Многофункциональная добавка к автомобильному бензину и топливная композиция, ее содержащая

Многофункциональная добавка к автомобильному бензину и топливная композиция, ее содержащая

Реферат

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно - к составу многофункциональной добавки к автомобильному бензину и к топливной композиции, содержащей эту добавку.

Известно широкое использование в составах автомобильных бензинов антидетонационных добавок на основе N-метиланилина (N-MA) (А.М.Данилов. Применение присадок в топливах. Справочное издание. СПБ.: Химиздат, 2010, с.31-37).

Известна добавка к автомобильным бензинам на основе метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), N-MA, метанола и моющей присадки (Автомаг) при следующем соотношении компонентов, % масс.: 6,5-70 N-MA; 0,5-5 N,N-диметиланилина, 0,5-27 третичного бутилового спирта; 0,5-30 метанола; моющей присадки - не более 6, МТБЭ до 100.

Добавка вводится в автомобильные бензины в концентрации до 20% масс. (Пат. РФ №2139914, 1999).

Недостатком указанной добавки является высокое содержание метанола, которое повышает ее токсичность и гигроскопичность, а также снижает стабильность бензинов при хранении. Моющая присадка Автомаг эффективна для устаревших карбюраторных двигателей и практически непригодна для современных двигателей с непосредственным впрыском топлива из-за низкой эффективности по устранению смолистых отложений на впускных клапанах и инжекторах.

Также недостатком добавки является необходимость в использовании МТБЭ - продукта, запрещенного для применения в составе моторного топлива в ряде стран, кроме того, высокая летучесть МТБЭ (Т_кип=55°С) может создавать трудности при эксплуатации автотранспорта в летний период. Помимо этого для производства МТБЭ требуется дефицитная изобутиленовая фракция.

Известна добавка к автомобильным бензинам, содержащая, % масс.: 20-40 МТБЭ, до 10 моющей присадки, включающей стабилизатор трения, 0,01-0,2 стабилизатора цвета диэтиламин или триэтилентетрамин и до 100 N-МА. Добавка предназначена для использования в автомобильных бензинах в концентрации 0,3-3,0% масс. (Пат. РФ №2400529, 2010).

Основным недостатком указанной добавки является использование МТБЭ - продукта, как было указано выше, запрещенного для применения в составе моторного топлива в ряде стран и обладающего другими недостатками.

Наиболее близкой к заявляемой является добавка к моторному топливу, которая содержит, % масс.: 10-90 гидрогенизата производства бутиловых спиртов, 5-85 оксигената, 0,1-15 ароматического амина, 0,1-1 антикоррозионной присадки (Пат. РФ №2291185, 2007).

Гидрогенизат производства бутиловых спиртов содержит бутиловые спирты, метанол, воду, а также простые и сложные бутиловые эфиры, бутилформиаты, масляные альдегиды, спирты C₈, бутилбутираты, бутилизобутираты и высококипящие примеси.

Основными компонентами оксигената являются метиловый спирт, этиловый спирт и МТБЭ.

Известна также топливная композиция, содержащая данную добавку в концентрации 1-10% масс.

Недостатком указанной добавки является то, что гидрогенизат производства бутиловых спиртов имеет многокомпонентный состав, который кроме бутиловых спиртов содержит метанол и воду, различные эфиры и высококипящие примеси, которые ухудшают антикоррозионные и моющие свойства топлива.

Метанол, который одновременно входит как в состав гидрогенизата производства бутиловых спиртов, так и в состав оксигената, является, как было указано выше, продуктом, который повышает токсичность и гигроскопичность, а также снижает стабильность бензинов при хранении. Кроме того, метанол является продуктом, запрещенным для применения в автомобильных бензинах в соответствии с техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 27.02.2008 г., №118.

Также в состав оксигената может входить МТБЭ, который, как было указано выше, является продуктом, запрещенным к применению в составе моторного топлива в ряде стран, и обладает рядом других недостатков.

Следует также отметить, что бутиловые спирты, которые используются в составе добавки, производятся из нефтяного сырья, что означает прямую зависимость стоимости добавки от непрерывно растущих цен на нефть. Таким образом, применение описываемой добавки имеет ограниченные перспективы использования.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка многофункциональной добавки к автомобильным бензинам на базе компонентов из возобновляемого растительного сырья, обладающей высокими антидетонационными, моющими и антикоррозионными свойствами, а также топливной композиции, содержащей эту добавку.

Для решения поставленной задачи предлагается многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая, % масс.:

биобутанол	45,5-94,0
побочные продукты производства биобутанола	до 33,5
антидетонационная добавка на основе ароматических аминов,
включающая в качестве основного компонента N-метиланилин	6,0-30,0
многофункциональная присадка с моющими и
антикоррозионными свойствами	до 1,5

Также предлагается топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая вышеуказанную многофункциональную добавку в количестве 4,0-15,0% масс.

Главным отличием заявляемого технического решения является содержание в составе добавки биобутанола и побочных продуктов его производства из возобновляемых источников растительного сырья на базе лигноцеллюлозы: опилок, соломы, торфа, что является огромным преимуществом перед гидрогенизатом бутиловых спиртов, который получают из нефтяного сырья. Использование целлюлозосодержащего сырья из отходов сельхозпереработки и лесной промышленности для производства биобутанола путем ферментации способствует улучшению экологии путем одновременной утилизации многотоннажных непереработанных отходов.

Под биобутанолом подразумевается н-бутанол спирт - продукт ферментации возобновляемого растительного сырья специальными бактериями. Кроме н-бутанола в процессе ферментации образуются ацетон, этанол, изопропанол в различных соотношениях, зависящих от условий процесса.

Известна принципиальная возможность применения биобутанола в качестве добавки к автомобильному бензину (Капустин В.М., Карпов С.А., Царев А.В. Оксигенаты в автомобильных бензинах. М.: Колосс, 2011, с.201-206).

Однако неизвестен состав добавки, содержащей наряду с биобутанолом и побочными продуктами его производства N-MA.

Как оказалось, сочетание этих компонентов при заявленном соотношении (таблица 2, образцы 1-6) приводит к значительному приросту октанового числа бензина, позволяет снизить коррозионную агрессивность топлива по отношению к стали. Для образцов 1, 3, 4 установлено улучшение моющих свойств даже без применения моющей присадки.

Для улучшения моющих свойств топлива предлагаемая добавка может дополнительно содержать многофункциональную присадку с моющими и антикоррозионными свойствами, например Хайтек 6470, Керопур 3458 N или присадку аналогичного назначения в количестве до 1,5% масс.

Предлагаемая добавка может использоваться как для корректировки антидетонационных свойств товарных бензинов в системе обращения, восстановления их качества, так и при разработке технологии производства ассортимента высокооктановых автомобильных бензинов, отвечающих требованиям технического регламента.

В зависимости от состава и соотношения компонентов добавка может вводиться в бензин в интервале концентраций от 4,0 до 15,0% масс.

Используемые в составе добавки компоненты являются продуктами промышленного производства.

Биобутанол, используемый в данной добавке, представляет собой н-бутанол и является основным продуктом ферментации растительной биомассы по СТО 83484159-01-2008. Остальные кислородсодержащие соединения, которые могут входить в состав добавки (ацетон, этанол, изопропанол), являются побочными продуктами производства биобутанола и выделяются на стадии разделения продуктов ферментации. В состав данной добавки может входить либо целевой продукт ферментации - биобутанол или же смесь целевого продукта с побочными продуктами процесса (ацетон, этанол, изопропанол). Использование побочных продуктов позволяет удешевить производство добавки.

В предлагаемом составе добавки предпочтительно использование ароматического амина (N-MA) с минимальной примесью анилина, имеющего более низкую химическую стабильность и требующего применения антиокислителя.

В качестве ароматического амина в многофункциональной добавке используют N-MA технический улучшенный по СТО 00204168-001-2008 с содержанием N-MA не менее 98,0% масс., или антидетонационную добавку на основе ароматических аминов АДА-СУПЕР по СТО 11605031-011-2007 с содержанием N-MA не менее 98,5% масс.

В качестве многофункциональной присадки с моющими и антикоррозионными свойствами, которая дополнительно может вводиться в состав добавки, используют присадку Хайтек 6470, выпускаемую фирмой Afton Chemical (Великобритания), или присадку Керопур 3458 N, выпускаемую фирмой BASF (Германия).

Присадка Хайтек 6470 представляет светло-янтарную жидкость с плотностью при 15°С 0,928 г/см³; температурой вспышки (РМС) 56°С; температурой застывания <-36°С; вязкостью при 40°С 19 сСт. Дает прозрачный раствор в органических растворителях, практически нерастворима в воде.

Присадка Керопур 3458 N представляет собой смесь полиизобутилен-моноамина, полиэфира и ингибитора коррозии.

Это прозрачная желтоватая вязкая жидкость, имеющая следующие характеристики: плотность при 15°С, около 0,88 г/см³; вязкость при 20°С, около 70 мм²/с; температура вспышки, более 55°С. Дает прозрачный раствор в органических растворителях, практически нерастворима в воде.

Предлагаемую многофункциональную добавку готовят по безотходной технологии с использованием стандартного оборудования при температуре 15-35°С путем смешения компонентов до получения однородного раствора.

Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 6 образцов предлагаемой добавки, состав которых приведен в табл.1.

Эксплуатационные свойства приготовленных образцов приведены в табл.2.

Влияние добавки на детонационную стойкость оценивалось моторным методом по АСТМ Д 2700-95 (ГОСТ 511-82) на установке УИТ-85 по приросту октанового числа эталонной смеси «70»: изооктана и н-гептана, взятых в соотношении 70:30 (по объему). Чем больше прирост октанового числа, тем выше антидетонационные свойства добавки. Для испытуемых образцов прирост составляет от 6,2 до 8,2 единиц в сравнении с эталонной смесью.

Антикоррозионная эффективность добавки определялась по модифицированному методу АСТМ Д 665 в эталонном топливе ИТ (80% изооктана и 20% толуола по объему) в присутствии дистиллированной воды при температуре 38°С в течение 4-х часов. В соответствии с рекомендациями указанного метода для определения степени коррозии поверхности стержня после испытания приняты визуальные критерии оценки, по которым максимальная степень коррозии (более 5% поверхности стержня покрыты продуктами коррозии) оценивается в 9 баллов (этот показатель получен для эталонного топлива ИТ); поверхность стержня, свободная от следов коррозии (чистый стержень), оценивается в 0 баллов. Результаты оценки антикоррозионной эффективности показали, что введение предлагаемой добавки при концентрациях 4-15% масс. (образцы 1-6) позволяет улучшить антикоррозионные свойства топлив.

Моющая эффективность по оценке склонности автомобильного бензина к образованию отложений определена испытаниями в стендовых условиях на полноразмерном двигателе ВАЗ 2101 по методу СТО АНН 40488460-001-2004 предлагаемых образцов добавки в бензине типа АИ-95 в сравнении с исходным бензином.

Отложения на клапанах при испытании бензина АИ-95, не содержащего предлагаемой добавки, по методу СТО АНН 40488460-001-2004 составляют 91 мг/клапан. При содержании в добавке N-MA 6-8% масс. (образцы 1,3,4) улучшаются моющие свойства топлива даже без добавления моющей присадки. При этом результаты оценки показали, что отложения на клапанах составляют 80-85 мг/клапан.

В случае добавления при необходимости многофункциональной присадки с моющими и антикоррозионными свойствами, например Хайтек 6470 (образец 2) или Керопур 3458 N (образец 6), значительно улучшаются моющие свойства бензина АИ-95 и отложения составляют от 6 до 10 мг, а также антикоррозионные свойства (отсутствие коррозии - 0 баллов).

Таким образом, разработана многофункциональная добавка к автомобильным бензинам на базе компонентов из возобновляемого растительного сырья, которая обладает высокими антидетонационными, моющими и антикоррозионными свойствами, а также топливная композиция, содержащая эту добавку.

Таблица 1
Состав образцов предлагаемой добавки
№ п/п	Компоненты добавки	Содержание компонентов в образцах, % масс.
1	2	3	4	5	6
1	Биобутанол	94,0	93,77	70,5	61,0	54,5	45,5
2	Ацетон	-	-	21,5	12,1	26,5	10,0
3	Этанол	-	-	-	4,8	7,0	3,5
4	Изопропанол	-	-	-	14,1	-	9,5
5	N-MA	6,0	6,0	8,0	8,0	12,0	30,0
6	Многофункциональная присадка Хайтек 6470	-	0,23	-	-	-	-
7	Многофункциональная присадка Керопур 3458 N	-	-	-	-	-	1,5

Таблица 2
Эксплуатационные свойства образцов предлагаемой добавки
№ п/п	Наименование показателей	Значение показателей образцов
1	2	3	4	5	6
1	Концентрация добавки, % масс.	15	15	12	12	10	4
2	Прирост октанового числа по моторному методу в эталонной смеси «70»	8,2	8,2	6,4	6,2	8,0	6,3
3	Антикоррозионная эффективность (степень коррозии стержня, баллы) в ИТ	4	0	3	3	4	0
4	Моющие свойства, масса отложений на впускном клапане при использовании бензина АИ-95, мг	85	10	80	81	91	6

1. Многофункциональная добавка к автомобильному бензину на базе компонентов из возобновляемого растительного сырья, содержащая, мас.%:

биобутанол	45,5-94,0
побочные продукты производства биобутанола	до 33,5
антидетонационная добавка на основе ароматических аминов,
включающая в качестве основного
компонента N-метиланилин	6,0-30,0
многофункциональная присадка с моющими и
антикоррозионными свойствами	до 1,5

2. Топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая многофункциональную добавку по п.1 в количестве 4,0-15,0 мас.%.