Патент на изобретение №2214444

(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МОТОРНОГО ТОПЛИВА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области моторных топлив. Композиция для моторного топлива состоит из бензиновых компонентов 2-65%, ароматического компонента, выкипающего в интервале 35-215^oС, не более 2,5% азотароматической присадки на основе N-метиланилина, не более 20% оксигенатов (алифатических спиртов С₁-С₅ или простых эфиров этих спиртов, их различных смесей), приготовленная циркуляционно-акустическим перемешиванием при генерации в компаундирующем узле акустических колебаний в области частот от 12 Гц до 30 кГц. Ароматический компонент содержит ароматических углеводородов не менее 65% и олефинов не более 35%. Способ приготовления указанной композиции заключается в смешивании компонентов путем циркуляции и акустического воздействия в интервале генерируемых частот от 12 Гц до 30 кГц на конечную смесь компонентов. Изобретение позволяет получать однородные и устойчивые топливные смеси с содержанием влаги до 5%. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области моторных топлив, а именно к композициям для таких видов топлив и способам их получения, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии.

Известна композиционная добавка к моторному топливу для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) (заявка ФРГ 3835348 от 17.10.88), которая позволяет при добавлении к топливу снижать эмиссию СО и углеводородов из ДВС. Добавка представляет собой смесь, маc. %: н-гептана 1-15, воды 1-15, изобутанола 0,5-4 и этанола – остальное до 100. Добавку смешивают с топливом с октановым числом 85-92 или 55-66 в количестве 40-60 об.%. Такое топливо, модифицированное добавкой, может быть использовано в двухтактных ДВС с добавлением 1-4 маc.% сложных эфиров карбоновых и дикарбоновых кислот в качестве стабилизаторов.

Недостатком предложенной композиционной добавки является необходимость применения сильных стабилизаторов и недостаточно высокая физическая стабильность как самой добавки, так и топлива, ее содержащего.

Известна композиция для приготовления моторного топлива (заявка Японии 3226796 от 02.02.90), в которой используется смесь, об.%: бутан-бутеновой фракции 4-6, алифатических углеводородов С₅₊ 15-25, ароматических углеводородов С₆-С₈, содержащих в основном толуол, 35-45, ароматических углеводородов С₉-С₁₀ 10-20 и трет-бутанола 15-25.

Основным недостатком получаемой предложенным способом композиции является невысокая химическая стабильность топлива из-за наличия легко окисляемого и осмоляемого бутена и высокое содержание ароматических углеводородов – суммарно 46-65 об.%, что приводит к повышенной эмиссии ароматических углеводородов из ДВС.

Известна топливная композиция на основе спирто-бензиновой смеси (Патент СРР 88112, 1985), содержащая, об.%: автомобильного бензина 20-99 (оптимально 80-95), спиртов C₁-C₅ 80-1 (оптимально 20-5) и 2,2-диметоксипропана 0,001-3. Получаемая по такому способу композиция автомобильного топлива физически стабильна (не расслаивается) только при уровне содержания воды 0,001-0,3%.

Известен ряд добавок и топливных композиций для моторных топлив и ДВС, содержащих М-метиланилин, оксигенаты, бензиновый компонент и другие антидетонаторы:
– многофункциональная добавка к автомобильным бензинам (Патент РФ 2114901, 1998), содержащая в качестве основы N-метиланилин, а также органические производные марганца 0,01-5,0 мас.%, присадку АВТОМАГ 0,5-10,0 мас.% и в качестве химического стабилизатора 0,01-2 маc.% 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола;
– топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием (Патент РФ 2110561, 1998), состоящая из бензиновой основы, метил-третбутилового эфира (МТБЭ) 0,3-3,5 мас.%, -гидроксиизопропилферроцена 0,001-0,008 маc.%, ферроцена 0,001-0,008 мас.% и дополнительно М-метиланилина до 0,25 мас.% и/или ксилидина до 0,3 маc.%;
– добавка к бензину (Патент 2129141, 1999) на основе стабилизированного этилового спирта и содержащая дополнительно N-метиланилина 5-10 маc.%, ферроцена и/или -гидроксиизопропилферроцена 0,05-0,15 маc.%, и топливная композиция, содержащая эту добавку в количестве 1,5-5 маc.%;
– многофункциональная добавка для получения автомобильных бензинов (Патент РФ 2132359, 1999), включающая анилин 0,1-10,0 маc.%, ферроцен 0,05-3,0, антиокислитель 0,1-0,2 маc.%, присадку АВТОМАГ не более 6,0 мас.%, оксигенаты – алифатические спирты C₁-C₅, их смеси и/или их простые эфиры или их смеси не более 95,0% мае, N-метиланилин 4,0-98,0 маc.%.

Недостатками вышеуказанных добавок и композиций являются либо невысокая химическая и/или физическая стабильность, либо необходимость использования значительного количества стабилизаторов. При этом все указанные добавки и топливные композиции готовятся путем обычного перемешивания составляющих компонентов и не имеют дополнительного срока хранения. В автомобильных бензинах, полученных на основе таких композиций, как правило, через 15-30 суток содержание фактических смол превышает предел 4-5 мг/100 мл и не позволяет использовать такие топлива для ДВС из-за высокого нагарообразования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является топливная композиция на основе бензина различных производств (первичного и вторичного происхождения) с добавлением ароматических углеводородов и их фракций, азотароматических присадок, выбранного из группы: N-метиланилин, ксилидин, смесь изомерных ксилидинов с триэтаноламином, а также оксигенатов типа R₁-O-R₂, где R₁=С₁-С₅, и/или спиртов C₁-C₅, а также моющую присадку (патент РФ 2134714, 1999).

Существенным недостатком описанной топливной композиции является относительно невысокая химическая и физическая стабильность.

Целью настоящего изобретения является композиция для моторного топлива, используемая в ДВС, и способ ее получения, обеспечивающий высокую химическую и физическую стабильность топливной композиции.

Поставленная цель достигается следующим образом.

В качестве компонентов композиции моторного топлива используются первичные (природные) и/или вторичные (нефтехимические и синтетические) компоненты:
– компонент Ia – автомобильные бензины, производимые нефтеперерабатывающей промышленностью с октановым числом 76-87 по моторному методу и 80-96 по исследовательскому методу;
– компонент Iб – олигомерные олефинсодержащие бензиновые фракции, содержащие как углеводородную, так и оксигенатную составляющие, имеющие различное происхождение – полученные каталитической олигомеризацией олефинсодержащих фракций С₂-С₄ с использованием или без каталитической этерификации олефинсодержащего бензина алифатическими спиртами C₁-С₃, т.е. с получением в смеси простых эфиров; полученные каталитической полимеризацией олефинов С₃-С₅ и их фракций – полимербензин;
– компонент Iв – низкооктановые бензиновые фракции, выкипающие в пределах 25-215^oС и имеющие октановое число 50-70 по моторному методу – продукты, которые получаются путем прямой перегонки нефти и газовых конденсатов, а также при физической (ректификационной) стабилизации нефтегазового сырья и широких фракций углеводородов;
– компонент II – ароматические углеводородов С₆-С₁₁ или их фракций, выкипающие в пределах 35-215^oС, содержащие ароматических углеводородов не менее 65 мас.%, олефинов не более 35 мас.%, а именно: бензол (ограниченно, не более 5 мас.% в пересчете на композицию), толуол, ксилолы (сольвент), бензол-толуольная и бензол-толуол-ксилольная фракции – нефтяного, нефтехимического, пиролизного или коксохимического происхождения, этилбензол и этилбензольная фракция, изопропилбензол и его фракции, фракции ароматических углеводородов С₈-С₁₁ и С₁₀-С₁₁ различного происхождения; полученный переиспарением и/или гидростабилизацией ароматизированный бензин из жидких продуктов пиролиза – фракция C₅₊; бензины термического и каталитического крекинга; высокооктановая кислородсодержащая добавка, полученная этерификацией алифатическими спиртами C₁-С₃ жидких продуктов пиролиза в количестве 2-65 маc.%;
– компонент III – азотароматические присадки в количестве не более 2,5 маc.%, содержащие:
– N-метиланилин в количестве не менее 90 маc.%, остальное – до 100 маc.% – анилин и, желательно, N,N-диметиланилин, и комплексные присадки – противодымные, антикоррозионные, моющие, противообледенительные и др. в необходимых количествах; а также воду в количестве 0,05-5 мас.%;
– компонент IV – оксигенаты, а именно: алифатические спирты C₁-C₅ индивидуально и их смеси; простые эфиры – метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), метил-втор-пентиоловый эфир (МВПЭ), метил-третамиловый эфир (МТАЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ), индивидуально, смеси эфиров и в различных сочетаниях с алифатическими спиртами C₁-C₅.

Компоненты Ia, Iб, Iв можно объединить одним названием – бензиновые компоненты первичного и вторичного происхождения – компонент I.

Одной из основных проблем большинства топливных композиций и моторных топлив, составленных на их основе, является химическая нестабильность смесей (окисляемость и осмоляемость) при индивидуальном и, в особенности, при взаимном присутствии олефинов бензиновых и ароматических фракций, N-метиланилина и анилина, а также оксигенатов. Другой проблемой моторных топлив и топливных композиций является физическая нестабильность (расслаивание), проявляющаяся вследствие присутствия и попадания влаги в композицию или топливо. Обе эти проблемы могут быть решены частично путем введения в топлива и их композиции химических (ингибиторы) и физических (солюбилизаторы) добавок и присадок. Однако каждый из таких стабилизаторов действует избирательно, степень его воздействия зависит от состава топливной смеси и внешних факторов (температуры, влажности, присутствия растворенного кислорода, контакта с воздухом и светом и других воздействий). Для подавления указанных отрицательных физико-химических процессов дестабилизации топливных композиций в предлагаемом изобретении был выбран метод воздействия на смесь акустическим излучением в интервале частот от 12 до 30000 Гц. Под акустическим воздействием понимается воздействие на топливную смесь компонентов, присадок и добавок колебаниями ультразвуковой, звуковой и инфразвуковой частоты в указанном интервале. При этом в топливной композиции могут возникать специфические явления: кавитация и вихревые акустические течения, которые приводят к физико-химической однородности (гомогенности) и сольватации молекул композиции моторного топлива, в том числе в присутствии избыточной влаги.

В качестве исходных компонентов для топливных композиций были использованы различные виды компонентов I-III, указанные в табл.1.

В качестве исходных топливных композиций было приготовлено несколько смесей, состав которых указан в табл.2. Все смеси были приготовлены путем циркуляционного смешения как базовые композиции для моторного топлива. По рецептурам композиций под номерами 2.1-2.10 получают композиции для компонентов и/или автобензинов типа А-76, А-80 и нормаль-80, под номерами 2.11-2.16 – для АИ-91-93, регуляр-92, под номерами 2.17-2.20 – для АИ-95, премиум-95.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1
Эксперименты ведут на композициях, приготовленных по рецептурам табл.2.

Смешение топливных композиций осуществляют методами циркуляции (для получения сравнительных данных), акустического смешения и циркуляционно-акустического смешения. Длительность смешения ограничивали по достижению однородной плотности композиции.

Для определения свойства “химическая стабильность” был выбран контроль за изменением во времени двух параметров – содержание фактических смол и индукционный период. Пробы топливных композиций хранили герметично закрытыми при комнатной температуре в бутылях из темного стекла без доступа света.

Данные экспериментов приведены в табл. 3.

Из данных табл.3 видно, что для химической стабильности выбранных топливных композиций наиболее эффективным является акустический метод смешения при частоте излучения от 12 до 30000 Гц, оптимально – от 200 до 18000 Гц – при этом достигается максимальный срок хранения топливной композиции практически без изменения химической стабильности.

Пример 2
Эксперимент ведут на композициях из табл.2, 2.1, 2.6, 2.9, 2.11, 2.16, 2.19 с добавлением различных количеств воды. Методы и процедуры смешения выбирают аналогичные экспериментам из примера 1.

Для определения свойства “физическая стабильность” было выбрано установление температуры помутнения, ответственной за расслоение (физическую дестабилизацию) топливной композиции. Хранение проб осуществлялось как в примере 1.

Результаты экспериментов приведены в табл. 4.

По результатам табл. 4 установлено, что физическая стабилизация топливной композиции является наиболее полной при акустическом воздействии в интервале частот от 12 до 30000 Гц (оптимально – от 200 до 18000 Гц), даже в присутствии избыточной влаги до 5 маc.%.

Формула изобретения

1. Композиция для моторного топлива на основе бензиновых компонентов первичного и/или вторичного происхождения с добавлением ароматических углеводородов или их фракций, азотароматических присадок на основе N-метиланилина, простых эфиров и/или алифатических спиртов С₁-С₅, отличающаяся тем, что содержит композицию, полученную циркуляционно-акустическим перемешиванием всех компонентов при генерации в компаундирующем узле акустических колебаний в области частот от 12 Гц до 30 кГц, и в качестве ароматических углеводородов или их фракций содержит ароматический компонент, выкипающий в интервале 35-215^oС, содержащий ароматических углеводородов не менее 65 мас.% и олефинов не более 35 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ароматический компонент – 2-65
Эфиры и/или спирты – Не более 20
Азотароматическая присадка – Не более 2,5
Бензиновые компоненты – До 100
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 0,05-5 мас.% воды.

3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит антикоррозионную, и/или антиобледенительную, и/или антиокислительную, и/или моющую присадки.

4. Способ получения композиции моторного топлива, содержащего бензиновые компоненты, ароматический компонент, выкипающий в интервале 35-215^oС, азотароматическую присадку на основе N-метиланилина, простые эфиры и/или алифатические спирты С₁-С₅ путем их смешивания, отличающийся тем, что смешивание компонентов ведут путем циркуляции и акустического воздействия в интервале генерируемых частот излучения от 12 Гц до 30 кГц на конечную смесь компонентов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для физико-химической стабилизации композиции оптимальным интервалом акустического воздействия является частотный интервал от 200 Гц до 18 кГц.

РИСУНКИ