Биотопливная композиция


 


Владельцы патента RU 2544239:

Общество с ограниченной ответственностью "РЕЦИКЛ" (RU)
Пантелеев Евгений Валентинович (RU)
Пантелеев Павел Евгеньевич (RU)
Пантелеева Галина Викторовна (RU)

Изобретение относится к биотопливной композиции, основанной на нефтяном продукте, содержащей биодобавку на основе ацеталей и растительных масел, при этом композиция представляет собой смесь нефтяного дизельного топлива 98-60 об.% с биодобавкой 2-40 об.%, где в качестве биодобавки используют диэтилформаль 35-40 об.%, остальное глицериды ненасыщенных жирных кислот. Техническим результатом изобретения является получение биотопливной композиции повышенного качества, более устойчивой к процессам окисления и полимеризации, с низкой себестоимостью и высоким выходом продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к дизельным топливам и может быть использовано в народном хозяйстве в качестве моторного топлива, эквивалентного по физико-химическим характеристикам нефтяному моторному топливу.

Состояние области техники

Используемые в настоящее время топлива для дизельных двигателей главным образом содержат компоненты из сырой нефти. Существует потребность в высококачественной топливной композиции для дизельных двигателей, содержащей компоненты биологического происхождения и также отвечающей требованиям к качеству дизельных топлив при работе в условиях любых температур. Более того, топливо должно быть экологически безопасным. В настоящий момент наиболее распространенным компонентом биологического происхождения в топливах является метиловый эфир рапсового масла, обозначаемый как РМЭ (RU 2393209). РМЭ используется или как таковой или в смеси с другими топливами. Недостатками РМЭ являются его плохая смешиваемость с дизельными топливами, и в сравнении с обычным дизельным топливом (EN 590), в особенности при низких температурах, его плохая стабильность при хранении и плохая характеристика при низких температурах. Более того, это приводит к загрязнению двигателя и увеличивает выделение оксидов азота (NOx). Побочным продуктом получения РМЭ является глицерин, который может стать проблемой, если производится большое количество продукта. Подобным образом могут производиться эфиры других растительных масел и метиловые эфиры жирных кислот, общеизвестные как МЭЖК (метиловый эфир жирной кислоты). Такие МЭЖК могут быть использованы для таких же применений, как и метиловый эфир рапсового масла, но они также оказывают отрицательное влияние на качество дизельного топлива, в особенности в отношении его характеристики при низких температурах, и, кроме того, их применение в топливах увеличивает выбросы оксидов азота. В некоторых случаях МЭЖК и РМЭ вызывают более высокий выброс частиц и образование дыма при холодном запуске двигателя.

В заявке WO 2001012581 описывается способ получения метиловых сложных эфиров, используемых в качестве биологического дизельного топлива, по которому смеси жирных кислот и триглицеридов этерифицируют в одной фазе. По данному способу образуется раствор из жирных кислот, триглицеридов, спирта, кислотного катализатора и совместных растворителей при температуре ниже температуры кипения раствора. Совместный растворитель используют в количествах, обеспечивающих одну фазу, затем раствор выдерживают в течение времени, достаточного для того, чтобы произошла катализируемая кислотой этерификация жирных кислот. После этого кислотный катализатор нейтрализуют, добавляют щелочной катализатор для переэтерификации триглицеридов и, наконец, эфиры выделяют из раствора. Таким образом получают содержащее эфиры биотопливо, имеющее содержание глицерина по меньшей мере 0,4 мас.%.

Недостатком является сложность и многостадийность процесса и высокая себестоимость продуктов.

Известно, что дизельные топлива на основе нефтяных фракций и газового конденсата для увеличения цетанового числа содержат в своем составе присадки, являющиеся ускорителями воспламенения, например органические нитраты (Патент США 4473378, C10L 1/22, 1984 г.).

Однако эти присадки не обеспечивают улучшения пусковых свойств летнего ассортимента дизельных топлив при отрицательных температурах. При этом выхлоп содержит большое количество оксидов азота. Добавление к топливам кислородсодержащих соединений в виде спиртов и простых эфиров хорошо зарекомендовало себя на практике.

В WO 81/00721 описана топливная смесь, модифицированная добавлением спиртов, воды, простых эфиров и растительного масла. Цель применения подобных простых эфиров глицерина состоит в устранении гидрофильности, снижении температуры кипения до диапазона, в котором лежит диаграмма кипения топливного компонента, и снижении плотности при сохранении цетанового числа.

Недостаток таких простых эфиров глицерина состоит в том, что при их получении образуется смесь, содержащая максимум 11% триэфира. Остальное количество приходится на моно- и диэфиры, которые из-за все еще присутствующих гидроксильных групп частично не растворимы в отдельных топливных компонентах.

Известно нефтяное дизельное топливо, содержащее в качестве присадки в мас.%: алкил (C3-C18)нитрат 75-90, антикоррозионный компонент 5-15, углеводородную фракцию, выкипающую в интервале 120-270°C, до 100 (Пат. РФ 2355732). Однако дизельное топливо включает дорогостоящие компоненты, что увеличивает себестоимость, многокомпонентность увеличивает выделение окислов азота.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является работа, описанная в статье И.Ш. Хуснутдинова и др. (Химия и химическая технология, 2009, том 52, вып.11, стр.119) «Исследование 1.1 диэтоксиэтана, как компонента дизельного топлива».

В данной работе исследованы композиции 1.1 диэтоксиэтана с дизельным топливом и рапсовым маслом и определены их основные эксплуатационные показатели в сравнении с требованиями ГОСТа 305-82 на дизельное топливо.

Недостатком данного решения является низкое цетановое число 1.1 диэтоксиэтана и композиций на его основе, которое не превышает 46 пунктов, что не соответствует требованиям нового ГОСТа Р53605-2009 (ЕН 14214:2003).

Задачей изобретения является разработка топливной композиции, содержащей биодобавку к нефтяному дизельному топливу, обладающей высоким цетановым числом, которая наряду с улучшением низкотемпературных и пусковых свойств дизельного топлива препятствует протеканию коррозии, используется без переделки двигателя, обладает экологичным выхлопом при значительном снижении себестоимости за счет применения компонентов, в частности присадки, на основе недорогих многотоннажных доступных продуктов, обеспеченных отечественными сырьевыми ресурсами, в том числе возобновляемыми. Техническим результатом изобретения является получение биотопливной композиции повышенного качества, более устойчивой к процессам окисления, полимеризации и т.д. Позволит достичь температуру вспышки ниже +55°C, а это приведет к снижению плотности, вязкости топлива, а также к снижению температуры застывания до -50°C, позволит получить биотопливо с высоким цетановым числом, с низкой себестоимостью и высоким выходом продукта, соответствующей действующему ГОСТу, а также высокая технологичность производства, широкая сырьевая база.

Использование биотопливной композиции приводит к повышению эффективности процесса горения при эксплуатации двигателя, увеличению мощности двигателя и уменьшению времени разгона. Кроме того, этот продукт может быть использован для уменьшения вредных выбросов из двигателя, улучшения характеристики текучести на холоду и повышения цетанового числа.

Указанный эффект достигается тем, что биотопливная композиция представляет смесь нефтяного дизельного топлива (98-60 об.%) и биодобавки (2-40 об.%), которая, в свою очередь, состоит из диэтилформаля 35-40 об.%, а остальное глицериды ненасыщенных жирных кислот. В качестве глицеридов используют любые растительные масла.

Краткое изложение сущности.

Известно, что Дизель испытывал свой двигатель на растительном масле. Но растительное масло обладает высокой вязкостью, высокой температурой застывания, поэтому в мире в основном используют метиловые эфиры масел. На долю процесса переэтерификации масел приходится до 30% затрат и при этом используется щелочь и образуются побочные продукты.

При совместном использовании (простое смешение) диэтилформаля и глицеридов ненасыщенных жирных кислот улучшаются 11 показателей Евростандарта EN 14214 для биодизеля. Диэтилформаль - биотопливо, может быть легко получен из биоэтанола и биогаза - возобновляемых источников энергии известными способами конденсации этанола и формальдегида (Химик.ru. Химическая энциклопедия), а формальдегид из метана, через метанол (ru.wikipedia.org. Метанол, формальдегид).

Использование диэтилформаля в смеси с глицеридами ненасыщенных жирных кислот, к качестве которых используются растительные масла, в количестве 35-40 об.% позволяет получить биотопливо с высоким цетановым числом, его характеристики соответствуют Российскому стандарту ГОСТ Р53605-2009, Европейскому стандарту EN 14214-2003, стандарту США ASTMD 6751. При этом исключается необходимость в переэтерификации масел метанолом, на долю которой приходится до 30% затрат и исключается необходимость утилизации побочных продуктов - глицерина и отходов щелочного катализатора (Маркетинговое исследование рынка биотоплива; биоэтанол и биодизель, 18 мая 2012 г. Reseach Techart, стр. 54). Более полное использование растительного, возобновляемого сырья, благоприятно сказывается на экологии в целом.

Важным параметром для биодизеля является срок годности, он очень небольшой и ограничен высоким йодным числом, количеством непредельных соединений в маслах. При разбавлении масел диэтилформалем йодное число снижается и биотопливо становится более устойчивым к процессам окисления, полимеризации и т.д.

Смешение компонентов проводили при комнатной температуре, а анализы в соответствии с ГОСТ в сертифицированной лаборатории. Метиловые эфиры растительных масел получены согласно стандартной методике в сопоставимых условиях.

Влияние концентрации ДЭФ в смеси с растительными маслами на плотность, вязкость и йодное число биодизельных композиций представлено в таблице 1.

Таблица 1
Компонент Плотность г/см3, при 20°C Вязкость сСт, при 40°C Йодное число, гJ/100 г
1 2 3 4
Масло кукурузное 0,917 35,51 118,68
Масло льняное 0,921 30,62 138,91
Масло рапсовое 0,916 37,62 107,12
Масло подсолнечное 0,918 31,66 130,43
Масло пальмовое густое густое 47,76
Метиловый эфир рапсового масла 0,891 8,68 105,7
Метиловый эфир подсолнечного масла 0,906 13,69 131,6
Метиловый эфир пальмового масла 0,885 9,12 42,6
30% ДЭФ + масло кукурузное 0,897 6,75 85,68
30% ДЭФ + масло льняное 0,901 6,50 98,49
30% ДЭФ + масло рапсовое 0,894 7,55 76,06
30% ДЭФ + масло подсолнечное 0,899 6,2 82,47
30% ДЭФ + масло пальмовое густое 6,83 33,64
35% ДЭФ + масло подсолнечное соотв. 5,26 соотв.
35% ДЭФ + масло льняное - 5,6 -
35% ДЭФ + масло кукурузное - 5,7 -
35% ДЭФ + масло рапсовое - 5,17 -
40% ДЭФ + масло подсолнечное соотв. 4,28 соотв.
40% ДЭФ + масло льняное - 4,36 -
40% ДЭФ + масло кукурузное - 4,68 -
40% ДЭФ + масло пальмовое - 4,46 -

Выводы.

1. При концентрации диэтилформаля 30 об.% и растительных масел 70 об.%, показатели по вязкости не удовлетворяют стандарту, но все удовлетворяют по пункту йодное число и, кроме пальмового и льняного масла, удовлетворяют показателю по плотности (0,900).

2. При концентрации диэтилформаля 35% и 65% растительного масла, все показатели соответствуют американскому стандарту ASTMD 6751, но по показателю вязкости (5,0) не соответствуют EN 14214 - Евростандарту и Российскому ГОСТу Р53605-2009.

3. При концентрации диэтилформаля 40% и растительного масла 60%, все показатели соответствуют мировым стандартам. В таблице 2 дано сравнение метилового эфира, смеси ДЭФ и масла по цетановому числу смеси биодизельного и дизельного топлива.

Таблица 2
№ образца Состав композиции Цетановое число, пункт
1 Дизельное топливо + 20% (рапсовое масло + 40% ДЭФ) 54,0
2 Дизельное топливо + 30% (рапсовое масло + 40% ДЭФ) 54,0
3 Дизельное топливо + 40% (рапсовое масло + 40% ДЭФ) 54,0
4 Дизельное топливо + 20% рапсовый дизель 53,8
5 Дизельное топливо + 20% (пальмовое масло + 40% ДЭФ) 54,0
6 Дизельное топливо + 20% пальмовый дизель 53,0
7 Дизельное топливо + 20% (подсолнечное масло + 40% ДЭФ) 53,8
8 Дизельное топливо + 20% подсолнечный дизель 53,0

Выводы.

Всегда в наших экспериментах смесь масла и диэтилформаля, цетановое число чуть выше, чем у метилового эфира данного масла. Значение это не существенно, но позволят утверждать, что проводить переэтерификацию масел метанолом экономически нецелесообразно, т.к. на долю затрат приходится до 30% стоимости и при этом образуются побочные продукты - глицерин и щелочь, требующие утилизации.

1. Биотопливная композиция на нефтяном продукте, содержащая биодобавку на основе ацеталей и растительных масел, отличающаяся тем, что она представляет смесь нефтяного дизельного топлива 98-60 об.% и биодобавки 2-40 об.%, в качестве биодобавки используют диэтилформаль 35-40 об.%, остальное глицериды ненасыщенных жирных кислот.

2. Биотопливная композиция на нефтяном продукте по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве глицеридов ненасыщенных жирных кислот используют любые растительные масла.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение касается композиции для улучшения свойств текучести в топливных композициях. Композиция для улучшения свойств текучести в топливных композициях содержит полиалкил(мет)акрилатный полимер, содержащий фрагменты мономеров формулы (II) , где R представляет собой атом водорода или метил, R2 представляет собой линейный алкильный остаток, содержащий 7-15 атомов углерода и имеющий среднечисловую молекулярную массу Мn от 1000 до 10000 г/моль и полидисперсность Mw/Mn от 1 до 8, и этилен-винилацетатный сополимер, представляющий собой привитой сополимер, содержащий этилен-винилацетатный сополимер в качестве основания, и алкил(мет)акрилат, содержащий 1-30 атомов углерода в алкильном остатке, в качестве привитого слоя.

Изобретение относится к низкотемпературным добавкам для средних дистиллятов, которые характеризуются улучшенной легкостью в обращении при низких температурах, к способу улучшения характеристик низкотемпературной текучести жидких топлив и к жидкому топливу.

Изобретение относится к технологиям приготовления эмульсий и суспензий на основе многокомпонентных смесей разнородных по своей природе веществ, в частности минерального и растительного происхождения, для использования в качестве топлив смесевого типа, а также в других областях, где требуются гомогенные композиции различных материалов текучей консистенции.
Изобретение относится к способу применения моторного топлива, полностью состоящего из твердых парафинов и нефтешламов, в котором твердое или вязкое топливо загружают в термоизолированный топливный бак, нагревают до температуры 70-85°С и через фильтр топливным насосом низкого давления подают к насосу высокого давления, а затем на топливные форсунки цилиндров или турбину мотора, причем фильтр, топливные насосы и трубопроводы топливной системы мотора выполнены теплоизолированными, что позволяет сохранять в них температуру топлива не ниже 70ºС.
Изобретение относится к способу получения синтетического топлива, который заключается в том, что в теплоизолированный топливный бак загружают брикеты твердого полиэтилена, нагревают их в баке до температуры более 85°С и подают в бак углеводородное топливо (церезин, керосин, дизтопливо), чем обеспечивают интенсивное растворение полиэтилена до жидкой фазы, после чего прогревают раствор до температуры 110-130°С и в виде жидкого топлива подают в горелки котельной, поршневой или турбинной энергетической установки внутреннего сгорания.

Изобретение описывает присадку для снижения вязкости тяжелых фракций нефти - гудронов, которая представляет собой карбоксилат натрия - отход производства растительных масел, добавляемую к тяжелым фракциям нефти - гудронам, в количестве 20-50 мас%.

Изобретение относится к бессвинцовой топливной композиции, которая содержит: (а) в качестве основной своей части смесь углеводородов в пределах кипения бензина и (b) небольшое количество смеси добавок, содержащей (i) одно или более соединений п-алкокси-N-алкилароматического амина, имеющего формулу I, в которой, R13 обозначает водород, и R12 обозначает метильную, этильную, пропильную или бутильную группу, и (ii)один или более дициклопентадиенов; при этом компоненты (b)(i) и (b)(ii) присутствуют в смеси добавок в соотношениях в пределах от примерно 1:19 до примерно 4:3.
Изобретение описывает унитарное топливо, состоящее из жидкого окислителя и горючих веществ, заключенных в гранулы с оболочкой из твердого полимерного материала. Гранулы горючего содержат полимерные материалы в смеси с гидридами металлов или углеродом в различных модификациях.
Изобретение относится к способу получения цетаноповышающих присадок к дизельному топливу, включающему нитрование вторичных спиртов, где в качестве спиртов используют фракцию вторичных спиртов C6-C9, полученных методом жидкофазного окисления фракции н-алканов C6-C9 водным раствором пероксида водорода в среде метанола на гетерогенном катализаторе ДП-2, и последующему гидрированию реакционной массы на жестком ячеистом катализаторе P1/A2O3, нитрование проводят 5-10- кратным мольным избытком азотной кислоты концентрации 50-80% в присутствии 1-5% масс.

Изобретение относится к топливной композиции, которая содержит углеводородное топливо, компоненты, возникающие при высоковольтном электрическом разряде, дополнительные углеродсодержащие присадки и дисперсную фазу, при этом качестве углеродсодержащих присадок композиция включает наночастицы в виде углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом ацетилена на нанокластерах железа или кобальта в матрице из оксида алюминия и имеющих структуру переплетенных клубков диаметром более 2 мкм со средним внешним диаметром ~20-30 нм, или наночастицы в виде графена, имеющего слоистую структуру с размером зерен ~400 нм и полученного химическим способом, заключающимся в окислении слоев графита с последующим восстановлением и получением нанометровых слоев углеродного продукта.

Изобретение описывает присадку для снижения вязкости тяжелых фракций нефти - гудронов, которая представляет собой карбоксилат натрия - отход производства растительных масел, добавляемую к тяжелым фракциям нефти - гудронам, в количестве 20-50 мас%.

Изобретение относится к противоизносной присадке для малосернистого дизельного топлива на основе карбоновых кислот, при этом она дополнительно содержит полиэтиленполиамин, а в качестве карбоновых кислот используются технические алкил(С16-С18)салициловые кислоты при массовом соотношении полиэтиленполиамин: технические алкил(С16-С18)салициловые кислоты, равном 0,007-0,035:1,0.
Изобретение относится к композиции жидкого топлива, включающее жидкое топливо и присадку в количестве 0,005-0,03 мас.%, при этом присадка к жидкому топливу содержит соль металла органической кислоты с числом углеродных атомов C15-C18 в количестве 10-90 мас.%, в которой металл является металлом, расположенным в электрохимическом ряду активности правее водорода, ароматический амин 1-5 мас.%, полимер сукцинимида 3-10 мас.% и глицерин 1-75 мас.%.

Изобретение относится к способу удаления отложений из дизельного двигателя, включающий сжигание в двигателе топливной композиции, содержащей добавку для очистки двигателя и добавку, представляющую собой четвертичную соль аммония, где добавка для очистки двигателя явялется продуктом реакции Манниха, протекающей между: (а) альдегидом; (b) аммиаком, гидразином или амином; и (с) фенолом, который может быть замещенным; и при этом средняя молекулярная масса единственного или каждого заместителя фенольного компонента (с) составляет менее 400, и где добавка, представляющая собой четвертичную соль аммония получена по реакции азотсодержащего вещества, включающего по меньшей мере одну третичную аминогруппу, и кватернизующего агента.

Изобретение относится к способу получения оксигенатов, повышающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания, в котором взаимодействие глицерина с ацетоном происходит на кислотном катализаторе, причем процесс происходит на гетерогенном катализаторе в одну стадию в проточном реакторе при регулировке подачи реагентов в соотношении глицерин: ацетон (1):(5-20) и поддержании в реакторе температуры от 35°С до 55°С, объемной скорости 0.5-1.5 ч-1 и атмосферного давления с получением золькеталя как основного продукта, и возвращении непрореагировавшего ацетона в реактор.

Изобретение относится к способам получения топлива для реактивных двигателей, характеризующимся проведением реакции между исходным сырьем, в состав которого входит натуральное масло, и легким олефином в присутствии катализатора реакции обмена в условиях, достаточных для образования продукта реакции обмена.
Изобретение относится к модификатору горения твердого, жидкого и газообразного топлива, в частности древесины, природного газа, угля, мазута и других углеводородов, в энергетических котлах, в закрытых или открытых камерах, характеризующемуся тем, что указанный модификатор содержит от 10 до 30 масс.% воды, от 20 до 80 масс.% по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс.% карбамида или его производных, выбранных из алкилмочевины типа R1R2N(CO)NR1R2, где R1, R2 являются одинаковыми или различными и представляют собой С1-С6 алкильные группы, и от 5 до 15 масс.% моноацетилферроцена.

Изобретение относится к способу ингибирования образования частиц в возобновляемых топливах или смесях возобновляемых топлив и легких топлив, включающему этапы, на которых: добавляют присадочную композицию, ингибирующие частицы, к топливу или смеси, где присадочная композиция, инигибирующая частицы, включает одно или более из: замедлителя агломерации, диспергатора частиц, ингибитора осаждения частиц; или усилителя совместимости.

Изобретение относится к способу ингибирования образования частиц в возобновляемых топливах или смесях возобновляемых топлив и легких топлив, включающему этапы, на которых: добавляют присадочную композицию, ингибирующие частицы, к топливу или смеси, где присадочная композиция, инигибирующая частицы, включает одно или более из: замедлителя агломерации, диспергатора частиц, ингибитора осаждения частиц; или усилителя совместимости.

Настоящее изобретение относится к жидкой топливной композиции, содержащей бензин, пригодный для использования в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием; и одно или более солевых производных амидов поли(гидроксикарбоновых кислот), имеющих формулу (III): [Y-CO[O-A-CO]n-Zr-R+]mpXq-, где Y обозначает водород или необязательно замещенную гидрокарбильную группу, А обозначает двухвалентную необязательно замещенную гидрокарбильную группу, n равно от 1 до 100, m равно от 1 до 4, q равно от 1 до 4 и р есть целое число при условии, что pq=m; Z обозначает необязательно замещенную двухвалентную мостиковую группу, которая соединена с карбонильной группой через атом азота, r равно 0 или 1, R+ обозначает аммониевую группу и Хq- обозначает анион.
Изобретение относится к способам снижения нагарообразования в камере сгорания двигателей, работающих на чистых растительных маслах и смесевых топливах (смесь дизельного топлива и растительного масла), и может использоваться в системах питания и смазки двигателей внутреннего сгорания, работающих на высоковязких биодизельных топливах на основе растительных масел, таких как чистые растительные масла, смесевые топлива из растительных масел.
Наверх