험 조건에서의 차량에 대한 총 가중 벌점(TWD)을 계산하기 위해 사용된다. 연구조정평의회에 의해 수행된 유사한 프로그램(CRC 보고서 번호: 638로서 문서화된 CRC 프로그램 CM-138-02) 이후에 TWD 결과의 분석을 패턴화하였으며; 이 CRC 프로그램의 목적은 CS&W 운전성에 미치는 저-에탄올 (10 부피% 미만) 가솔린의 휘발도/조성의 영향을 확립하는 것이었다. 대상 CRC 프로그램은 상기 식 1 (여기서, 에탄올 "오프셋"(offset) 항이 ASTM 운전성 지수 DI의 이전 정의에 추가됨)이 그러한 저농도의 에탄올을 함유하는 가솔린 블렌드의 CS&W 운전 성능을 기술한다는 것을 확립하였다. 도 1은 시험된 가솔린 블렌드에 대한 총 가중 벌점의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균 대 그러한 블렌드에 대한 ASTM DI의 도표이다. 도 1은 시험되고 식 1을 사용하여 지수 처리된 고 부탄올 연료에 대한 운전성 결과를 나타낸다. 명백한 바와 같이, 그래프로 보아 그리고 계산된 적합성 통계(fit statistic) R2로부터, 식 1은 고 부탄올 연료의 CS&W 운전 성능을 기술하지 못한다.
본 출원의 도면에서의 총 가중 벌점(TWD)의 (4.4℃ (40℉)로) 보정된 자연 로그의 평균은 모든 CS&W 시험에 대한 군 데이터(fleet data)로부터 계산된다. 이들은 사용된 차량 군에서 연료의 비편의(unbiased) 평균 성능을 나타낸다. 모든 연료 및 차량 조합의 시험에 더하여, 그러한 조합 중 일부의 반복인 추가 시험을 또한 수행하였다. 따라서, 총 364회의 시험을 수행하였다. 보정된 평균은 각 연료-차량 조합에 대해 동일한 횟수의 시험을 수행한 것처럼 균형이 취해진 각 연료의 최소 제곱 평균이다. 이는 각 연료에 대해 모든 차량에 걸쳐 평균이 취해진 비편의 TWD를 제공한다.
식 1로서 나타낸 통상적인 운전성 지수 DI를 일반 차량 및 가변 연료 차량 둘 모두에 적용되는 바와 같이 하기 식으로 대체하였다. 하기 식 2a 및 식 2b는 고 부탄올 운전성 지수 또는 HBDIa를 나타내는데, 이는 ASTM DI의 변형된 것이고, 항들의 선형 결합이다.
[식 2a]
HBDIa = BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)
여기서, HBDIa는 변형된 운전성 지수이고; BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 부탄올 이성체 - 이는 바람직하게는 생물학적으로 공급됨 - 의 부피%이고; E200은 최대 200 ℉의 온도에서 증류되는 블렌드의 부피%이고; A1, A2, 및 A3은, 최대 80 부피%, 최대 75 부피%, 최대 70 부피%, 최대 65 부피%, 최대 60 부피%, 최대 55 부피%, 최대 50 부피%, 최대 45 부피%, 또는 최대 40 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도에서, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 함유하는 가솔린 블렌드에 대한 상기 선형 결합의 값과 그러한 블렌드에 대한 보정된 총 가중 벌점 - 여기서, 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 50 미만임 - 의 측정된 최소 제곱 평균의 로그 사이에 실질적으로 선형인 관계를 제공하도록 선택된 계수이다.
일 실시 형태에서, 고 부탄올 운전성 지수(HBDIa)는 가솔린과 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하기 전에 결정될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 고 부탄올 운전성 지수(HBDIa)는 가솔린과 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성한 후에 결정될 수 있다. HBDIa가 나중에 결정된다면, 가솔린 양, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체 양, 또는 이들의 임의의 조합은, HBDIa가 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 운전성 지수(DI)의 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 값을 갖도록 선택적으로 조정될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 고 부탄올 운전성 지수(HBDIa)는 가솔린과 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 동안에 결정될 수 있다. HBDIa가 블렌딩하는 동안에 결정된다면, 가솔린 양 및 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체 양, 또는 이들의 임의의 조합은, HBDIa가 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 운전성 지수(DI)의 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 값을 갖도록 선택적으로 조정될 수 있다. 물론, 고 부탄올 운전성 지수(HBDIa)는 1회 또는 1회 초과로 결정될 수 있으며, 부탄올 가솔린 블렌드를 블렌딩하는 다양한 단계 - 이는 부탄올 가솔린 블렌드가 제조되기 전, 제조되는 동안, 및 제조된 후를 포함하지만 이로 한정되지 않음 - 에서 결정될 수 있다.
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도가 최대 70 부피%일 때, A1, A2, 및 A3은 각각 대략 100.2, -1.5, 및 -2.4와 동일하며, 식 2a는 다음과 같이 된다:
[식 2b]
HBDIa = BuOH(100.2 - 1.5 E200 - 2.4 RVP)
식 2a 및 식 2b는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 고 부탄올 연료에 대한 CS&W 운전성 결과를 상관시키는 데 있어서 식 1보다 상당히 더 효과적이다. 도 2는 휘발도 및 조성 특성으로부터고 부탄올 가솔린의 CS&W 운전 성능을 기술하는 데 있어서의 식 2a 및 식 2b의 유효성을 확립한다. ASTM D 4814로부터의 현재의 규격 한계치가 이러한 새로운 지수에 대해 적절함을 입증하기 위하여, 도 2의 데이터가 도 3에 로그 변환 없이 다시 도시되어 있다.
70 부피%까지의 부탄올 농도의 전체 범위에 대해 계수 A1, A2 및 A3을 결정하기 위한 일반적 방법은 상기에 언급된 CRC 프로그램 (CRC 프로그램 CM-138-02, CRC 보고서 번호: 638)에 의해 에탄올 오프셋을 결정하기 위해 사용된 것과 유사하다. 간단하게 말해서, 이 방법은 CRC E28 표준 CS&W 시험에 의해 측정된 TWD의 자연 로그를 상응하는 연료 변수에 관련시키는 회귀식을 개발하는 것을 포함한다. 연료 변수 E200, RVP 및 iBuOH는 상기 시험 방법의 가변성 내에서 데이터를 피팅하는 상관 관계를 도출하기 위해 사용하였으며, 이들 연료 변수에 대한 상관 계수들의 값은 일반 선형 통계학적 모델을 사용하여 최소 제곱법에 따라 계산하였다. 특히, iBuOH 함량을 선형 항으로서 추가하였으며, E200 및 RVP를 상호작용(interaction) 항 (즉, iBuOH*E200 및 iBuOH*RVP)으로서 추가하였다. 도 2는 이러한 반-로그 관계에 있어서 우수한 상관 관계를 나타낸다. 다양한 농도로 관심 이성체를 함유하는 연료를 사용하여 CS&W 시험을 수행하고, 하기 인자들과 함께 일반 선형 통계학적 모델을 사용하여 그 결과(즉, TWD의 자연 로그)를 통계학적으로 분석함으로써 다른 부탄올 이성체들에 대한 계수가 도출될 수 있다: 부탄올 이성체 농도 및 E200*(부탄올 이성체 농도) 및 RVP*(부탄올 이성체 농도).
또한, 가솔린과 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 블렌드의 HBDIa가 충분한 부피의 경질 탄화수소를 블렌드에 첨가함으로써 가솔린의 그 클래스의 명시된 최대치 미만으로 유지되거나 또는 그 미만의 수준까지 감소될 수 있음을 알게 되었다. 그러한 경질 탄화수소는 냉간 엔진에서 연료의 증발/연소성을 개선하도록 블렌드의 비등 온도 분포를 변경시키는 역할을 한다. 그러한 경질 탄화수소로서 사용될 수 있는 일부 리파이너리 스트림(stream)이 표 2에 열거되어 있다. 일 실시 형태에서, 사용된 탄화수소는 가솔린 블렌드 내의 함산소제, 즉 부탄올 이성체와의 공비혼합물을 형성한다. 그러한 공비혼합물은, 블렌드에 첨가되고 공비혼합물의 일 성분인 특정 탄화수소보다 훨씬 더 낮은 온도에서 비등한다. 따라서, 공비혼합물을 형성하는 첨가된 경질 탄화수소는 첨가된 탄화수소 그 자체의 비점으로부터 예측되는 것보다 블렌드의 비점을 감소시키는 효과가 더 크다. 적합한 그러한 탄화수소 및 에탄올 및 각각의 부탄올 이성체와의 공비혼합물의 비점이 표 3에 나타나 있다. 표 3에서 단어 "비공비혼합물(zeotrope)"은 공비혼합물이 형성되지 않았음을 나타낸다. 표 3에서, 중량%는 공비혼합물 중 탄화수소의 중량 퍼센트이다. 바람직하게는, 적합한 경질 탄화수소는 5 내지 9개의 탄소 원자를 함유하고, 이는 T90이 126.7℃ (260℉) 미만이고 파라핀, 사이클로파라핀, 올레핀 또는 방향족 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 리파이너리 스트림, 또는 부탄올 또는 에탄올과의 공비혼합물 - 이는 102.2℃ (216℉) 이하에서 비등함 - 을 형성하는 적어도 하나의 탄화수소 또는 이들의 혼합물, 또는 이들 둘 모두를 포함한다.
표 4 및 표 5의 데이터는 경질 탄화수소를 블렌드에 첨가함으로써 달성되는 HBDIa의 감소의 효과를 보여준다. 표 4에서, 50 부피%의 i-부탄올(iB50, s)을, 20 부피%의 n-펜탄(Pen)과 20 부피%의 알킬레이트(alk)와 함께 함유하는 블렌드(iB50 + Pen20 + Alk 20, s) 또는 20 부피%의 n-펜탄만을 함유하는 블렌드(iB50 + Pen20, s)에 대한 HBDI는 2200 초과로부터 1250 미만으로 실질적으로 감소되며, 이는 하나의 차량(EU FFV#2)에서 250 초과로부터 20 미만으로 -15℃ (5℉)에서의 TWD에 대한 실질적인 감소를 수반한다. 대조적으로, 표 5의 데이터는 26 부피%의 분지형 탄화수소(HC) - 이는 이것이 대체한 블렌드의 가솔린 성분보다 더 높은 비점을 가짐 - 의 첨가가 HBDIa 또는 TWD의 감소의 효과를 본질적으로 생성하지 않았음을 보여준다. 표 4 및 표 5에서, s 및 S는 하절기 등급을 의미하고, w 및 W는 동절기 등급을 의미한다.
다른 실험에서, 하기 표 6에 나타낸 파라미터를 만족시키기 위하여 10개의 독특한 시험 연료를 개발하였다.
10개의 연료 각각을 이들의 운전성 특성에 대해 시험하였다. 미국 티어 2 배기가스 표준(US Tier 2 emission standard)을 충족시키는 6대의 경량 차량을 운전성/휘발도 평가를 위해 사용하였다. 자연 및 강제 흡입(induction), 포트 및 직접 분사(injection) 둘 모두를 포함하는 다양한 티어 2 기술 유형, 및 Bin 8, Bin 5 및 심지어 하나는 캘리포니아 PZEV (대략 Bin 2)의 Tier 2 배기가스 기준을 제공하도록 차량을 선택하였다. 이들 시험 차량의 일반적 설명이 하기 표 7에 나타나 있다.
GFT의 네이퍼빌 사이트에 있는 전천후형 섀시 다이나모미터(AWCD) 시설 내에서 운전성 시험을 수행하였다. 이들 시험 동안 약 2 Hz/채널로 엔진 및 차량 작동 파라미터를 모니터링하기 위한 HEM DAWN/스냅마스터(SnapMaster) OBD-II 데이터 획득 시스템을 차량에 장착하였다. 시험 프로그램을 시작하기 전에 모든 차량을 정비하고 검사하였다. 이들 차량 중 어느 것도 즉각적이거나 임박한 진단 고장 코드(prompt or pending diagnostic trouble code)를 나타내지 않았다. 각각의 운전성 시험을 위한 준비에서, 대상 차량 연료 시스템을 완전히 플러싱하고 시험 연료로 채웠다. 연료 플러싱 과정에 의해 설정된 ECU 고장 코드를 점검 및 제거한 후에, 각각의 차량을 네이퍼빌 시험 트랙에서 30분 동안 컨디셔닝하여 엔진 관리 시스템이 시험 연료의 다양한 산소 함량을 위한 연료 공급(fueling)을 조정할 수 있게 하였다.
전천후형 섀시 다이나모미터 시험 셀 내에서의 사용을 위해 개조된 CRC E-28-94 냉간 시동 및 웜업 운전성 시험 절차에 따라 운전성 평가를 수행하였다. 운전 성능에 미치는 온도의 영향을 조사하기 위하여, 각각의 차량/연료 조합을 2개의 온도에서 시험하였다: 동절기 연료 (클래스 D, 82.7 ㎪ (12 psi) Rvp)는 -6.7 및 4.4℃ (20 및 40℉)에서 시험하였으며, 하절기 연료 (클래스 AA, 51.7 ㎪ (7.5 psi) Rvp)는 4.4 및 21.1℃ (40 및 70℉)에서 시험하였다. 16개의 연료(반복 포함)가 2개의 온도에서 6대의 차량 중에서 시험되었으므로, 운전성/휘발도 연구를 위해 수행된 E28 시험의 총 횟수는 192회였다.
시험 연료 레시피(recipe)가 하기 표 8에 나타나 있다:
표 8의 블렌딩 성분들의 설명이 하기 표 9에 나타나 있다.
냉간 시동 및 웜업 운전성의 CRC E28 시험에 대해 벌점 시스템으로 점수를 매긴다. 차량을 시동하고 제어된 사이클에 걸쳐 운전함에 따라, 긴 크랭크 시간, 스톨링, 헤저테이션 등과 같은 운전성 결점을 관찰하고 이 시험을 조작하는 훈련된 평가자에 의해 심각도에 대해 점수를 매긴다. 이 시험에 걸쳐 표준 반대가능성 가중 시스템(standard objectionability weighting system)을 통해 관찰된 벌점을 편집하여 총 가중 벌점 또는 TWD의 전체 점수를 만든다. 평가자는 또한 10 (결점 없음) 내지 0 (극심한 결점) 범위의 전체적인 주관적 등급을 할당하지만, 이들 등급은 전형적이지도 않고 본 명세서에서 분석 또는 결론에 사용되지도 않는다. 계획된 192회의 운전성 평가 중, 189회를 9주 기간에 걸쳐 완료하였다. 마쯔다 CX-7에 대한 3회의 시험은 극심한 시동성 문제로 인해 무산되었다. 운전성 평가로부터의 결과가 하기 표 10에 편집되어 있다.
운전성 결과의 표준 분석은 총 가중 벌점에 대한 보정된 응답의 최소 제곱 평균(LSM)의 계산으로부터 시작된다. 이 기법은 비-연료 인자, 예를 들어 차량, 시험 온도 등으로 인한 변동을 제거하기 위해 사용된다. 그 결과는 각각의 연료에 대한 LSM 보정된 TWD의 단일 값이며, 이 값은 이어서 연료 변수에 대해 모델링될 수 있다. 표준 선형 회귀 기법을 사용하여 운전성을 연료 특성에 대해 관련시키는 모델을 개발하였다. 각각의 경우에, 연료 특성을 로그-변환 연료 LSM TWD 응답(이하, TWDLSM으로 나타냄)에 대해 회귀분석하였다. 실험적 설계 변수를 사용하는 직접적(straightforward) 회귀, 증류 특성(예컨대, ASTM 운전성 지수)을 사용하는 표준 모델, 및 표준 모델의 변동을 비롯한 몇몇 모델 형태를 평가하였다.
이 운전성 실험들로부터 생성된 데이터에 대해 통계학적 분석을 수행하였다. 이러한 분석은 통상적인 DI 인자를 실험적 설계 변수, i-BuOH, E200 및 Rvp와 모든 가능한 상호작용과 함께 조합하는 것으로 시작하였다. 최상의 상관 관계는 DI, i-BuOH, 및 i-BuOH와 E200 및 Rvp의 2-인자 상호작용을 포함함으로써 얻었다. 이들 결과를 포함시킨 모델은 다음과 같다:
[식 3]
ln(TWDLSM) = 0.00197 DI + i-BuOH(0.087 - 0.0012 E200 - 0.0016 Rvp)
식 3의 우변을 정규화하여 DI에 대한 계수가 1이 되게 한 결과, HBDIb에 대한 하기의 지수 표현이 얻어진다:
[식 2c]
HBDIb = DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)
여기서, BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 블렌드의 부피%이고; RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; DI는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 상기 클래스에 대한 운전성 지수이며, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도는 최대 약 80 부피%, 최대 약 75 부피%, 최대 약 70 부피%, 최대 약 65 부피%, 최대 약 60 부피%, 최대 약 55 부피%, 최대 약 50 부피%, 최대 약 45 부피%, 또는 최대 약 40 부피%이다.
회귀변수(regressor)로서 실험적 설계 변수, 즉 아이소-부탄올 농도 (i-BuOH), 93.3℃ (200℉)에서 D86 증발된 분율 (E200), 및 증기압 (Rvp)을 간단히 평가함으로써 운전성에 대한 다른 모델을 개발하였다. 인자 효과 시험은 이러한 모델의 가장 효과적인 형태가 아이소-부탄올 및 그와 나머지 다른 2개의 변수의 상호작용을 포함하는 것임을 보여주었다. 이러한 모델의 최종 형태는 다음과 같다:
[식 4]
ln (TWDLSM) = 2.275 + i-BuOH(0.0969 - 0.00146 E200 - 0.00212 Rvp)
식 4의 마지막 항은 연료 특성에서의 "지수"에 대한 근거(basis)를 형성하며; 그러한 지수는 우수한 운전성을 갖는 연료를 설계하는 데 유용할 수 있다. 편의상 마지막 항에 100을 곱하게 되면, 설계 변수 지수(DVI)는 식 2d에 의해 주어진다:
[식 2d]
(DVI) = i-BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)
여기서, i-BuOH는 블렌드 내의 아이소-부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고; E200은 최대 약 93.3℃ (200℉)의 온도에서 증류되는 블렌드의 부피%이고; RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고; 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도는 최대 약 80 부피%, 최대 약 75 부피%, 최대 약 70 부피%, 최대 약 65 부피%, 최대 약 60 부피%, 최대 약 55 부피%, 최대 약 50 부피%, 최대 약 45 부피%, 또는 최대 약 40 부피%이다.
지수 HBDIb 또는 DVI는 대상 연료에 대한 증류 및 증기압 시험 데이터를 상기 식에 삽입하고 새로운 지수의 값을 계산함으로써 사용된다. 이어서, 식 2c 또는 식 2d로부터 계산된 생성값을 HBDIb에 대한 약 1400의 최대값과 비교하거나 또는 DVI에 대한 약 75의 최대값과 비교한다. 계산된 HBDIb 또는 DVI가 이들 수준 미만이라면, 연료는 허용가능한 CS&W 성능을 가질 것이다.
이 HBDI 및 DVI 모델을 새로운 일 세트의 스플래시-블렌딩된 고 부탄올 연료를 사용하여 검증하였다. HBDI 모델 및 DVI 모델 둘 모두를 사용하여 예측된 TWD를 계산하는 데 검증 데이터 내의 연료에 대한 특성을 사용하였으며; 이들 계산의 결과가 하기 표 11에 열거되어 있으며, 도 4 및 도 5에 그래프로 나타나 있다.
표 11로부터 알 수 있는 바와 같이, HBDIb 모델 및 DVI 모델 둘 모두는 연료 블렌드의 ln TWD의 우수한 예측 인자(predictor)이다.
HBDIb 모델 및 DVI 모델의 예측값은 또한 도 4 및 도 5에 나타나 있다. 도 4는 HDBIb 값을 사용하여 고 부탄올 연료에 대한 TWD를 예측하는 데 있어서의 식 2c의 유효성을 입증한다. 도 5는 DVI 값을 사용하여 고 부탄올 연료에 대한 TWD를 예측하는 데 있어서의 식 2d의 유효성을 입증한다.
표 11, 도 4 및 도 5의 데이터는 아이소-부탄올 농도가 최대 약 60 부피%인 일반 차량용 연료를 포괄하며, 또한 허용가능한 운전 성능으로부터 허용불가능한 운전 성능까지의 운전 성능의 범위를 포괄한다. 이들 결과에 기초하여, A-클래스 연료의 경우 1400의 최대 HBDIb의 한계치가 최대 60 부피%의 아이소부탄올 - 상기 아이소부탄올은 바람직하게는 생물학적으로 공급됨 - 을 함유하는 연료에 대해 적절한 것으로 결론지을 수 있다. 또한, 최대 60 부피%의 아이소부탄올 - 이는 바람직하게는 생물학적으로 공급됨 - 을 함유하는 연료가, 한계치로서 75의 DVI를 사용하여 제형화될 수 있고 1250의 DI로 지수 처리된 일반의 부탄올-무함유 연료와 동일한 낮은 벌점 수준을 달성할 수 있음을 용이하게 알 수 있다.
당업자는 가솔린 블렌드의 휘발도 또는 비점 프로파일의 다른 척도, 예를 들어 E158이 E200 대신 사용될 경우, 이는 식 2a 및 식 2b의 상대적으로 사소한 변동을 가져오겠지만, 본 발명의 청구된 방법 및 가솔린 블렌드는 그러한 변동에까지 미치며 이를 포함할 것임을 용이하게 이해할 것이다.
본 발명이 특정 수단, 재료 및 실시예를 참고하여 본 명세서에 기재되어 있지만, 본 발명의 범주는 이로 제한되지 않으며 본 발명의 실시에 적합한 모든 다른 수단 및 재료에 미치게 됨을 당업자는 이해할 것이다.
Claims (26)
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(cold start and warm-up; CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법으로서,
(a) 적어도 하나의 생물학적으로 공급된(biologically-sourced) 부탄올 이성체를 제공하는 단계와,
(b) 상기 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 운전성 지수(DI)의 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 고 부탄올 운전성 지수(high butanol driveability index; HBDIa) 값을 가지며,
BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(Reid Vapor Pressure; 단위: psi)이고,
A1, A2, 및 A3은, 최대 약 80 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도에서, 적어도 하나의 부탄올 이성체를 함유하는 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 선형 결합의 값과 그러한 블렌드에 대한 보정 측정된 총 가중 벌점(total weighted demerit)의 평균의 로그 사이에 실질적으로 선형인 관계를 제공하도록 선택된 계수이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 부탄올 가솔린 블렌드는 최대 약 60 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하며, 우수한 CS&W 운전 성능이 유지되면서 부탄올 가솔린 블렌드의 재생가능한 성분들이 최대화되는 방법.
- 제2항에 있어서, 블렌드는 최대 약 40 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체는 아이소부탄올인 방법.
- 제1항에 있어서, HBDIa의 값을 상기 DI의 최대 한계치 미만으로 조정하도록 충분한 부피의 경질 탄화수소를 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체 농도가 최대 약 70 부피%일 때,
A1은 약 100.2이고,
A2는 약 -1.5이고,
A3은 약 -2.4인 방법. - 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드로서,
가솔린, 및
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 특정 클래스에 대한 DI의 명시된 최대 한계치 미만의 선형 결합 BuOH(A1 + A2E200 + A3RVP)와 동일한 HBDIa 값을 가지며, 여기서,
BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고,
A1, A2, 및 A3은, 최대 약 80 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도에서, 적어도 하나의 부탄올 이성체를 함유하는 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 선형 결합의 값과 그러한 블렌드에 대한 보정 측정된 총 가중 벌점의 평균의 로그 사이에 실질적으로 선형인 관계를 제공하도록 선택된 계수이며, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드. - 제7항에 있어서, 최대 약 60 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하며, 우수한 CS&W 운전 성능이 유지되면서 부탄올 가솔린 블렌드의 재생가능한 성분들이 최대화되는 블렌드.
- 제8항에 있어서, 최대 약 40 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하는 블렌드.
- 제7항에 있어서, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체는 아이소부탄올인 블렌드.
- 제7항에 있어서, HBDI의 값을 상기 DI의 최대 한계치 미만으로 조정하도록 충분한 부피의 경질 탄화수소를 추가로 포함하는 블렌드.
- 제7항에 있어서, 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체 농도가 최대 약 70 부피%일 때,
A1이 100.2이고,
A2가 -1.5이고,
A3이 -2.4인 블렌드. - 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량(conventional vehicle)용 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법으로서,
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 선형 결합 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)와 동일한 고 부탄올 운전성 지수(HBDIb) 값을 가지며, 여기서,
BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고,
DI는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 상기 클래스에 대한 운전성 지수이며,
HBDIb 값은 약 1400 미만이고, 상기 부탄올 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법. - 제13항에 있어서, 부탄올 가솔린 블렌드는 최대 약 60 부피%의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하며, 우수한 CS&W 운전 성능이 유지되면서 부탄올 가솔린 블렌드의 재생가능한 성분들이 최대화되는 방법.
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드로서,
가솔린, 및
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지고, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 선형 결합 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)와 동일한 HBDIb 값을 가지며, 여기서,
BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고,
DI는 ASTM D 4814-09b의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 클래스에 대한 운전성 지수이며, 상기 HBDIb 값은 약 1400 미만이고, 상기 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드. - 제15항에 있어서, HBDIb의 값을 약 1400 미만으로 조정하도록 충분한 부피의 경질 탄화수소를 추가로 포함하는 부탄올 가솔린 블렌드.
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법으로서,
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 가솔린과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계 - 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가짐 - 를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)와 동일한 설계 변수 지수(Design Variable Index; DVI) 값을 가지며, 여기서,
BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이며,
상기 DVI 값은 약 75 미만이고, 상기 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드의 제조 방법. - 제17항에 있어서, DVI 값을 약 75 미만으로 조정하도록 충분한 부피의 경질 탄화수소를 부탄올 가솔린 블렌드와 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드로서,
가솔린, 및
적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함하고,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 특정 ASTM D4814 표 1 증기압/휘발도 클래스를 가지고, 상기 부탄올 가솔린 블렌드는 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)와 동일한 DVI 값을 가지며, 여기서,
BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이며,
상기 DVI 값은 약 75 미만이고, 상기 가솔린 블렌드의 총 가중 벌점은 약 40 미만인 부탄올 가솔린 블렌드. - 제19항에 있어서, DVI 값을 약 75 미만으로 조정하도록 충분한 부피의 경질 탄화수소를 추가로 포함하는 부탄올 가솔린 블렌드.
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법으로서,
(a) 가솔린을 부탄올과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계와,
(b) 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 연료 변수 T10, T50, 및 T90, E200 및 RVP를 측정하는 단계와,
(c) 식 DI + BuOH(44 - 0.61 E200 - 0.83 Rvp)에 연료 변수를 대입하여 부탄올 가솔린 블렌드의 HBDIb 값을 계산하는 단계를 포함하고, 여기서,
BuOH는 부탄올 가솔린 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
T10은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 10 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고,
T50은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 50 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고,
T90은 표준 ASTM D86 증류 시험에서 부탄올 가솔린 블렌드의 90 부피%를 증류시키기 위한 온도(단위:℉)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이고,
DI는 ASTM D 4814의 표 1에 명시된 바와 같은 가솔린의 상기 클래스에 대한 운전성 지수이며,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 HBDIb 값이 약 1400 미만인 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법. - 제21항에 있어서, 가솔린 블렌드의 HBDIb 값은 약 1200 미만인 방법.
- 우수한 냉간 시동 및 웜업(CS&W) 운전 성능을 갖는 일반 차량용 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법으로서,
(a) 가솔린을 부탄올과 블렌딩하여 부탄올 가솔린 블렌드를 형성하는 단계와,
(b) 부탄올 가솔린 블렌드에 대한 연료 변수 E200 및 RVP를 측정하는 단계와,
(c) 식 BuOH(9.69 - 0.146 E200 - 0.212 Rvp)에 연료 변수를 대입하여 부탄올 가솔린 블렌드의 설계 변수 지수(DVI) 값을 계산하는 단계를 포함하고, 여기서,
BuOH는 블렌드 내의 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체의 농도(단위: 부피%)이고,
E200은 최대 약 93.3℃(200℉)의 온도에서 증류되는 부탄올 가솔린 블렌드의 부피%이고,
RVP는 레이드 증기압(단위: psi)이며,
상기 부탄올 가솔린 블렌드는 DVI 값이 약 75 미만인 부탄올 가솔린 블렌드를 확인하는 방법. - 제23항에 있어서, DVI 값은 약 65 미만인 방법.
- 제23항에 있어서, DVI 값은 약 45 미만인 방법.
- 제1항에 있어서,
부탄올 가솔린 블렌드를 위한 성분들을 제공하는 단계 - 상기 성분들은
i) 가솔린, 및
ii) 적어도 하나의 생물학적으로 공급된 부탄올 이성체를 포함함 - 를 추가로 포함하는 방법.
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