Топливная композиция, способ ее производства и присадка для жидкого топлива
Изобретение относится к композиции жидкого топлива с присадками для обеспечения антизадирных, противоизносных и антиокислительных свойств жидких топлив, таких как углеводородное, моторное, биодизельное топливо и их смеси. Композиция жидкого топлива включает основное количество жидкого топлива и наноразмерной присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, С70, С72, С76, С78, C82, C84, C90, С94, С96, Hall - в виде F, Cl, Br, a x - 1-50, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
присадка - 0,0001-0,5;
вспомогательные компоненты - 0,01-15%;
жидкое топливо - остальное.
Способ получения композиции жидкого топлива характеризуется подачей основного количества топлива и наноразмерных присадок на основе галогенпроизводных фуллеренов в кавитатор с получением в нем композиции жидкого топлива. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к композиции жидкого топлива с присадками для обеспечения антизадирных, противоизносных и антиокислительных свойств жидких топлив, таких как углеводородное, моторное, биодизельное топливо и их смеси.
Известно, что противоизносные свойства топливам придают соединения серы и связанные с ними ароматические и полярные соединения. Однако ароматические углеводороды ухудшают процесс сгорания в цилиндре дизеля и способствуют отложению смолистых веществ на деталях ТНВД. Стремление к заметному снижению содержания вредных компонентов в выбросах при сжигании жидких топлив обусловлено рядом экологических факторов. Так, например, предпринимаются попытки свести к минимуму выброс диоксида серы в результате сгорания жидких топлив. Как следствие, предпринимаются попытки свести к минимальному содержание серы в топливах. Хотя в последнее время типичные жидкие топлива содержат 1 вес.% или более серы (в пересчете на элементарную серу), в настоящее время считается необходимым снижение ее содержания предпочтительно до 0,05 вес.%, более предпочтительно до менее 0,01 вес.%.
Дополнительная очистка жидких топлив, необходимая для достижения столь низкого содержания серы, часто приводит к снижению содержания полярных компонентов. Кроме того, определенные процессы очистки позволяют снизить содержание конденсированных ароматических соединений, входящих в состав таких жидких топлив.
Снижение содержания одного или нескольких таких продуктов, как сера, конденсированные ароматические или полярные компоненты жидкого топлива, может привести к ухудшению смазывающих характеристик этого топлива в отношении смазки системы впрыска двигателя до такой степени, при которой, например, насос для впрыска топлива двигателя выходит из строя уже на относительно ранней стадии срока эксплуатации двигателя. Поломки могут происходить в системах впрыска топлива высокого давления, таких как центробежные распределители высокого давления, рядные многоплунжерные топливные насосы и инжекторы.
Проблема неудовлетворительной смазывающей способности жидких топлив в будущем станет, вероятно, еще более острой при последующих усовершенствованиях двигателей (с целью дальнейшего уменьшения выбросов), которые будут предъявлять к смазывающей способности еще более жесткие требования, чем при эксплуатации современных двигателей. Так, например, появление инжекторных узлов высокого давления повысит требования к смазывающей способности жидкого топлива и, следовательно, возрастет необходимость в усиливающих смазывающую способность присадках.
Более того, существует постоянная необходимость в создании присадок с повышенной эксплуатационной смазывающей способностью.
В литературе, касающейся данной области техники, известен способ повышения смазывающей способности топлив с низким содержанием серы путем введения в их состав растительных масел, рапс-метилового эфира и других кислородсодержащих соединений растительного происхождения [Т.Н.Митусова, Е.В.Полинина, М.В.Калинина. Современные дизельные топлива и присадки к ним. - М.: Издательство "Техника". ООО "ТУМА ГРУПП", 2002. - 64 с.].
Общим недостатком данных методов является вовлечение в состав топлива прямых или переработанных пищевых продуктов.
Известно техническое решение, которое относится к композициям жидких топлив (см. патент РФ №2158750), содержащих присадки, улучшающие их смазывающую способность, а также способам их производства. Композиция включает основное количество среднего дистиллятного жидкого топлива, содержание серы в котором составляет 0,2 мас.% или меньше, и небольшое количество повышающей смазывающую способность присадки, включающей (а) эфир ненасыщенной монокарбоновой кислоты и многоатомного спирта и (б) эфир ненасыщенной монокарбоновой кислоты и многоатомного спирта, содержащего по меньшей мере три гидроксильные группы, причем эфиры (а) и (б) различны.
Недостатком аналога является использование в составе большого количества компонентов, что делает композицию нестабильной, а способ производства трудоемким.
Задачей настоящей группы изобретений является устранение вышеуказанных недостатков.
Обобщенный технический результат заключается в повышении антизадирных, противоизносных и антиокислительных свойств с обеспечением простого и надежного способа производства.
Технический результат заключается в том, что композиция жидкого топлива включает основное количество жидкого топлива и наноразмерной присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, С70, С72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96, Hall - в виде F, Cl, Br, a x - 1-50, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
присадка - 0,0001-0,5;
вспомогательные компоненты - 0,01-15%;
жидкое топливо - остальное.
В соответствии с частными случаями осуществления изобретение имеет следующие особенности.
В качестве топлива композиция содержит углеводородное топливо.
В качестве углеводородного топлива композиция содержит бензин.
В качестве углеводородного топлива композиция содержит дизельное топливо.
В качестве топлива композиция содержит биоэтанольное топливо.
В качестве топлива композиция содержит биодизельное топливо.
В качестве биодизельного топлива она содержит эфиры метиловые и этиловые.
В качестве топлива композиция содержит смесь углеводородного топлива с биоэтанольным.
В качестве топлива композиция содержит смесь углеводородного топлива с биодизельным.
Кроме того, технический результат обеспечивается тем, что присадка для жидкого топлива выполнена в виде наноразмерной присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, C70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96, Hall - в виде F, Cl, Br, a x - 1-50.
Технический результат обеспечивается также тем, что способ получения композиции жидкого топлива характеризуется подачей основного количества топлива и наноразмерных присадок на основе галогенпроизводных фуллеренов в кавитатор с получением в нем композиции жидкого топлива.
Предложенная группа изобретений может быть осуществлена и использована следующим образом.
В качестве присадок к жидким топливам используют наноразмерные присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, С70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96, Hall - в виде F, Cl, Br, а х - 1-50.
Галогенпроизводные фуллерены - это продукты химической модификации фуллеренов галогенами.
Настоящее изобретение предусматривает использование хлорированных, фторированных и бромированных фуллеренов для получения присадок.
При этом хлорированный фуллерен синтезируют по реакции фуллерена с монохлоридом йода по методике, описанной в Troshin, P.A. Some New Aspects of Chlorination of Fullerenes / P.A.Troshin, O.Popkov, R N.Lyubovskaya // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. - 2003. - Vol.11. - N2. - P.165-185.
Бромирование фуллерена проводят избытком жидкого брома в течение одной недели по методике, описанной в Synthesis and Single-Crystal X-ray Structure of a Highly Symmetrical C60 Derivative, C60Br24 / F.N.Tebbe, R.L.Harlow, D.B.Chase et al. // Science. - Vol.256. - Issue 5058. - P.822-825.
Фторированную производную фуллерена синтезируют по методике, описанной в Selective Synthesis and Structure Determination of C60F48 / A.A.Gakh, A.A.Tuinman, J.L.Adcock [et al.] // J. Am. Chem. Soc. - 1994. - Issue 116. - P.819-820.
Для получения наноразмерных присадок галогенпроизводные фуллерены вместе с алкановыми спиртами подают в ультразвуковой кавитатор для структурообразования. В качестве кавитатора может быть использован ультразвуковой турбулизированный кавитатор для нефтепродуктов.
Так, для получения этанола с содержанием галогенпроизводных фуллеренов 0,0001 мас.% на 100 мл (79,9 г) этилового спирта с содержанием воды 0,2 мас.% необходимо взять 0,0001·0,799=0,000079 г фуллерена.
Полученные наноразмерные присадки подают вместе с жидким топливом вспомогательными компонентами на обработку в ультразвуковой кавитатор для получения готовой топливной композиции.
Для приготовления топливной композиции используется этиловый спирт, содержащий определенные концентрации галогенпроизводных фуллеренов.
Например, были созданы следующие композиции моторного биоэтанольного топлива.
Композиция 1
ароматические амины - 0,05 мас.%,
стабилизатор - 0,01 мас.%,
углеводородная фракция (н.к. - 60) - 10,0 мас.%,
галогенпроизводные фуллерены - 0,0001 мас.%,
биоэтанол - остальное
Композиция 2
ароматические амины - 0,05 мас.%,
стабилизатор - 0,5 мас.%,
углеводородная фракция (н.к. - 60) - 5,0 мас.%,
галогенпроизводные фуллерены - 0,5 мас.%,
биоэтанол - остальное
В качестве стабилизатора используют гетероциклические ароматические спирты (С3-С6).
Было установлено, что наноразмерные присадки обладают антизадирными, противоизносными и антиокислительными свойствами как при добавлении их к моторному биоэтанольному топливу, так и к неполярным органическим жидкостям.
Изготовленные композиции были испытаны по физико-химическим показателям для моторного топлива. Физико-химические показатели испытаний критической нагрузки задира для компонента моторного биоэтанольного топлива, а также изооктана с добавлением C60F48 с содержанием около 0,1% приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Физико-химические показатели испытаний критической нагрузки задира для компонента моторного биоэтанольного топлива (этанол 99,97%), а также изооктана с добавлением C60F48 в концентрации около 0,1% | ||
| Образец | Значение, Н | Метод контроля |
| Этанол 99,97% без присадки | 50 | Согласно ASTM D 2783 |
| Этанол 99,97% с C60F48 в концентрации около 0,1% | 500 | |
| Изооктан без присадки | 80 | |
| Изооктан с C60F48 в концентрации около 0,1% | 500 |
Антиокислительные свойства галогенированных фуллеренов были исследованы стандартным модельным методом путем изучения кинетики поглощения кислорода при инициированном окислении бензилового спирта кислородом при температуре 323 К с дальнейшим определением скорости окисления. Результаты опытов приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Антиокислительные свойства продуктов бензилового спирта с присадками | |||
| Название продукта | Начальная концентрация фуллерена C60F48 в бензиловом спирте | Скорость окисления | Коэффициент уменьшения скорости окисления |
| Бензиловый спирт | 0,001·10-4 моль/дм3 | 12,6·10-7 моль/дм3 | 1,00 |
| Бензиловый спирт с добавкой фуллерена | 1,8·10-4 моль/дм3 | 8,5·10-7 моль/дм3·c | 1,48 |
| 2,8·10-4 моль/дм3 | 7,2·10-7 моль/дм3·с | 1,75 | |
| 5,8·10-4 моль/дм3 | 4,6·10-7 моль/дм3·c | 2,74 | |
| 8,6·10-4 моль/дм3 | 2,8·10-7 моль/дм3·с | 4,50 | |
| Бензиловый спирт С C60F48 | 0,49·10-4 моль/дм3 | 8,70·10-7 моль/дм3·c | 1,45 |
| 1,23·10-4 моль/дм3 | 2,22·10-7 моль/дм3·с | 5,68 | |
| 2,45·10-4 моль/дм3 | 0,19·10-7 моль/дм3·с | 66,32 |
Приведенные данные в таблицах 1 и 2 подтверждают, что наноразмерные присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов повышают антизадирные свойства для компонентного моторного биоэтанольного топлива и изооктана в 6-10 раз и антиокислительные свойства бензилового спирта в 2-66 раз.
1. Композиция жидкого топлива, включающая основное количество жидкого топлива и наноразмерной присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, С70, С72, С76, С78, С82, С84, С90, С94, C96, Hall - в виде F, Cl, Br, a х -1÷50, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Присадка 0,0001-0,5
Вспомогательные компоненты 0,01-15
Жидкое топливо Остальное
2. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве топлива она содержит углеводородное топливо.
3. Композиция по п.2, характеризующаяся тем, что в качестве углеводородного топлива она содержит бензин.
4. Композиция по п.2, характеризующаяся тем, что в качестве углеводородного топлива она содержит дизельное топливо.
5. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве топлива она содержит биоэтанольное топливо.
6. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве топлива она содержит биодизельное топливо.
7. Композиция по п.6, характеризующаяся тем, что в качестве биодизельного топлива она содержит эфиры метиловые и этиловые.
8. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве топлива она содержит смесь углеводородного топлива с биоэтанольным.
9. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве топлива она содержит смесь углеводородного топлива с биодизельным.
10. Присадка для жидкого топлива, выполненная в виде наноразмерной присадки на основе галогенпроизводных фуллеренов, общей формулы Full Hall2x, где Full - фуллерен С60, С70, С72, С76, С78, С82, С84, С90, С94, C96, Hall - в виде F, Cl, Br, а х - 1÷50.
11. Способ получения композиции жидкого топлива по любому из пп.1-9, характеризующийся подачей основного количества топлива и наноразмерных присадок на основе галогенпроизводных фуллеренов в кавитатор с получением в нем композиции жидкого топлива.
