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, предназначенной для использования в двигателях внутреннего сгорания.

В связи с недостаточными объемами производства алкилатов и изомеризатов, запретом на применение при производстве автобензинов токсичной этиловой жидкости и металлоорганических антидетонаторов на базе железа, марганца, ограничения по применению метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), а также требования по снижению содержания ароматических углеводородов до 35% с одновременным повышением октановых чисел бензинов до 95 единиц и более, особый интерес представляют беззольные антидетонационные добавки на основе ароматических аминов.

Известно широкое использование в составе автомобильных бензинов антидетонационных добавок на основе N-метиланилина (N-MA). (A.M. Данилов. Применение присадок в топливах. Справочник. Санкт-Петербург, Химиздат, 2010, с.31-37).

Одновременно для улучшения эксплуатационных свойств современных бензинов и решения важной социальной проблемы по улучшению экологии городов путем снижения токсичных выбросов (СО, СН) в отработавших газах автомобилей, необходимо дополнительное введение в состав композиций моющих и антикоррозионных присадок.

Многолетний опыт использования добавок на базе N-MA выявил их значительный недостаток, связанный с изменением цвета в процессе хранения от светло-желтого до темно-коричневого, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах добавок.

С целью устранения указанного недостатка необходимо введение в состав добавок стабилизатора цвета N-MA, обеспечивающего стабильность их цвета при длительном хранении.

Известна многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая, % масс.: 20-40 МТБЭ; до 10 моющей присадки с модификатором трения; 0,01-0,2 стабилизатора цвета диэтиламина или триэтилентетрамина; остальное - N-MA.

Также предлагается топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая вышеуказанную многофункциональную добавку в количестве 0,3-3,0% масс.

(Пат. РФ №2400529, 2009).

Недостатком добавки является необходимость в использовании МТБЭ - продукта, запрещенного для применения в составе моторного топлива в ряде стран.

Высокая летучесть МТБЭ (Т_кип.=55°C) также может создавать трудности при эксплуатации автотранспорта в летний период. Помимо этого для производства МТБЭ требуется дефицитная изобутиленовая фракция.

Недостатком добавки также является использование дорогостоящих алифатических аминов: диэтиламина и триэтилентетрамина.

Наиболее близкой к заявляемой является многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая, % масс.: 0,5-3,5 присадки, представляющей собой смесь аминов, полиэфиров и ингибитора коррозии;

0,01-0,2 стабилизатора цвета, представляющего собой полиэтиленполиамины общей формулы H₂N-(CH₂-CH₂-NH-)_nH, где n=1-5 или гидразингидрата; 20,0-35,0 растворителя; до 100 ароматического амина.

Растворитель выбран из группы 2-этилгексанола, толуола, ксилола.

(Пат. РФ №2374304, 2008).

Недостатком добавки является использование в качестве стабилизатора цвета N-MA токсичного гидразингидрата (1-ый класс опасности по воздействию на организм человека), дорогостоящих полиэтиленполиаминов, дефицитного 2-этилгексанола и нежелательных ароматических соединений: толуола и ксилола.

Известна также топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания следующего состава, % масс.: 0,6-1,6 ароматического амина; 0,03-0,07 многофункциональной присадки, представляющей собой смесь аминов, полиэфиров и ингибитора коррозии; 0,0001-0,004 стабилизатора цвета, представляющего собой полиэтиленполиамины общей формулы H₂N-(CH₂-CH₂-NH-)_nH, где n=1-5; 0,2-0,7 растворителя; до 100 углеводородной основы.

Растворитель выбран из группы 2-этилгексанола, толуола, ксилола.

(Пат. РФ №2374303, 2008).

Топливная композиция имеет те же недостатки, которые описаны для добавки по пат. РФ №2374304,2008.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка многофункциональной добавки к автомобильным бензинам, обладающей высокими антидетонационными, моющими, антикоррозионными свойствами со стабилизатором цвета для обеспечения длительного хранения (не менее 6 месяцев), а также топливной композиции, содержащей эту добавку.

Для решения поставленной задачи предлагается многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая многофункциональную присадку, обладающую моющими и антикоррозионными свойствами, стабилизатор цвета, растворитель, ароматический амин, которая отличается тем, что в качестве стабилизатора цвета содержит пиперазинэтанамин, в качестве растворителя - углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C, в качестве ароматического амина - антидетонационную добавку, включающую в качестве основного компонента N-метиланилин, при следующем соотношении компонентов, % масс.:

Многофункциональная присадка с моющими
и антикоррозионными свойствами	1,0-10,0
Стабилизатор цвета пиперазинэтанамин	0,005-0,3
Углеводородная фракция с температурой кипения
внутри интервала температур от 30°C до 330°C	20-50
Антидетонационная добавка, включающая в качестве
основного компонента N-метиланилин	до 100

Предлагается также топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая вышеуказанную многофункциональную добавку в топливе в количестве 0,3-4,0% масс.

Основным отличием заявляемого технического решения является содержание в составе добавки дешевого и эффективного стабилизатора цвета из класса циклических аминов: пиперазинэтанамина и растворителя, в качестве которого используют углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C.

Совокупность указанных выше компонентов является новой, подобранное соотношение компонентов обеспечивает добавке высокие антидетонационные, эксплуатационные свойства и стабильность цвета при длительном хранении.

Использование в составе добавки многофункциональной присадки, обладающей высокой моющей и антикоррозионной эффективностью в композициях с ароматическими аминами, позволяет обеспечивать поддержание в чистоте основных элементов двигателей.

Введение в состав добавки циклического амина: пиперазинэтанамина позволяет повысить ее химическую стабильность, что обеспечивает стабилизацию цвета добавки при длительном хранении.

Применение в качестве растворителя в составе добавки доступной углеводородной фракции с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C позволяет расширить ассортимент антидетонационных добавок и значительно снизить их стоимость.

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

Используемые в составе добавки компоненты являются продуктами промышленного производства.

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

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

В качестве стабилизатора цвета используют пиперазинэтанамин, выпускаемый фирмой AKZO NOBEL (Швеция).

Пиперазинэтанамин - это прозрачная жидкость, плотностью 985 кг/м³ при 20°C, с температурой плавления - 12°C, температурой кипения 218°C при 986 мбар и температурой вспышки 83°C.

В качестве многофункциональной присадки используют присадку Керопур 3458Н (фирма BASF, Германия) или присадку Хайтек 6470 (Afton Chemical, Великобритания), или другие многофункциональные присадки аналогичного действия.

Многофункциональная присадка Керопур 3458Н - это прозрачная желтоватая вязкая жидкость, имеющая следующие характеристики:

Плотность при 15°C, около 0,88 г/см³;

Вязкость при 20°C, около 70 мм² /с;

Температура вспышки, более 55°C;

Температура потери текучести, ниже минус 24°C.

Присадка дает прозрачный раствор в органических растворителях, практически нерастворима в воде.

Многофункциональная присадка Хайтек 6470 - светлая маслянистая жидкость, имеющая следующие характеристики:

Плотность при 15°C, 0,928 г/см³;

Температура застывания ниже -36°C;

Температура воспламенения 56°C.

В качестве растворителя используют углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C, которая выбрана из группы:

- растворитель Р-30/200 с температурой кипения от 30°C до 200°C, вырабатываемый по СТО 231919-001-75671350-11;

- нефрас 35/215 (бензин-растворитель парафино-ароматический для промышленно-технических целей) с температурой кипения от 35°C до 215°C, вырабатываемый по ТУ 38.401-58-219-98;

- сольвент нефтяной сверхтяжелый, с температурой кипения от 150°C до 330°C, вырабатываемый по ТУ 38.1011049-98.

Введение в предлагаемую добавку в качестве растворителя углеводородной фракции с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C снижает ее токсичность с 2-го до 3-го класса опасности.

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

Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 3 образца предлагаемой добавки различного состава, которые вводились в топливную композицию в количестве от 0,3 до 4,0% масс. В качестве базы топливной композиции исследовали бензин с октановым числом 92,1 единиц по исследовательскому методу. Состав образцов многофункциональной добавки приведен в таблице 1.

Функциональные и эксплуатационные свойства приготовленных образцов добавки приведены в таблице 2.

Результаты испытаний топливных композиций представлены в таблице 3.

Влияние добавки на детонационную стойкость оценивалось моторным методом по АСТМ Д 2700-95 (ГОСТ Р 52946-2008; EH ИСО 5163:2005) 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 4,1 до 8,4 в сравнении с эталонной смесью.

Детонационная стойкость образцов топливных композиций, содержащих добавку, определена исследовательским методом по АСТМ Д 2699 (ГОСТ Р 52947-2008; EH ИСО 5164:2005).

Антикоррозионная эффективность добавки в эталонном топливе ИТ (80% изооктана и 20% толуола по объему) и топливных композиций определялась по модифицированному методу АСТМ Д 665 в присутствии дистиллированной воды при температуре 38°С в течение 4-х часов. В соответствии с рекомендациями указанного метода для определения степени коррозии поверхности стального стержня после испытания приняты визуальные критерии оценки, по которым максимальная степень коррозии (более 5% поверхности стержня покрыты продуктами коррозии) оценивается в 3 балла (этот показатель получен для эталонного топлива ИТ и базового бензина АИ-92); поверхность стержня, свободная от следов коррозии (чистый стержень), оценивается в 0 баллов; для испытуемых образцов этот показатель составляет от 0 до 1-го балла.

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 базовом бензине типа АИ-92 в сравнении с исходным бензином АИ-92.

Масса отложений базового бензина АИ-92, не содержащего моющей присадки, по методу СТО АНН 40488460-001-2004 составляет 96 мг/клапан. При наличии в добавке многофункциональной присадки Керопур 3458Н или Хайтек 6470 моющие свойства бензина значительно улучшаются (таблица 2), при этом масса отложений изменяется от 22 мг до 2,5 мг.

Оценка цвета добавки после 1 года хранения проведена визуально и по методу АСТМ Д 1500. В соответствии с указанным методом оценка цвета проводится в единицах АСТМ от 0,5 до 8 (от светло-желтого до темно-коричневого цвета). Чем больше единиц АСТМ, тем темнее цвет продукта.

Из результатов, представленных в таблице 2, следует, что после 1 года хранения цвет образцов добавки визуально остался без изменения или слегка потемнел (от светло-желтого до желтого). По методу АСТМ Д 1500 установлено, что цвет соответствует от 0,5 до 3,5 единиц.

Из данных, представленных в табл.2, видно, что разработанная добавка в заявленном интервале и соотношении компонентов наряду с высокими антидетонационными, моющими и антикоррозионными свойствами обладает стабильностью цвета после 1 года хранения. Наибольшую эффективность по моющим, антидетонационным и антикоррозионным свойствам показал образец №1. В те топливные композиции, где в основном используются стабильные компоненты и не применяются спирты, можно вводить составы добавки типа 3, в остальные композиции целесообразно вводить образцы добавки типа 1 или 2.

Таким образом, разработана многофункциональная добавка к автомобильным бензинам, которая обладает высокими антидетонационными, моющими, антикоррозионными свойствами и стабильностью цвета при длительном хранении.

Предлагается также топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая многофункциональную добавку вышеуказанного состава в количестве 0,3-4,0% масс. Топливная композиция с данной добавкой обладает улучшенными эксплуатационными свойствами (Таблица 3).

Таблица 1
Состав образцов предлагаемой добавки.
№ п/п	Наименование компонентов	Содержание компонентов в образцах, % масс.
1	2	3
1	Углеводородная фракция с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C: - растворитель Р-30/200 с температурой кипения от 30°C до 200°C - нефрас 35/215 с температурой кипения от 35°C до 215°C - сольвент нефтяной сверхтяжелый, с температурой кипения от 150°C до 330°C			50
-	35	-
20	-	-
2	Стабилизатор цвета пиперазинэтанамин	0,3	0,1	0,005
3	Многофункциональная присадка, обладающая моющими и антикоррозионными свойствами: - многофункциональная присадка Керопур 3458Н - многофункциональная присадка Хайтек 6470		5,0	1,0
10,0	-	-
4	Антидетонационная добавка, включающая в качестве основного компонента N-метиланилин: - N-метиланилин технический улучшенный - антидетонационная добавка АДА-СУПЕР			до 100
до 100	до 100	-
Таблица 2
Функциональные и эксплуатационные свойства образцов предлагаемой добавки.
№ п/п	Наименование показателей	Значение показателей образцов
1	2	3
1	Прирост октанового числа моторным методом в эталонной смеси «70» при концентрации добавки С=2,0% масс., единиц	8,4	6,0	4.1
2	Антикоррозионная эффективность (степень коррозии стального стержня, баллы) при концентрации добавки С=2,0% масс. в смеси ИТ.	0	0	1
3	Моющая эффективность (масса отложений, мг) при концентрации добавки С=2,0% масс. в базовом бензине АИ-92.	2,5	5,5	22,0
4	Цвет добавки визуально исходный после 1 года хранения	светло-желтый без изменения	светло-желтый без изменения	светло-желтыйжелтый
5	Цвет в единицах по АСТМ Д 1500 исходный	0,5	0,5	0,5
	после 1 года хранения	1,5	2,0	3,5

Таблица 3
Результаты испытаний топливных композиций, содержащих предлагаемую многофункциональную добавку
№ п/п	Наименование компонентов и показателей	Содержание добавки (масс. %) и результаты испытаний
Пример 1	Пример 2	Пример 3
Компоненты
1	Добавка по примеру 1	0,3	-	-
2	Добавка по примеру 2	-	2,0	-
3	Добавка по примеру 3	-	-	4,0
Показатели
1	Детонационная стойкость: октановое число по исследовательскому методу, единицы	93,1	97,5	98,3
2	Антикоррозионная эффективность (степень коррозии стального стержня, баллы) в базовом бензине	0	0	1,0
3	Моющая эффективность (масса отложений, мг) в базовом бензине	4,2	6,1	25,6

1. Многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая многофункциональную присадку, обладающую моющими и антикоррозионными свойствами, стабилизатор цвета, растворитель, ароматический амин, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора цвета содержит пиперазинэтанамин, в качестве растворителя углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C, в качестве ароматического амина антидетонационную добавку, включающую в качестве основного компонента N-метиланилин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Многофункциональная присадка с моющими
и антикоррозионными свойствами	1,0-10,0
Стабилизатор цвета пиперазинэтанамин	0,005-0,3
Углеводородная фракция с температурой кипения
внутри интервала температур от 30°C до 330°C	20-50
Антидетонационная добавка, включающая в качестве
основного компонента N-метиланилин	до 100

2. Топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая вышеуказанную многофункциональную добавку в количестве 0,3-4,0 мас.%.