Композиция для моторного топлива и способ ее получения

 

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.%, α-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 α-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

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17