Способ получения высокооктанового автомобильного топлива
Владельцы патента RU 2327732:
Сабиров Рустам Наилович (RU)
Иванов Борис Николаевич (RU)
Изобретение относится к способам получения жидких углеводородсодержащих топлив улучшенного качества путем введения кислородсодержащих соединений, а именно спиртов. Описан способ получения высокооктанового автомобильного топлива подачей в смеситель в ламинарном режиме (Re=1000÷1200) нагретых до 50÷70°С прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96% в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.% и смешением их при прохождении потоком смесителя при Re=1000÷1200, температуре в смесителе 50÷70°С, полном заполнении его объема в течение 20÷30 мин. Можно также использовать облегченный бензин А-76 с пределами выкипания 42-155°С или облегченный прямогонный бензин с пределами выкипания 42-150°С. Технический результат изобретения - получение высокооктанового автомобильного топлива с улучшенными характеристиками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к технологии получения высокооктановых автомобильных топлив, содержащих оксигенаты.
Получение товарных топлив обычно осуществляют смешением продуктов процессов нефтепереработки и различных добавок (антидетонаторов, оксигенатов, антиоксидантов и др.), улучшающих их эксплуатационные характеристики.
До сих пор в качестве антидетонаторов наиболее широко применяются металлсодержащие присадки (добавки). В результате использования подобных добавок автомобильный транспорт дает почти половину всех вредных выбросов в атмосферу.
Одним из решений проблемы сокращения вредных выбросов является разработка технологии получения более экологичного высокооктанового топлива (далее - топливо) с заменой или ограничением применения вредных добавок. В качестве замены при производстве топлива предложено использовать индивидуально или в смеси (для получения синергетического антидетонационного эффекта) металлорганические соединения, например ферроцен и его производные, ароматические амины, например N-метиланилин, и их смеси, оксигенаты (A.M.Данилов. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996 г., с.102-108).
Известен способ получения автомобильных бензинов смешением прямогонного бензина или бензина А-76 с многокомпонентной добавкой, содержащей N-метиланилин, антиокислитель, ферроцен, анилин, моющую присадку «Автомаг» и алифатические С1-С5-спирты нормальные или разветвленные, или их смеси, и/или простые эфиры формулы R-O-R1, где R=C1-С3-алкил первичный или вторичный, R1=С3-С5-алкил нормальный или разветвленный, или их смеси (RU, патент №2132359, МПК 6 C10L 1/18, 1/22, опубл. 27.06.99).
Недостатки этих способов обусловлены сложностью приготовления присадки, дефицитом и дороговизной таких присадок и топлива с их использованием, также недостатками каждой составляющей этой присадки.
Недостатками использования, например, ферроцена при получении топлив являются плохая растворимость в топливе и низкая стабильность растворов из-за склонности ферроцена к окислению, что обусловливает относительно невысокий срок хранения как добавки, так и получаемого топлива из-за выпадения продуктов окисления в осадок (осаждения продуктов окисления). Кроме того, в камере сгорания образуются отложения оксидов железа, что приводит к перебоям в работе двигателя. К этому нужно добавить дефицитность ферроцена, поэтому несмотря на хорошо известную еще с 40-х годов XX века его высокую эффективность в промышленном масштабе ферроцен так и не применялся.
Применение при получении автомобильных топлив добавок ароматических аминов, например N-метиланилина, и их смесей, повышает смолообразование на деталях цилиндропоршневой группы, что увеличивает их износ и не способствует уменьшению эмиссии оксидов азота (NOx) в выхлопе. Эти недостатки ограничивают количество используемой в топливе добавки, следовательно, повышение октанового числа относительно невысоко. Кроме того, с 2005 года концентрация ароматических соединений ограничена по экологическим соображениям.
Использование кислородсодержащих соединений, к которым относятся низкомолекулярные спирты (метанол, этанол и др.), простые эфиры (например, метил-трет.-бутиловый эфир) и их смеси, позволяет улучшить характеристики горения, что существенно снижает вредные выбросы, увеличивает ресурс двигателей, повышает октановое число топлива. При этом наличие в составе добавок к бензину низших спиртов снижает теплотворную способность, приводит к обеднению топливо-воздушной смеси, а использование простых эфиров, обладающих плохой способностью к биоразложению, приводит к просачиванию их в грунтовые воды и ухудшению экологической обстановки.
В то же время получение топливных композиций на основе бензина и оксигенатов, например низших спиртов (метанола и этанола), благодаря значительным экологическим преимуществам и возможности использования возобновляемого сырья как одного из компонентов топлива, является несмотря на отдельные недостатки перспективным направлением разработки технологии получения высокооктановых автомобильных топлив.
Известен способ получения высокооктанового бензина, заключающийся в том, что прямогонную бензиновую фракцию НК - 160°С подвергают гидроочистке и затем фракционированию с получением фракций НК - 85°С и 85°С - КК, фракцию НК - 85°С подвергают изомеризации с образованием изо-меризата, а фракцию 85°С - КК подвергают каталитическому риформингу, затем 10-60 мас.% бензина каталитического риформинга фракционируют с получением фракций НК-85°С, 85-140°С, 140-200°С, 200°С - КК и для получения целевого продукта выделенные фракции смешивают с изомеризатом в определенных соотношениях. Для снижения доли высокоароматизированных компонентов в этом способе предлагается дополнительно вводить определенные количества алкилбензина, и/или прямогонной фракции НК-85°С, и/или бензина каталитического крекинга, и/или до 15% простых эфиров спиртов C1-С5 или их смесей с низшими спиртами C1-С4. Без добавления этиловой жидкости могут быть получены только бензины А-76 и АИ-80 (патент РФ №2153523, МКИ C10L 1/04, C10G 69/08, 27.07.2000).
Недостатками этого способа являются многостадийность, относительно небольшое повышение октанового числа и относительно невысокое снижение доли ароматических углеводородов, в том числе бензола.
Основной недостаток известных топлив с определенным содержанием метанола и этанола - фазовая нестабильность при попадании воды (например, из влажного воздуха). При хранении и транспортировке топливо, содержащее этанол, поглощает воду. При этом нарушается фазовая стабильность топлива, на дне емкости образуется водно-спиртовый слой, содержание спирта в топливе сокращается, что затрудняет работу двигателей внутреннего сгорания, ведет к уменьшению октанового числа, коррозии оборудования. Поэтому использование топлива, полученного с добавлением низших спиртов в небольших концентрациях, требует обязательного включения в его состав стабилизирующих добавок, позволяющих гомогенизировать эту систему.
Известен способ получения композиции моторного топлива смешением бензиновых компонентов, ароматического компонента, азотароматической присадки, простых эфиров и/или алифатических спиртов C1-C5 (не более 20%), причем смешение осуществляют циркуляционно-акустическим перемешиванием конечной смеси компонентов при генерации в компаундирующем узле акустических колебаний в интервале частот от 12 Гц до 30 кГц (RU, патент №2214444, МПК 7 C10L 1/06, C10L 1/18, опубл. 20.10.2003).
Недостатками способа являются усложненность технологии получения, обусловленная многокомпонентностью получаемой смеси, длительностью ее циркуляционной и акустической обработки, применением специального оборудования, а также достаточно высокие концентрации ароматических соединений, являющихся канцерогенами и ядами крови.
Известен способ получения высокооктанового автомобильного топлива смешением прямогонного бензина или бензина А-76 и этилового спирта концентрацией 92-96% в соотношении 75-85 об.% и 15-25 об.% или 15-25 об.% и 75-85 об.% соответственно, нагреванием полученной смеси до 40-90°С с последующей выдержкой при этой температуре 20-30 мин с последующим охлаждением и повторным нагреванием до той же температуры и выдержкой в течение 10-15 мин (RU, патент №2246526, C10L 1/18, опубл. 20.02.2005).
Недостатками этого способа являются невысокая фазовая стабильность получаемого топлива и ухудшение ее при длительном хранении, особенно в условиях низких температур, недостаточное повышение детонационной стойкости (октанового числа) в реальных эксплуатационных условиях.
Задачей изобретения является разработка непрерывного процесса получения экологичного автомобильного топлива на основе бензина и спирта, обладающего повышенной детонационной стойкостью в реальных условиях, проявляющего высокую фазовую стабильность при длительном хранении и транспортировке, особенно в условиях низких температур, при сохранении относительно высокой теплотворной способности.
Поставленная задача решается способом получения высокооктанового автомобильного топлива, включающим смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96%. Причем компоненты берут в соотношении спирт : бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.%, перед подачей в смеситель компоненты топлива нагревают до температуры 50÷70°С, подачу компонентов в смеситель, в котором поддерживают ту же температуру, осуществляют в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 при полном заполнении объема смесителя и при прохождении его потоком смеси в том же ламинарном режиме в течение 20÷30 мин. Способ получения топлива может быть осуществлен и при использовании облегченного бензина А-76 с пределами выкипания 42-155°С или облегченного прямогонного бензина с пределами выкипания 42-150°С.
В таблице 1 представлены характеристики используемых компонентов. В таблицах 2, 3 представлены результаты испытаний композиций топлива, полученных в соответствии с заявленными режимами и соотношениями. Технологический процесс получения топлива представлен на схеме.
Приводим пример осуществления заявляемого способа.
Пример 1. Предварительно нагретые до 50°С этиловый спирт концентрацией 92 об.% из сырьевой емкости 1 и бензин А-76 из сырьевой емкости 2 в соотношении 55 об.%: 45 об.% (2,75 л/мин: 2,25 л/мин) непрерывно в ламинарном режиме (Re=1000) подают насосами 3 и 4 в общий смеситель 5, представляющий собой трубопровод, полностью заполняя его объем. В смесителе компоненты соединяются, смешиваясь, в один ламинарный поток (Re=1000), причем этанол подают сверху как более тяжелый компонент, после чего общий поток в том же ламинарном режиме подают в товарную емкость 6. Время прохождения смесителя 30 мин.
Одинаковый ламинарный режим разных потоков можно поддерживать, например, с помощью различных сечений сырьевых патрубков для подачи компонентов на смесителе, диаметр одного из них может быть постоянен, а диаметр другого варьируют с помощью диафрагмы.
При Re более 1200 возможны «проскальзывание» и уменьшение контакта потоков компонентов. При Re менее 1000 процесс недостаточно технологичен.
Остальные примеры осуществляли аналогично примеру 1, изменяя условия в заявленных интервалах способа. Характеристики полученного целевого продукта приведены в таблицах 2, 3.
Исследуемые характеристики сырья и полученных топлив определяли в соответствии со следующими ГОСТами:
| - температура помутнения | ГОСТ 5066-91 |
| - фракционный состав | ГОСТ 2177-82 |
| - октановое число | ГОСТ 511-82 |
| - содержание фактических смол | ГОСТ 1567-97 |
| - плотность | ГОСТ 3900-85 |
Испытания проведены на ОАО «Татнефтепродукт».
Представленные в таблицах экспериментальные данные показывают, что предлагаемый способ получения топлива на основе бензина и этанола, позволяет снизить температуру помутнения топлива до -65°С с одновременным повышением октанового числа до 90 и более по моторному методу.
Таким образом, предлагаемый способ получения высокооктанового автомобильного топлива содержит новую совокупность существенных признаков, а именно: подача компонентов в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.%, предварительно нагретых до 50-70°С, их смешение в течение 20÷30 мин. в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 в смесителе при условии полного заполнения его объема, которая позволяет повысить фазовую стабильность и детонационную стойкость получаемого топлива.
| Таблица 1 | |||||
| Характеристики исходных компонентов (бензинов и этанола) | |||||
| Образцы | |||||
| Наименование показателей | Бензин А-76 | Бензин А-76 облегченный | Бензин прямогонный | Бензин прямогонный облегченный | Этанол |
| 1. Плотность при 20°С, г/см3 | 0,7237 | 0,7128 | 0,7143 | 0,7097 | 0,805 |
| 2. Детонационная | |||||
| стойкость: | |||||
| - октановое число по | 73 | 72 | 55 | 54 | 751 |
| моторному методу; | |||||
| - октановое число по | |||||
| исследовательскому | 78 | 77 | 60 | 60 | 952 |
| методу | |||||
| 3. Фракционный состав топливного компонента: | |||||
| - температура начала | 42 | 42 | 41 | 42 | 76 |
| перегонки, °С; | |||||
| - температура перегонки 10%, °С; | 61 | 61 | 71 | 61 | 77 |
| - температура перегонки 50%, °С; | 95 | 95 | 110 | 95 | 77 |
| - температура перегонки 85%, °С; | 155 | 155 | 150 | 150 | 77 |
| - температура перегонки 90%, °С; | 163 | - | 152 | - | 78 |
| - конец кипения, °С; | 182 | 155 | 165 | 150 | 78 |
| - остаток в колбе, % | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| - остаток и потери, % | 2,0 | 2,1 | 2,0 | 2,0 | 1,6 |
| 4. Концентрация фактических смол, мг/100 см3 | 1,5 | 1,4 | 1,0 | 1,0 | 2,6 |
| 5. Содержание механических примесей | Отсут. | Отсут. | Отсут. | Отсут. | Отсут. |
| 1 От исходного бензина отогнано 85-86 об.%. 2 Для этилового спирта определение октанового числа по гостированному методу не совсем корректно |
| Таблица 2 | |||||
| Результаты сравнительных испытаний составов топлива, полученных по предложенному способу (Re=1200, t=70°С, τ=20 мин) | |||||
| Топливная композиция | Соотношение спирт: бензин, % об. | ПОКАЗАТЕЛИ ТОПЛИВА | |||
| Октановое число по моторному методу | Граница фазовой устойчивости, °С | Продолжительность фазовой устойчивости (при нормальном давлении) | Теплотворная способность, кДж/л (расчетная) | ||
| Этанол - бензин А-76 | 0:100 | 73 | ниже -80 | не нормируется | 34200 |
| 15:851 | 81 | 5 | ˜2-х месяцев | 31700 | |
| 50:50 | 81 | -25 | 2-3 месяца | 29400 | |
| 55:45 | 86 | -35 | >3-х месяцев | 29200 | |
| 60:40 | 89 | -40 | >6-х месяцев | 28700 | |
| 70:30 | 92 | -67 | >6-х месяцев | 27800 | |
| 85:151 | 78 | ниже -80 | ˜2-х месяцев | 26200 | |
| 100:0 | 753 | -1144 -36 | не нормируется ˜2-х месяцев | 24200 28700 | |
| 60:405 | 84 | ||||
| Этанол - бензин А-76 облегченный2 | 0:100 | 72 | ниже -80 | не нормируется | 34500 |
| 15:851 | 82 | 6 | ˜2-х месяцев | 32100 | |
| 50:50 | 79 | -25 | 2-3 месяца | 30500 | |
| 55:45 | 86 | -34 | >3-х месяцев | 29700 | |
| 60:40 | 88 | -41 | >6-х месяцев | 29100 | |
| 70:30 | 92 | -66 | >6-х месяцев | 28100 | |
| 85:151 | 76 | ниже -80 -35 | ˜2-х месяцев ˜2-х месяцев | 26400 29100 | |
| 60:405 | 85 | ||||
| Этанол - бензин прямогонный | 0:100 | 55 | ниже -80 | не нормируется | 37100 |
| 15:851 | 80 | 31 | ˜2-х месяцев | 34300 | |
| 50:50 | 77 | 7 | 2-3 месяца | 31400 | |
| 55:45 | 85 | -1 | >3-х месяцев | 30800 | |
| 60:40 | 87 | -5 | >6-х месяцев | 29800 | |
| 70:30 | 91 | -25 | >6-х месяцев | 29300 | |
| 85:151 | 78 | -40 -1 | ˜2-х месяцев ˜2-х месяцев | 26800 29800 | |
| 60:405 | 82 | ||||
| Этанол - бензин прямогонный облегченный2 | 0:100 | 54 | ниже -80 | не нормируется | 37500 |
| 15:851 | 77 | 25 | ˜2-х месяцев | 34900 | |
| 50:50 | 76 | 5 | 2-3 месяца | 32300 | |
| 55:45 | 83 | -3 | >3-х месяцев | 31800 | |
| 60:40 | 86 | -7 | >6-х месяцев | 30200 | |
| 70:30 | 92 | -28 | >6-х месяцев | 29800 | |
| 85:151 | 77 | -32 0 | ˜2-х месяцев ˜2-х месяцев | 26900 30200 | |
| 60:405 | 83 | ||||
| 1 Компоненты взяты в соотношениях прототипа. 2 От исходного бензина отогнано 85-86% объемных. 3 Для этилового спирта определение детонационной стойкости по гостированному методу (без его модификации) затруднено и не совсем корректно. 4 Справочная температура начала кристаллизации обезвоженного этанола. 5 Топливо, полученное в условиях прототипа (t=90°С, τ1=20 мин, τ2=15 мин). |
| Таблица 3 | |||||
| Результаты сравнительных испытаний составов топлива, полученных по предложенному способу (Re=1000, t=50°С, τ=30 мин.) | |||||
| Топливная композиция | Соотношение спирт: бензин, % об. | ПОКАЗАТЕЛИ ТОПЛИВА | |||
| Октановое число по моторному методу | Граница фазовой устойчивости, °С | Длительность фазовой устойчивости (при нормальном давлении) | Теплотворная способность кДж/л, (расчетная) | ||
| Этанол - бензин А-76 | 0:100 | 73 | ниже -80 | не норм-ся | 34200 |
| 15:851 | 82 | +5 | ˜ 2-х месяцев | 31700 | |
| 50:50 | 80 | -26 | 2-3 месяца | 29400 | |
| 55:45 | 87 | -35 | >3-х месяцев | 29200 | |
| 60:40 | 89 | -41 | >6-х месяцев | 28700 | |
| 70:30 | 92 | -66 | >6-х месяцев | 27800 | |
| 85:151 | 77 | ниже -80 -1144 | ˜ 2-х месяцев не норм-ся | 26200 24200 | |
| 100:0 | 753 | ||||
| Этанол - бензин А-76 облегченный2 | 0:100 | 72 | ниже -80 | не нормируется | 34500 |
| 15:851 | 81 | +7 | ˜ 2-х месяцев | 32100 | |
| 50:50 | 79 | -24 | 2-3 месяца | 30500 | |
| 55:45 | 86 | -32 | >3-х месяцев | 29700 | |
| 60:40 | 87 | -40 | >6-х месяцев | 29100 | |
| 70:30 85:151 | 91 77 | -65 ниже -80 | >6-х месяцев ˜ 2-х месяцев | 28100 26400 | |
| Этанол - бензин прямогонный | 0:100 | 55 | ниже -80 | не нормируется | 37100 |
| 15:851 | 80 | +32 | ˜ 2-х месяцев | 34300 | |
| 50:50 | 76 | +7 | 2-3 месяца | 31400 | |
| 55:45 | 84 | 0 | >3-х месяцев | 30800 | |
| 60:40 | 86 | -4 | >6-х месяцев | 29800 | |
| 70:30 85:151 | 91 78 | -25 -40 | >6-х месяцев ˜ 2-х месяцев | 29300 26800 | |
| Этанол - бензин прямогонный облегченный2 | 0:100 | 54 | ниже -80 | не нормируется | 37500 |
| 15:851 | 77 | +26 | ˜ 2-х месяцев | 34900 | |
| 50:50 | 75 | +5 | 2-3 месяца | 32300 | |
| 55:45 | 82 | -3 | >3-х месяцев | 31800 | |
| 60:40 | 85 | -6 | >6-х месяцев | 30200 | |
| 70:30 85:151 | 92 77 | -27 -32 | >6-х месяцев ˜ 2-х месяцев | 29800 26900 | |
| 1 Компоненты взяты в соотношениях прототипа. 2 От исходного бензина отогнано 85 - 86% объемных. 3 Для этилового спирта определение детонационной стойкости по гостированному методу (без его модификации) затруднено и не совсем корректно. 4 Справочная температура начала кристаллизации обезвоженного этанола. |
1. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива, включающий смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96%, отличающийся тем, что компоненты берут в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.% перед подачей в смеситель компоненты топлива нагревают до температуры 50÷70°С, подачу компонентов в смеситель, в котором поддерживают ту же температуру, осуществляют в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 при полном заполнении объема смесителя и при прохождении его потоком смеси в том же ламинарном режиме в течение 20÷30 мин.
2. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива по п.1, отличающийся тем, что используют облегченный бензин А-76 с пределами выкипания 42-155°С.
3. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива по п.1, отличающийся тем, что используют облегченный прямогонный бензин с пределами выкипания 42-150°С.
