Многофункциональная добавка к автомобильному бензину
Владельцы патента RU 2349629:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) (RU)
Использование: в области нефтехимии и автомобильной промышленности. Сущность: присадка содержит в об.%: метанол или этанол 28,6-55,5, спиртовую фракцию капролактама 33,3-57,1, окись пропилена 1,1-13,8. Технический результат - обеспечивается одновременно снижение вредных выбросов с отработавшими газами, увеличение детонационной стойкости бензина, улучшение моющих свойств, а также стабилизация бензина при хранении. 5 табл.
Изобретение относится к области нефтехимии и автомобильной промышленности, а именно к составу многофункциональной добавки, которая обеспечивает одновременно снижение вредных выбросов с отработавшими газами, увеличение детонационной стойкости бензина, улучшение моющих свойств, а также стабилизацию бензина при хранении.
Известна добавка к моторному топливу, содержащая обводненный этанол и сорастворитель, представляющая собой алифатические спирты С3-С5 (Патент США №4541836, кл. C10L 1/18, 1985). В состав такой топливной композиции может входить от 1 до 12 мас.% обводненного этанола и 0,3-0,4 мас.% алифатических спиртов. Ограниченность ресурсов производства высших спиртов, их высокая стоимость лимитирует возможность применения этой композиции.
Известна также топливная композиция, содержащая бензин, обводненный этанол и добавку для улучшения стабильности композиции, представляющую собой сложный эфир уксусной кислоты, где алкильный радикал имеет от 1 до 6 атомов углерода линейного или разветвленного строения. Содержание такого сорастворителя в композиции 0,1-1,0 мас.% (Патент США №4394133, кл. C10L 1/18, 1983). Недостатком такой композиции является низкая стабилизирующая способность ацетатов в бензиноэтанольных смесях.
Известна композиция углеводородного топлива на основе низкооктанового бензина и кислородсодержащего компонента в виде продуктов дистилляции смеси головной фракции этилового спирта и сивушного масла (Патент РФ №2106391, кл. C10L 1/18, 1998). Недостатком известной композиции является то, что высокие температуры помутнения не позволяют использовать топливо в зимних условиях. Не рассмотрена возможность стабилизации бензино-метанольных смесей.
Известна топливная композиция на основе углеводородной фракции, содержащая монометиланилин и алифатические спирты на основе сивушного масла (Патент РФ 2117690 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 1998). Недостатком является возможность расслаивания при отрицательных температурах.
Известна многофункциональная антидетонационная добавка к моторному топливу, содержащая ферроцен или его производное, ароматический амин и оксигенат, в качестве оксигената рассматривается спиртовая фракция капролактама (Патент РФ 2246527 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 2005). Недостатком известной добавки является то, что ферроцен может приводить к повышенному износу двигателя.
Известна топливная композиция на основе бензина, спиртовой фракции капролактама и гептановой фракции капролактама (Патент РФ 2188847 С2, кл. C10L 1/18, 2002). Данные фракции обезвожены, что значительно повышает трудоемкость процесса и отражается на цене.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является добавка к углеводородному топливу для двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство Болгарии №44137А, кл. C10L 1/18, 1988). Она снижает токсичность отработавших газов, повышает мощность двигателя, снижает расход топлива и уменьшает нагар в цилиндре, то есть является моющей. Добавка содержит алифатические спирты C1-C4, бензол и/или алкилзамещенный бензол и окись пропилена.
Недостатком является то, что бензол и/или алкилзамещенный бензол являются токсичными соединениями и их содержание в бензине в настоящее время ограничивается. В описании приведены примеры с метиловым спиртом, который содержит не более 0,1 об.% воды, но не приведены примеры с этиловым спиртом, влажность которого может достигать 4 об.% и не рассмотрены вопросы стабилизации (расслаивания).
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка многофункциональной добавки, которая обладает следующими свойствами:
- увеличивает полноту сгорания топлива по принципу рецикла продуктов окисления (промежуточными и конечными продуктами окисления являются окись пропилена, спирты и вода);
- снижает содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;
- увеличивает детонационную стойкость бензина;
- стабилизирует от расслаивания спиртобензиновую композицию;
- улучшает моющие свойства;
- стабилизирует топливо при хранении.
Техническими результатами заявленного технического решения являются:
- снижение содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;
- увеличение октанового числа бензина;
- стабилизация от расслаивания спиртобензиновой композиции;
- улучшение моющих свойств бензина;
- стабилизация топлива при хранении.
Заявляемые технические результаты достигаются тем, что многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C1-С2 и окись пропилена, согласно изобретению содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:
метанол или этанол - 28,6-55,5%;
спиртовая фракция капролактама или сивушное масло - 33,3-57,1%;
окись пропилена - 1,1-14,28%.
Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину (далее - добавка) имеет комплексный состав. Она имеет спиртовую основу, в качестве которой используются обезвоженный этиловый спирт (C2) с содержанием воды не более 2% или метиловый спирт (C1) с содержанием воды не более 0,1%. Для снижения температуры расслаивания топлива и кристаллизации влаги в зимнее время добавляются спирты, содержащие четыре или пять атомов углерода. Такие спирты присутствуют в спиртовой фракции капролактама (СФК), главным компонентом которого является нормальный амиловый спирт. СФК работает как стабилизатор от расслаивания только при высокой степени обезвоживания. Но удаление воды снижает октановое число топливной композиции. В состав добавки вводится окись пропилена (ОП), которая обеспечивает гомогенизацию смеси: спирты C1-С2, СФК и вода вплоть до минус 40-45°С. Помимо этого, ОП улучшает химическую стабилизацию композиции при хранении, выступает в качестве активатора горения и тем самым способствует повышению детонационной стойкости топлива и снижению продуктов неполного сгорания (оксида углерода (II) и углеводородов) в отработавших газах автомобилей, а также повышает моющую способность топлива.
Заявляемая добавка содержит основной оксигенат, об.%, - метанол или этанол в количестве 28,6-55,5%, СФК 33,3-57,1%, ОП 1,1-14,28. По опытным данным был подобран наиболее рациональный состав компонентов в добавке с таким расчетом, чтобы полученный оксигенатный бензин полностью соответствовал ГОСТ Р 51866-2002 (EH 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» (см. таблицу 1).
| Таблица 1 | ||||||
| Ингредиент | Содержание ингредиента, об.% в примере | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| метанол | 37,46 | 37,46 | ----- | ----- | ----- | ----- |
| этанол | ----- | ----- | 49,90 | 49,00 | 68,10 | 28,60 |
| спиртовая фракция капролактама | 49,85 | 49,00 | 39,88 | 39,20 | 30,00 | 57,10 |
| окись пропилена | 12,49 | 12,49 | 9,99 | 9,99 | 1,10 | 13,80 |
| вода | 0,20 | 1,05 | 0,23 | 1,81 | 0,80 | 0,50 |
Оценка токсичности отработавших газов осуществлялась согласно ГОСТ 17.2.2.03-87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями» с помощью газоанализатора АСКОН - 01 на автомобиле ВАЗ-2105 (см. таблицу 2).
Добавка, приведенная в примерах 1 и 2, вводится в количестве до 8 об.% сверх бензина. Добавка, приведенная в примерах 3, 4, 5 и 6, вводится в количестве до 10 об.% сверх бензина.
| Таблица 2 | ||||||
| Добавка по примеру | Минимально устойчивые обороты холостого хода | Повышенные обороты холостого хода | ||||
| СО, % | СН, млн-1 | CO2, % | СО, % | СН, млн-1 | CO2, % | |
| АИ-92 (без добавки) | 4,77 | 328 | 5,4 | 5,86 | 1156 | 5,7 |
| Пример №1 | 2,86 | 263 | 5,7 | 6,53 | 1174 | 5,8 |
| Пример №2 | 2,52 | 245 | 5,7 | 6,52 | 1170 | 5,8 |
| Пример №3 | 2,12 | 281 | 6,3 | 5,81 | 1047 | 6,2 |
| Пример №4 | 2,03 | 261 | 6,4 | 5,80 | 1020 | 6,4 |
По результатам испытаний видно, что в среднем при добавке в бензин данных оксигенатов происходит снижение оксида углерода (II) до 57%, углеводородов до 25% при работе двигателя в режиме минимально устойчивых оборотов холостого хода. В испытаниях были задействованы также другие типы газоанализаторов и другие автомобили. Полученные результаты характеризуются высокой схожестью.
Детонационная стойкость определялась на установке УИТ-85 по ГОСТ 511-82 «Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа» и ГОСТ 8226-82 «Топливо для двигателей. Исследовательский метод определения октанового числа». Помимо этого были определены фактические октановые числа оксигенатного бензина по ГОСТ 10373-75 «Бензины автомобильные для двигателей. Методы детонационных испытаний». Октановые числа определялись на моторной установке, состоящей из двигателя «Москвич 412ДЭ» и обкаточно-тормозного стенда КИ-2139-ГОСНИТИ. Результаты исследования на детонационную стойкость представлены в таблице 3. По результатам экспериментов выявлен прирост октановых чисел на всех топливных композициях в среднем до 3 единиц.
| Таблица 3 | |||
| Добавка по примеру | Октановые числа (ОЧ), определенные на установке УИТ-85 | Октановые числа (ОЧ), определенные по ГОСТ 10373-75 | |
| ОЧ по моторному методу | ОЧ по исследовательскому методу | ОЧ минимальные действительные | |
| АИ-92 (без добавки) | 83,5 | 92,1 | 89,0 |
| Пример №1 | 85,7 | 94,2 | 91,0 |
| Пример №2 | 86,0 | 94,4 | 91,5 |
| Пример №3 | 86,1 | 94,1 | 90,9 |
| Пример №4 | 86,3 | 94,3 | 92,1 |
| Пример №6 | 85,9 | 92,3 | 89,9 |
Моющая способность характеризуется свойством композиции удалять (растворять) органические отложения, образующиеся в системе питания двигателей в процессе эксплуатации. В настоящее время такому свойству, как моющая способность, уделяется значительное внимание при разработке топливных композиций, поскольку оно способствует повышению пробега автомобиля без регулировок и промывки системы питания. При помощи натурного эксперимента была исследована добавка на предмет использования ее в качестве моющего раствора для промывки систем питания автомобилей. Для этого первоначально измерили токсичность отработавших газов по ГОСТ 17.2.2.03-87 на товарном бензине АИ-92 на автомобиле ВАЗ-2106, затем слили остатки товарного бензина и залили бензин с оксигенатной добавкой, приведенной в примере №5, в количестве 10 об.% сверх бензина в объеме 5 литров. После выработки этого бензина, снова залили товарный бензин АИ-92 и также измерили токсичность отработавших газов. Полученные результаты представлены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||||
| Минимально устойчивые обороты холостого хода | Повышенные обороты холостого хода | |||||
| СО, % | СН, млн-1 | CO2, % | СО, % | СН, млн-1 | CO2, % | |
| До промывки | 3,37 | 393 | 7,52 | 4,89 | 1200 | 8,19 |
| После промывки | 1,92 | 245 | 8,05 | 3,66 | 1150 | 8,58 |
Стабилизация топлива при хранении за счет добавки проверялась в лабораторных условиях (см. таблицу 5). Хранили прямогонный бензин с октановым числом 63 по моторному методу при комнатной температуре и рассеянном освещении в стекле. Контролировали содержание ОП химическим методом, цвет и кислотность среды. По результатам таблицы 5 можно говорить о долговременном (до 2 лет) стабилизирующем эффекте ОП, являющейся составной частью добавки для углеводородов прямогонного бензина при ее концентрации даже при уровни 0,1-0,2 мас.%.
| Таблица 5 | ||
| Пробы прямогонного бензина с добавлением ОП | Проба прямогонного бензина без добавления ОП | |
| Начальная среда | ||
| Нейтральная | Нейтральная | |
| Цвет | ||
| Бесцветный | Бесцветный | |
| Добавка ОП, мас.% | ||
| 1,8 | 0,22 | 0,1 |
| Через год концентрации ОП составили, мас.% | ||
| 1,52 | 0,19 | 0,09 |
| Через два года концентрации ОП составили, мас.% | ||
| 0,12 | 0,025 | Отсутствие |
| Конечная среда | ||
| Нейтральная | Кислая | |
| Цвет | ||
| Бесцветный | Желтоватая окраска |
Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину позволяет снизить содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов, увеличить октановое число бензина, стабилизировать от расслаивания спирто-бензиновую композицию, - улучшить моющие свойства бензина, стабилизировать топливо при хранении.
Многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C1-C2 и окись пропилена, отличающаяся тем, что содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:
| метанол или этанол | 28,6-55,5 |
| спиртовая фракция капролактама | 33,3-57,1 |
| окись пропилена | 1,1-13,8 |
