Высокооктановый неэтилированный авиационный бензин
Изобретение описывает композицию неэтилированного авиационного топлива, которая имеет MON по меньшей мере 99,6, содержание серы менее 0,05% мас., содержание CHN по меньшей мере 97,2% мас., содержание кислорода менее 2,8% мас., T10 не более 75°C, T40 по меньшей мере 75°C, T50 не более 105°C, T90 не более 135°C, температуру конца кипения менее 190°C, скорректированную теплоту сгорания по меньшей мере 43,5 МДж/кг, давление паров в диапазоне 38-49 кПа и содержит: 20-35 об.% толуола, имеющего MON по меньшей мере 107; 2-10 об.% анилина; 30-55 об.% по меньшей мере одного алкилата или алкилатной смеси, имеющих диапазон температур начала кипения 32-60°С и диапазон температур конца кипения 105-140°С, имеющих T40 менее 99°C, T50 менее 100°С, T90 менее 110°C, причем алкилат или алкилатная смесь содержат изопарафины с 4-9 атомами углерода, 3-20 об.% С5 изопарафинов, 3-15 об.% C7 изопарафинов и 60-90 об.% С8 изопарафинов в расчете на алкилат или алкилатную смесь и менее 1 об.% С10+ в расчете на алкилат или алкилатную смесь; 7-14 об.% разветвленного алкилацетата, имеющего алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода; и 8-26 об.% изопентана в количестве, достаточном для достижения давления паров в диапазоне 38-49 кПа; при этом указанная топливная композиция содержит менее 1 об.% C8 ароматических соединений. Технический результат заключается в получении высокооктановой композиции авиационного топлива, которое имеет низкое содержание кислорода, пониженную температуру замерзания, соответствующую стандарту ASTM D910 для авиационного топлива. 14 з.п. ф-лы, 16 ил., 11 пр.
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет на основании предварительных патентных заявок США №61/898244, поданной 31 октября 2013, №61/991888, поданной 12 мая 2014 года, и 62/021249, поданной 7 июля 2014 года.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к высооктановому неэтилированному авиационному бензиновому топливу, в частности к высокооктановому неэтилированному авиационному бензину, имеющему низкое содержание кислорода.
Уровень техники
Авиабензин (авиационный бензин) представляет собой авиационное топливо, используемое в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для приведения в движение воздушных судов. Авиабензин отличается от автобензина (автомобильного бензина), используемого повседневно в автомобилях и некоторых некоммерческих легких воздушных судах. В отличие от автобензина, который разрабатывался с 1970-х годов для использования трехступенчатых каталитических нейтрализаторов с целью уменьшения загрязнения, авиационный бензин содержит тетраэтилсвинец (ТЭС), бионеразлагаемое ядовитое вещество, используемое для предотвращения стука двигателя (детонации).
Авиационные бензиновые топлива в настоящее время содержат присадку тетраэтилсвинца (ТЭС) в количествах до 0,53 мл/л или 0,56 г/л, что является предельным содержанием, допускаемым наиболее распространенным стандартом для авиационного бензина с низким содержанием свинца 100 Low Lead (100LL). Свинец необходим для достижения высокого октанового числа, необходимого авиационным поршневым двигателям: стандарт ASTM D910 для 100LL требует минимального моторного октанового числа (MON), равного 99,6, в отличие от стандарта EN 228 для европейского автомобильного бензина, предусматривающего минимальное MON 85, или в отличие от американского автомобильного бензина, в котором для неэтилированного топлива требуется минимальный октановый индекс (R+M)/2, равный 87.
Авиационное топливо представляет собой область, в которой разработки должны выполняться с осторожностью и которая подвержена жесткому регулированию для применения в авиации. Так, например, авиационные топлива должны обладать точными физико-химическими характеристиками, определенными международными стандартами, такими как ASTM D910, разработанный Федеральным управлением гражданской авиации (FAA). Автомобильный бензин не является полностью подходящей заменой авиабензину во многих воздушных судах, поскольку многие высокопроизводительные и/или турбонагнетаемые авиационные двигатели требуют 100-октанового топлива (ΜΟΝ 99,6), и необходимы определенные модификации, чтобы можно было использовать более низкооктановое топливо. Автомобильный бензин может испаряться в топливных магистралях, что вызывает воздушную пробку (пузырь в магистрали) или кавитацию топливного насоса, недостаточную подачу топлива в двигатель. Воздушная пробка обычно появляется в топливных системах, в которых топливный насос с механическим приводом, установленный на двигателе, получает топливо из бака, установленного ниже насоса. Пониженное давление в магистрали может вызвать испарение более летучих компонентов автомобильного бензина, формируя пузырьки в топливной магистрали и прерывая поступление топлива.
Стандарт ASTM D910 не перечисляет все сорта бензина, пригодные для поршневых авиационных двигателей, но, скорее, определяет нижеуказанные конкретные сорта авиационного бензина для использования в гражданских целях: марка 80; марка 91; марка 100; и марка 100LL. Марка 100 и марка 100LL считаются высокооктановым авиационным бензином, отвечающим требованиям современных требовательных авиационных двигателей. В дополнение к ΜΟΝ, стандарт D910 для авиабензина определяет следующие характеристики: плотность; разгонка (температуры начала и конца кипения, испарение топлива, температуры испарения Т10, Т40, Т90, Т10+Т50); объем выхода, остатка и потерь; давление пара; температура замерзания; содержание серы; полезная теплота сгорания; коррозия медной пластинки; стойкость к окислению (потенциальные смолы и осаждение свинца); изменение объема при взаимодействии с водой; и электрическая проводимость. Авиабензиновое топливо обычно испытывают для определения его характеристик с помощью следующих методов испытаний ASTM:
Моторное октановое число: ASTM D2700
Детонационная стойкость на бедной смеси: ASTM D2700
Показатель сортности (методом наддува): ASTM D909
Содержание тетраэтилсвинца: ASTM D5059 или ASTM D3341
Цвет: ASTM D2392
Плотность: ASTM D4052 или ASTM D1298
Разгонка: ASTM D86
Давление пара: ASTM D5191 или ASTM D323 или ASTM D5190
Температура замерзания: ASTM D2386
Сера: ASTM D2622 или ASTM D1266
Полезная теплота сгорания (NHC): ASTM D3338 или ASTM D4529 или ASTM D4809
Коррозия меди: ASTM D130
Стойкость к окислению - Потенциальные смолы: ASTM D873
Стойкость к окислению - Осаждение свинца: ASTM D873
Взаимодействие с водой - Изменение объема: ASTM D1094
Электрическая проводимость: ASTM D2624
Авиационные топлива должны иметь низкое давление пара, чтобы избежать проблем, связанных с испарением (воздушная пробка) при низких давлениях, встречающихся на высоте, и по очевидным соображениям безопасности. Но давление пара должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечивать легкий запуск двигателя. Давление пара по Рейду (RVP) должно находиться в диапазоне от 38 кПа до 49 кПа. Конечная температура разгонки должна быть достаточно низкой, чтобы ограничить образование осадков и их вредные последствия (потери мощности, сниженное охлаждение). Эти топлива должны также обладать достаточной полезной теплотой сгорания (NHC) для обеспечения адекватной дальности полета воздушного судна. Кроме того, поскольку авиационные топлива используются в двигателях, обеспечивающих хорошую производительность и часто работающих под высокой нагрузкой, т.е. в условиях, близких к детонации, этот вид топлива должен иметь очень хорошую стойкость к самовоспламенению.
Кроме этого, для авиационного топлива определяют две характеристики, которые сопоставимы с октановыми числами: первая - MON или моторное октановое число, относящееся к работе на слегка обедненной смеси (крейсерская мощность), вторая - октановый индекс. Показатель сортности, или PN, относится к использованию существенно обогащенной смеси (взлет). С целью обеспечения высокооктановых характеристик на стадии производства авиационного топлива обычно добавляют органические соединения свинца, и, в частности, тетраэтилсвинец (ТЭС). Без добавления ТЭС MON обычно составляет около 91. Как отмечалось выше, по ASTM D910 100-октановое авиационное топливо требует минимального моторного октанового числа (MON), равного 99,6. Дистилляционный профиль композиции высокооктанового неэтилированного авиационного топлива должен иметь Т10 максимум 75°С, Т40 минимум 75°С, Т50 максимум 105°С, и Т90 максимум 135°С.
Как и в случае топлив для наземных транспортных средств, административные органы стремятся к понижению содержания свинца или даже запрету данной присадки, поскольку она является вредной для здоровья и окружающей среды. Таким образом, исключение свинца из состава авиационного топлива становится актуальной задачей.
Сущность изобретения
Было обнаружено, что трудно получить высокооктановое неэтилированное авиационное топливо, которое соответствовало бы большинству требований стандарта ASTM D910 для высокооктанового авиационного топлива. В дополнение к ΜΟΝ 99,6, также важно не оказывать негативного влияния на дальность полета воздушного судна, давление пара, температурный профиль и температуры замерзания, которые соответствуют требованиям к пуску авиационного двигателя и непрерывной работе на большой высоте.
В соответствии с некоторыми из этих аспектов, в одном варианте осуществления настоящее изобретение описывает композицию неэтилированного авиационного топлива, имеющую ΜΟΝ по меньшей мере 99,6, содержание серы менее 0,05% мас., содержание CHN по меньшей мере 97,2% мас., содержание кислорода менее 2,8% мас., Т10 не более 75°С, Т40 по меньшей мере 75°С, Т50 не более 105°С, Т90 не более 135°С, температуру конца кипения менее 190°С, скорректированную теплоту сгорания по меньшей мере 43,5 МДж/кг, давление пара в диапазоне 38-49 кПа, содержащую смесь, состоящую из:
20-35 об.% толуола, имеющего ΜΟΝ по меньшей мере 107;
2-10 об.% анилина;
30-55 об.% по меньшей мере одного алкилата или алкилатной смеси, имеющих диапазон температур начала кипения 32-60°С и диапазон температур конца кипения 105-140°С, имеющих Т40 менее 99°С, Т50 менее 100°С, Т90 менее 110°С, причем алкилат или алкилатная смесь содержат изопарафины с 4-9 атомами углерода, 3-20 об.% С5 изопарафинов, 3-15 об.% С7 изопарафинов, и 60-90 об.% С8 изопарафинов, в расчете на алкилат или алкилатную смесь, и менее 1 об.% С10+ в расчете на алкилат или алкилатную смесь;
7-14 об.% разветвленного алкилацетата, имеющего алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода; и
по меньшей мере 8 об.% изопентана в количестве, достаточном для достижения давления пара в диапазоне 38-49 кПа; и
при этом топливная композиция содержит менее 1 об.% С8 ароматических соединений.
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны специалистам в данной области техники. Хотя специалистами в данной области в настоящее изобретение могут быть внесены многочисленные изменения, следует понимать, что такие изменения находятся в пределах сущности настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Данные чертежи иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов осуществления изобретения и не должны использоваться для ограничения или определения объема настоящего изобретения.
На фиг. 1 показаны условия двигателя для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2575 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 2 показаны детонационные характеристики для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2575 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 3 показаны условия двигателя для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2400 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 4 показаны детонационные характеристики для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2400 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 5 показаны условия двигателя для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2200 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 6 показаны детонационные характеристики для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2200 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 7 показаны условия двигателя для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2757 об/мин при постоянной мощности.
На фиг. 8 показаны детонационные характеристики для неэтилированного авиационного топлива из примера 1 при 2757 об/мин при постоянной мощности.
На фиг. 9 показаны условия двигателя для топлива FBO 100LL при 2575 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 10 показаны детонационные характеристики для топлива FBO 100LL при 2575 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 11 показаны условия двигателя для топлива FBO 100LL при 2400 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 12 показаны детонационные характеристики для топлива FBO 100LL при 2400 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 13 показаны условия двигателя для топлива FBO 100LL при 2200 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 14 показаны детонационные характеристики для топлива FBO 100LL при 2200 об/мин при постоянном давлении наддува.
На фиг. 15 показаны условия двигателя для топлива FBO 100LL при 2757 об/мин при постоянной мощности.
На фиг. 16 показаны детонационные характеристики для топлива FBO 100LL при 2757 об/мин при постоянной мощности.
Подробное описание изобретения
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что высокооктановое неэтилированное авиационное топливо с низким содержанием кислорода, имеющее содержание кислорода менее 2,8% мас., исходя из неэтилированной авиационной топливной смеси, соответствующей стандарту ASTM D910 для 100-октанового авиационного топлива, может быть получено с помощью смеси, содержащей от примерно 20 об.% до примерно 35 об.% толуола с высоким MON, от примерно 2 об.% до примерно 10 об.% анилина; от примерно свыше 30 об.% до примерно 55 об.% по меньшей мере одной фракции алкилата или алкилатной смеси, которая имеет определенный состав и свойства, и по меньшей мере 8 об.% изопентана и от примерно 7 об.% до примерно 14 об.% разветвленного алкилацетата, имеющего алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода. Предпочтительно, суммарное количество толуола и разветвленного алкилацетата в топливной композиции составляет более 30 об.%, более 31 об.%, более 32 об.% или более 33 об.%. Высокооктановое неэтилированное авиационное топливо изобретения имеет MON более 99,6.
В одном варианте осуществления композиция неэтилированного авиационного топлива, имеющая MON по меньшей мере 99,6, содержание серы менее 0,05% мас., содержание CHN по меньшей мере 97,2% мас., содержание кислорода менее 2,8% мас., Т10 не более 75°С, Т40 по меньшей мере 75°С, Т50 не более 105°С, Т90 не более 135°С, температуру конца кипения менее 190°С, скорректированную теплоту сгорания по меньшей мере 43,5 МДж/кг, давление пара в диапазоне 38-49 кПа, содержит смесь, состоящую из:
от примерно 20 об.% до примерно 35 об.% толуола, имеющего MON по меньшей мере 107;
от примерно 2 об.% до примерно 10 об.% анилина;
от более чем 30 об.% до примерно 55 об.% по меньшей мере одного алкилата или алкилатной смеси, имеющих диапазон температур начала кипения от примерно 32°С до примерно 60°С и диапазон температур конца кипения от примерно 105°С до примерно 140°С, имеющих Т40 менее 99°С, Т50 менее 100°С, Т90 менее 110°С, причем алкилат или алкилатная смесь содержат изопарафины с 4-9 атомами углерода, примерно 3-20 об.% С5 изопарафинов, примерно 3-15 об.% С7 изопарафинов, и примерно 60-90 об.% С8 изопарафинов, из расчета на алкилат или алкилатную смесь, и менее 1 об.% С10+ из расчета на алкилат или алкилатную смесь;
от примерно 7 об.% до примерно 14 об.% разветвленного алкилацетата, имеющего алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода; и
по меньшей мере 8 об.% изопентана в количестве, достаточном для достижения давления пара в диапазоне 38-49 кПа;
при этом суммарное количество толуола и разветвленного алкилацетата в топливной композиции составляет более 30 об.%, предпочтительно более 33 об.%, и
при этом топливная композиция содержит менее 1 об.% С8 ароматических соединений.
Кроме того, композиция неэтилированного авиационного топлива содержит менее 1 об.% С8 ароматических соединений. Было обнаружено, что С8-ароматические соединения, такие как ксилол, могут иметь проблемы совместимости материалов, особенно в более старых воздушных судах. Кроме того, обнаружено, что неэтилированное авиационное топливо, содержащее С8 ароматические соединения, как правило, с трудом приводится к температурному профилю, соответствующему стандарту D910. В одном варианте осуществления неэтилированное авиационное топливо содержит менее 0,2 об.% простых эфиров. В другом варианте осуществления неэтилированное авиационное топливо не содержит спиртов с прямой цепью и нециклических простых эфиров. В одном варианте осуществления неэтилированное авиационное топливо не содержит спиртов, имеющих температуру кипения менее 80°С. Кроме того, композиция неэтилированного авиационного топлива имеет содержание бензола 0-5 об.%, предпочтительно менее 1 об.%.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изменение объема неэтилированного авиационного топлива при испытании на взаимодействие с водой находится в пределах +/-2 мл согласно ASTM D1094.
Высокооктановое неэтилированное топливо не содержит свинца и предпочтительно не содержит никаких других металлических эквивалентов свинца, повышающих октановое число. Термин «неэтилированное» понимается как содержащее менее 0,01 г/л свинца. Высокооктановое неэтилированное авиационное топливо будет иметь содержание серы менее 0,05% мас. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно иметь содержание золы менее 0,0132 г/л (0,05 г/галлон) (ASTM D-482).
Согласно действующему стандарту ASTM D910 NHC должно быть близко к 43,5 МДж/кг или выше этого значения. Значение полезной теплоты сгорания базируется на существующем авиационном топливе низкой плотности и не позволяет точно определять дальность полета для более плотного авиационного топлива. Было обнаружено, что для неэтилированного авиационного бензина, обладающего высокой плотностью, теплота сгорания может быть скорректирована для более высокой плотности топлива, чтобы точнее прогнозировать дальность полета воздушного судна.
В настоящее время существует три одобренных ASTM метода испытаний для определения теплоты сгорания по стандарту ASTM D910. Только метод ASTM D4809 приводит к фактическому определению данной величины с помощью сжигания топлива. Другие методы (ASTM D4529 и ASTM D3338) представляют собой расчеты с использованием значений других физических характеристик. Все эти методы считаются эквивалентными в стандарте ASTM D910.
В настоящее время полезная теплота сгорания для авиационных топлив (или удельная энергия) выражается гравиметрически в МДж/кг. Существующий этилированный авиационный бензин имеет относительно низкую плотность по сравнению со многими альтернативными неэтилированными композициями. Топлива более высокой плотности имеют более низкое массовое энергосодержание, но более высокое объемное энергосодержание (МДж/л).
Более высокое объемное энергосодержание позволяет хранить большее количество энергии в фиксированном объеме. Пространство в воздушных судах авиации общего назначения может быть ограничено и, следовательно, те воздушные суда, которые имеют ограниченную емкость топливного бака, или предпочитают летать с полными топливными баками, могут достигать большей дальности полета. Однако, чем более плотным является топливо, тем больше повышается масса заправленного топлива. Это может привести к потенциальному сведению на нет нетопливной полезной грузоподъемности воздушного судна. Хотя взаимосвязь этих переменных сложна, в данном варианте осуществления были разработаны композиции для наилучшего соответствия требованиям к авиационному бензину. Поскольку частично плотность влияет на дальность полета воздушного судна, было обнаружено, что более точно дальность полета воздушного судна, обычно определяемую с помощью теплоты сгорания, можно спрогнозировать с помощью корректировки плотности авиабензина, используя следующее уравнение:
НОС*=(НОСv/плотность)+(% увеличения дальности/% увеличения полезной грузоподъемности+1)
где НОС* является скорректированной теплотой сгорания (МДж/кг), HOCv является удельной энергией в единице объема (МДж/л), полученной из фактического определения теплоты сгорания, плотность является плотностью топлива (г/л), % увеличения дальности является увеличением дальности полета воздушного судна в процентах относительно 100LL (HOCLL), вычисленным с помощью HOCv и HOCLL для фиксированного объема топлива, и % увеличения полезной грузоподъемности является соответствующим увеличением полезной грузоподъемности за счет массы топлива, выраженным в процентах.
Скорректированная теплота сгорания будет по меньшей мере составлять 43,5 МДж/кг, а давление пара будет в диапазоне 38-49 кПа. Композиция высокооктанового неэтилированного топлива, кроме того, будет иметь температуру замерзания -58°С или менее. Кроме того, температура конца кипения композиции высокооктанового неэтилированного топлива должна быть меньше 190°С, предпочтительно не более 180°С, при измерении при более чем 98,5% выходе в соответствии с ASTM D-86. Если уровень выхода низкий, температура конца кипения не может быть эффективно измерена для композиции (т.е. более высококипящий остаток все еще будет оставаться, и не будет измерен). Композиция высокооктанового неэтилированного авиационного топлива по изобретению имеет содержание углерода, водорода и азота (содержание CHN) по меньшей мере 97,2% мас., предпочтительно по меньшей мере 97,5% мас.; и менее 2,8% мас., предпочтительно 2,5% мас. кислорода. Соответственно, неэтилированное авиационное топливо имеет содержание ароматических соединений, измеряемое в соответствии с ASTM D5134, от более 15% мас. до примерно 35% мас.
Было обнаружено, что высокооктановое неэтилированное авиационное топливо с низким содержанием кислорода по изобретению не только соответствует значению MON для 100-октанового авиационного топлива, но также соответствует требованиям по температуре замерзания и температурному профилю Т10 не более 75°С, Т40 по меньшей мере 75°С, Т50 не более 105°С, и Т90 не более 135°С, давлению пара, скорректированной теплоте сгорания и температуре замерзания. В дополнение к MON важно соответствие требованиям по давлению пара, температурному профилю и минимальной скорректированной теплоте сгорания для пуска и плавной работы авиационных двигателей самолета на большой высоте. Предпочтительно, содержание потенциальных смол должно составлять менее 6 мг/100 мл.
Добиться соответствия жестким требованиям, предъявляемым к неэтилированному высокооктановому авиационному топливу, достаточно трудно. Например, в публикации патентной заявки US 2008/0244963 описано не содержащее свинца авиационное топливо с MON более 100, при этом основные компоненты топлива представлены авиабензином, а второстепенный компонент состоит по меньшей мере из двух соединений из группы сложных эфиров по меньшей мере одной моно- или поликарбоновой кислоты и по меньшей мере одного моно- или полиола, ангидридов по меньшей мере одной моно- или поликарбоновой кислоты. На эти оксигенаты суммарно должно приходиться по меньшей мере 15% об./об., обычно 30% об./об., чтобы композиция соответствовала требованиям по значению ΜΟΝ. Тем не менее, данные топлива при этом не соответствуют требованиям по многим другим характеристикам, таким как теплота сгорания (измеренная или скорректированная), включая даже, зачастую, ΜΟΝ. В качестве другого примера, в патенте US №8313540 описано биогенное реактивное топливо для газотурбинных двигателей, содержащее мезитилен и по меньшей мере один алкан с MON более 100. Однако, при этом данные топлива также не соответствуют требованиям по многим другим характеристикам, таким как теплота сгорания (измеренная или скорректированная), температурный профиль и давление пара.
Толуол
Небольшие количества толуола естественным образом присутствует в сырой нефти и обычно образуются в процессах получения бензина с помощью каталитического риформера, в установке этиленового крекинга или при получении кокса из угля. Конечное отделение, с помощью перегонки или с помощью сольвентной экстракции, осуществляется одним из многих доступных способов экстракции ароматических соединений БТК (бензол, толуол и изомеры ксилола). Толуол, используемый в настоящем изобретении, должен быть сортом толуола, имеющим MON по меньшей мере 107, и содержащий менее 1 об.% С8 ароматических соединений. Кроме того, толуольный компонент должен иметь содержание бензола 0-5 об.%, предпочтительно менее 1 об.%.
Например, авиационный риформат является, как правило, углеводородной фракцией, содержащей по меньшей мере 70% по массе, оптимально по меньшей мере 85% по массе, толуола и содержащей также С8 ароматические соединения (15-50% по массе этилбензола, ксилолов) и С9 ароматические соединения (5-25% по массе пропилбензола, метилбензолов и триметилбензолов). Такой риформат имеет типичное значение MON в диапазоне 102-106 и, как было обнаружено, не подходит для использования в настоящем изобретении.
Толуол предпочтительно присутствует в смеси в количестве от примерно 20 об.%, предпочтительно от примерно 25 об.%, до не более чем примерно 40 об.%, предпочтительно до не более чем примерно 35 об.%, более предпочтительно до не более чем примерно 30 об.%, в расчете на композицию неэтилированного авиационного топлива.
Анилин
Анилин (C6H5NH2), в основном, производится в промышленности в два этапа из бензола. На первом этапе бензол нитруют с использованием концентрированной смеси азотной и серной кислот при 50-60°С, с образованием нитробензола. На втором этапе нитробензол гидрируют, обычно при 200-300°С в присутствии различных металлических катализаторов.
В альтернативном варианте анилин также получают из фенола и аммиака, при этом фенол получают кумольным способом.
На рынке различают три марки анилина: анилиновое масло для синего красителя, которое является чистым анилином; анилиновое масло для красного красителя, представляющее эквимолекулярную смесь анилина и орто- и паратолуидинов; и анилиновое масло для сафранина, которое содержит анилин и ортотолуидин, и образуется из дистиллята (échappés) фуксиновой плавки. Чистый анилин, известный еще как анилиновое масло для синего красителя, желателен для высокооктановых неэтилированных авиабензинов. Анилин предпочтительно присутствует в смеси в количестве от примерно 2 об.%, предпочтительно по меньшей мере примерно 3 об.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 4 об.%, до не более чем примерно 10 об.%, предпочтительно до не более чем примерно 7 об.%, более предпочтительно до не более чем примерно 6 об.%, в расчете на композицию неэтилированного авиационного топлива.
Алкилат и алкилатная смесь
Термин «алкилат» обычно относится к парафину с разветвленной цепью. Парафин с разветвленной цепью обычно получают в результате реакции изопарафина с олефином. Доступны разные сорта изопарафинов с разветвленной цепью, а также их смеси. Сорт определяется диапазоном числа атомов углерода на молекулу, средней молекулярной массой молекул и диапазоном температур кипения алкилата. Обнаружено, что определенная фракция алкилатного потока и его смесь с изопарафинами, такими как изооктан, желательна для получения или обеспечения высокооктанового неэтилированного авиационного топлива по изобретению. Такие алкилат или алкилатная смесь могут быть получены с помощью дистилляции или отбора фракции стандартных алкилатов, доступных в промышленности. Они необязательно смешиваются с изооктаном. Алкилат или алкилатная смесь должны иметь диапазон температур начала кипения от примерно 32°С до примерно 60°С и диапазон температур конца кипения от примерно 105°С до примерно 140°С, предпочтительно до примерно 135°С, более предпочтительно до примерно 130°С, наиболее предпочтительно до примерно 125°С, имеющие Т40 менее 99°С, предпочтительно не более 98°С, Т50 менее 100°С, Т90 менее 110°С, причем алкилат или алкилатная смесь содержат изопарафины с 4-9 атомами углерода, примерно 3-20 об.% С5 изопарафинов, в расчете на алкилат или алкилатную смесь, примерно 3-15 об.% С7 изопарафинов, в расчете на алкилат или алкилатную смесь, и примерно 60-90 об.% С8 изопарафинов, в расчете на алкилат или алкилатную смесь, и менее 1 об.% С10+, предпочтительно менее 0,1 об.%, в расчете на алкилат или алкилатную смесь. Алкилат или алкилатная смесь предпочтительно присутствует в смеси в количестве от примерно более 30 об.%, предпочтительно по меньшей мере примерно 32 об.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 35 об.%, до не более чем примерно 55 об.%, предпочтительно до не более чем примерно 49 об.%, более предпочтительно до не более чем примерно 47 об.%, в расчете на композицию неэтилированного авиационного топлива.
Изопентан
Изопентан присутствует в количестве по меньшей мере 8 об.%, достаточном для достижения давления пара в диапазоне 38-49 кПа. Алкилат или алкилатная смесь также содержат С5 изопарафины, так что это количество обычно варьируется от 5 об.% до 25 об.% в зависимости от содержания С5 в алкилате или алкилатной смеси. Изопентан должен присутствовать в количестве, необходимом для достижения давления пара в диапазоне 38-49 кПа, чтобы соответствовать авиационному стандарту. Общее содержание изопентана в смеси обычно находится в диапазоне от 10 об.% до 26 об.%, предпочтительно в диапазоне от 12 об.% до 18 об.%, в расчете на композицию неэтилированного авиационного топлива.
Сорастворитель
Неэтилированное авиационное топливо может в качестве сорастворителя содержать разветвленный алкилацетат, имеющий алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода. Подходящим сорастворителем может быть, например, третбутилацетат, изобутилацетат, этилгексилацетат, изоамилацетат и третбутиламилацетат или их смеси. Неэтилированные авиационные топлива, содержащие ароматические амины, как правило, значительно более полярны по своей природе, чем традиционные топлива на основе авиационного бензина. В результате, они имеют плохую растворимость в топливах при низких температурах, что может значительно повышать температуру замерзания топлив. Рассмотрим, например, топливо на основе авиационного бензина, содержащее 10% об./об. изопентана, 70% об./об. легкого алкилата и 20% об./об. толуола. Данная смесь имеет ΜΟΝ около 90-93 и температуру замерзания (ASTM D2386) менее -76°С. Добавление 6% мас./мас. (приблизительно 4% об./об.) ароматического амина анилина повышает MON до 96,4. Однако, при этом температура замерзания полученной смеси (снова измеренная по ASTM D2386) повышается до -12,4°С. Существующие стандартные технические требования к авиационному бензину, как определено в ASTM D910, предусматривают максимальную температуру замерзания -58°С. Таким образом, простая замена ТЭС относительно большим количеством альтернативного ароматического соединения, повышающего октановое число, не является эффективным решением для неэтилированного авиационного бензинового топлива. Было обнаружено, что алкилацетаты с разветвленной цепью, содержащие алкильную группу с 4-8 атомами углерода, значительно понижают температуру замерзания неэтилированного авиационного топлива до уровня, соответствующего стандарту ASTM D910 для авиационного топлива. Разветвленный ацетат присутствует в количестве от примерно 7 об.%, предпочтительно от примерно 8 об.% до примерно 14 об.%, предпочтительно до примерно 10 об.%, в расчете на композицию неэтилированного авиационного топлива.
Смешивание
Для получения высокооктанового неэтилированного авиационного бензина смешивание может осуществляться в любом порядке, при условии, что компоненты в достаточной степени перемешиваются. Предпочтительно смешивать полярные компоненты в толуоле, добавляя затем неполярные компоненты для доведения смеси до 100%. Например, ароматический амин и сорастворитель смешивают в толуоле, после чего следует добавление изопентана и алкилатного компонента (алкилата или алкилатной смеси).
Для того, чтобы соответствовать другим требованиям, неэтилированное авиационное топливо по изобретению может содержать одну или несколько присадок, которые специалист в данной области может выбрать из стандартных присадок, применяемых в авиационном топливе. Здесь следует упомянуть (однако без какого-либо ограничения) такие присадки, как антиоксиданты, антиобледенительные вещества, антистатические присадки, ингибиторы коррозии, красители и их смеси.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения описывается способ эксплуатации двигателя воздушного судна и/или воздушного судна, приводимого в действие с помощью такого двигателя; где указанный способ включает введение в зону сгорания двигателя композиции высооктанового неэтилированного авиационного бензинового топлива, описанной в настоящем документе. Двигатель воздушного судна является соответствующим поршневым двигателем с искровым зажиганием. Поршневой двигатель воздушного судна может быть, например, рядного, роторного, V-образного, радиального или горизонтально-оппозитного типа.
Хотя настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты его осуществления будут проиллюстрированы с помощью примеров, подробно описанных в настоящем документе. Следует понимать, что прилагаемое подробное описание не предназначено для ограничения изобретения конкретным описанным вариантом, а наоборот, изобретение будет охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие сущности и объему настоящего изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения. Настоящее изобретение будет проиллюстрировано с помощью следующего иллюстративного варианта осуществления, который представлен только для иллюстрации и не должен пониматься как каким-либо образом ограничивающий заявленное изобретение.
Иллюстративный вариант осуществления
Методы испытаний
Следующие методы испытаний использовали для количественного определения параметров авиационных топлив.
Моторное октановое число: ASTM D2700
Содержание тетраэтилсвинца: ASTM D5059
Плотность: ASTM D4052
Разгонка: ASTM D86
Давление пара: ASTM D323
Температура замерзания: ASTM D2386 и ASTM D5972
Сера: ASTM D2622
Полезная теплота сгорания (NHC): ASTM D3338
Коррозия меди: ASTM D130
Стойкость к окислению - Потенциальные смолы: ASTM D873
Стойкость к окислению - Осаждение свинца: ASTM D873
Взаимодействие с водой - Изменение объема: ASTM D1094
Подробный анализ углеводородов: ASTM 5134
Примеры 1-9
Композиции авиационного топлива по изобретению смешивали следующим образом. Толуол, имеющий MON 107 (от VP Racing Fuels Inc.), смешивали с анилином (от Univar NV) при перемешивании.
Изооктан (от Univar NV) и узкую фракцию алкилата, имеющую характеристики, указанные в таблице ниже (от Shell Nederland BV Chemie), заливали в смесь в произвольном порядке. Затем добавляли третбутилацетат или изобутилацетат (от Univar NV) с последующим добавлением изопентана (от Matheson Tri-Gas, Inc.) для доведения смеси до 100%.
| Таблица 1 | |
| Характеристики узкой фракции алкилата | |
| Температура начала кипения, ТНК (ASTM D86, °С) | 39,1 |
| Температура конца кипения, ТКК (ASTM D86, °C) | 115,1 |
| Т40 (ASTM D86, °C) | 94,1 |
| Т50 (ASTM D86, °C) | 98 |
| T90 (ASTM D86, °C) | 105,5 |
| Об.% изо-С5 | 14,52 |
| Об.% изо-С7 | 7,14 |
| Об.% изо-С8 | 69,35 |
| Об.% С10+ | 0 |
Пример 1
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 23 об.%
Изооктан - 20 об.%
Толуол с высоким MON - 25 об.%
Анилин - 5 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| MON | 102,5 |
| RVP, кПа | 38,61 |
| Температура замерзания, °С | <-65 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,760 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 43,4 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 45,0 |
| Взаимодействие с водой, мл | 0 |
| Т10, °С | 58,6 |
| Т40, °С | 92,7 |
| Т50, °С | 99,7 |
| Т90, °С | 109,3 |
| ТКК, °С | 173,3 |
Пример 2
Изопентан - 17 об.%
Узкая фракция алкилата - 24 об.%
Изооктан - 20 об.%
Толуол - 25 об.%
Анилин - 5 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| ΜΟΝ | 102,5 |
| RVP, кПа | 38,61 |
| Температура замерзания, °С | <-66 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,751 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,84 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,82 |
| Т10, °С | 74,4 |
| Т40, °С | 99,2 |
| Т50, °С | 101,1 |
| Т90, °С | 110,8 |
| ТКК, °С | 182,9 |
Пример 3
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 23 об.%
Изооктан - 20 об.%
Толуол с высоким ΜΟΝ - 25 об.%
Анилин - 5 об.%
Изобутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| ΜΟΝ | 101,1 |
| RVP, кПа | 46,82 |
| Температура замерзания, °С | -60 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,759 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 43,43 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 45,32 |
| Т10, °С | 65,1 |
| Т40, °С | 99,9 |
| Т50, °С | 103,2 |
| Т90, °С | 116,7 |
| ТКК, °С | 177,9 |
Пример 4
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 41 об.%
Толуол с высоким ΜΟΝ - 25 об.%
Анилин - 6 об.%
Третбутилацетат - 10 об.%
| Характеристика | |
| ΜΟΝ | 103,2 |
| RVP, кПа | 47,78 |
| Температура замерзания, °С | -60 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,762 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 43,35 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 45,22 |
| Т10, °С | 61,2 |
| Т40, °С | 97,9 |
| Т50, °С | 102,1 |
| Т90, °С | 118,6 |
| ТКК, °С | 179,8 |
Пример 5
Изопентан - 16 об.%
Узкая фракция алкилата - 38 об.%
Толуол с высоким MON - 30 об.%
Анилин - 6 об.%
Третбутилацетат - 10 об.%
| Характеристика | |
| MON | 102,2 |
| RVP, кПа | 46,4 |
| Температура замерзания, °С | <-65,5 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,774 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,53 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,19 |
| Т10, °С | 65 |
| Т40, °С | 99,7 |
| Т50, °С | 102,9 |
| Т90, °С | 115,3 |
| ТКК, °С | 179,4 |
Пример 6
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 32 об.%
Толуол с высоким MON - 35 об.%
Анилин - 6 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| MON | 101,9 |
| RVP, кПа | 48,26 |
| Температура замерзания, °С | -60 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,779 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,85 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,61 |
| Т10, °С | 62,4 |
| Т40, °С | 100,6 |
| Т50, °С | 103,9 |
| Т90, °С | 114,3 |
| ТКК, °С | 177,9 |
Пример 7
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 38 об.%
Толуол с высоким ΜΟΝ - 30 об.%
Анилин - 5 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| ΜΟΝ | 101,3 |
| RVP, кПа | 48,54 |
| Температура замерзания, °С | <-80 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,771 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,8 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,2 |
| Взаимодействие с водой, мл | 1 |
| Т10, °С | 62,8 |
| Т40, °С | 100,4 |
| Т50, °С | 103,8 |
| Т90, °С | 114,2 |
| ТКК, °С | 179,6 |
Пример 8
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 24 об.%
Изооктан - 20 об.%
Толуол с высоким ΜΟΝ - 25 об.%
Анилин - 4 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| ΜΟΝ | 101,2 |
| RVP, кПа | 45,23 |
| Температура замерзания, °С | <-79 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,759 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,87 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,55 |
| Взаимодействие с водой, мл | 0 |
| Т10, °С | 65 |
| Т40, °С | 98,7 |
| Т50, °С | 101,6 |
| Т90, °С | 110,7 |
| ТКК, °С | 161,2 |
Пример 9
Изопентан - 18 об.%
Узкая фракция алкилата - 20 об.%
Изооктан - 20 об.%
Толуол с высоким MON - 30 об.%
Анилин - 3 об.%
Третбутилацетат - 9 об.%
| Характеристика | |
| MON | 100,9 |
| RVP, кПа | 38,2 |
| Температура замерзания, °С | <-70 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,774 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,38 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 43,99 |
| Взаимодействие с водой, мл | 0 |
| Т10, °С | 71,2 |
| Т40, °С | 100 |
| Т50, °С | 102 |
| Т90, °С | 109,6 |
| ТКК, °С | 158,8 |
Характеристики алкилатной смеси
Характеристики алкилатной смеси, содержащей 1/2 узкой фракции алкилата (имеющей указанные выше характеристики) и 1/2 изооктана, показаны в таблице 2 ниже.
| Таблица 2 | |
| Характеристики алкилатной смеси | |
| Температура начала кипения, ТНК (ASTM D86, °С) | 54,0 |
| Температура конца кипения, ТКК (ASTM D86, °C) | 117,5 |
| Т40 (ASTM D86, °C) | 97,5 |
| T50 (ASTM D86, °C) | 99,0 |
| T90 (ASTM D86, °C) | 102,5 |
| Об.% изо-С5 | 5,17 |
| Об.% изо-С7 | 3,60 |
| Об.% изо-С8 | 86,83 |
| Об.% С10+ | 0,1 |
Параметры сгорания
В дополнение к физическим характеристикам, авиационный бензин должен хорошо работать в авиационном двигателе возвратно-поступательного действия с искровым зажиганием. Сравнение с имеющимся в продаже существующим этилированным авиационным бензином является самым простым способом оценки параметров сгорания нового авиационного бензина.
В таблице 3 ниже представлены измеренные рабочие параметры двигателя Lycoming ТIO-540 J2BD для авиабензина из примера 1 и коммерчески приобретенного авиабензина 100LL (FBO 100LL).
Как можно видеть из таблицы 3, авиационный бензин по изобретению обеспечивает сходные рабочие параметры двигателя по сравнению с эталонным этилированным топливом. Данные, представленные в таблице 3, были получены при использовании шестицилиндрового возвратно-поступательного авиационного поршневого двигателя с искровым зажиганием Lycoming ТIO-540 J2BD, установленного на стенде с динамометром для испытания двигателей. Особого внимания заслуживают значения расхода топлива. Принимая во внимание повышенную плотность топлива, можно было бы ожидать, что для испытуемого топлива потребуется значительно более высокий расход топлива для обеспечения аналогичной мощности двигателя. Как видно из таблицы 3, наблюдаемые значения расхода топлива очень близки для всех условий испытаний, дополнительно поддерживая использование скорректированной теплоты сгорания (НОС*) для компенсации влияния плотности топлива при оценке воздействия топлива на дальность полета воздушного судна.
В целях обеспечения прозрачности с существующим этилированным бензином, способность авиационного двигателя работать в пределах своих сертифицированных рабочих параметров, таких как температуры головок цилиндров и температуры на входе в турбину для ряда топливовоздушных смесей, при использовании неэтилированного авиационного топлива оценивали с помощью сертификационного испытания двигателя, обычно представляемого в FAA для новых двигателей. Испытание проводили для неэтилированного авиационного топлива примера 1, результаты которого показаны на фиг. 1-8, и для коммерческого топлива 100LL, результаты которого показаны на фиг. 9-16. Детонационные характеристики были получены с использованием методики, определенной в ASTM D6424. Как можно видеть на фиг. 1, 3, 5 и 7 для испытуемого топлива примера 1 и на фиг. 9, 11, 13 и 15 для эталонного топлива FBO 100LL (101 MON), двигатель Lycoming IO 540 J2BD был способен работать без проблем в пределах всего сертифицированного рабочего диапазона при использовании авиационного топлива примера 1, без заметного изменения рабочих параметров по сравнению с работой на эталонном топливе 100LL.
Для того, чтобы полностью оценить способность двигателя работать правильно при использовании данного топлива во всем рабочем диапазоне, следует учитывать стойкость топлива к детонации. Соответственно, топливо исследовали в отношении детонации по сравнению с эталонным топливом FBO 100LL (101 MON) в четырех наборах условий: 2575 об/мин при постоянном давлении наддува (пример 1 на фиг. 2, 100LL эталон на фиг. 10), 2400 об/мин при постоянном давлении наддува (пример 1 на фиг. 4, 100LL эталон на фиг. 12), 2200 об/мин при постоянном давлении наддува (пример 1 на фиг. 6, 100LL эталон на фиг. 14) и 2757 об/мин при постоянной мощности (пример 1 на фиг. 8, 100LL эталон на фиг. 16). Эти условия обеспечивают наиболее чувствительные к детонации рабочие зоны для данного двигателя, и охватывают работу как на обедненной смеси, так и на обогащенной смеси.
Как можно видеть из детонационных графиков, на которые приводится ссылка выше, неэтилированное авиационное топливо по изобретению ведет себя аналогично традиционному 100LL этилированному авиационному топливу. Особенно важно, что неэтилированное топливо подвергается детонации с более низким расходом топлива, чем аналогичное этилированное топливо. Кроме того, при детонации наблюдаемая интенсивность данного эффекта, как правило, меньше, чем интенсивность, обнаруживаемая для этилированного эталонного топлива.
Совместимость материалов
Материал (нитриловый каучук в мягких крыльевых топливных баках Piper Saratoga: код детали 461-710) замачивали в 500 мл авиационного топлива в лабораторном стеклянном стакане с завинчиваемой крышкой и оставляли при комнатной температуре на 28 дней.
Материал испытывали с двумя топливами: примера 1 и авиационным бензином FBO 100LL.
По окончании периода замачивания материал извлекали из топлив, сушили на воздухе и визуально осматривали. Материал не проявлял расслоения, разбухания, усадки или какого-либо другого ухудшения при визуальном осмотре.
Поэтому делали вывод, что материал «проходит» данный тест.
Сравнительные примеры А-К
Сравнительные примеры А и В
Получали высокооктановый неэтилированный авиационный бензин, использующий большие количества оксигенированных веществ, как описано в публикации патентной заявки US 2008/0244963, в качестве смеси Х4 и смеси Х7. Риформат содержал 14 об.% бензола, 39 об.% толуола и 47 об.% ксилола.
| Сравнительный пример А Смесь Х4 | Об.% | Сравнительный пример В Смесь Х7 | Об.% |
| Изопентан | 12,25 | Изопентан | 12,25 |
| Авиационный алкилат | 43,5 | Авиационный алкилат | 43,5 |
| Риформат | 14 | Риформат | 14 |
| Диэтилкарбонат | 15 | Диэтилкарбонат | 8 |
| м-толуидин | 3 | м-толуидин | 2 |
| Метилизобутилкетон (МИБК) | 12,46 | Метилизобутилкетон (МИБК) | 10 |
| фенетол | 10 |
| Характеристика | Смесь Х4 | Смесь Х7 |
| MON | 100,4 | 99,3 |
| RVP, кПа | 35,6 | 40,3 |
| Температура замерзания, °С | -51,0 | -70,0 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,778 | 0,781 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 38,017 | 39,164 |
| Характеристика | Смесь X4 | Смесь X7 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 38,47 | 39,98 |
| Содержание кислорода, м.% | 8,09 | 6,16 |
| T10, °С | 73,5 | 73 |
| T40, °С | 102,5 | 104 |
| T50, °С | 106 | 108 |
| T90, °С | 125,5 | 152,5 |
| ТКК, °С | 198 | 183 |
Трудность достижения соответствия одновременно множеству критериев ASTM D-910 очевидна из этих результатов. Такой подход к разработке высокооктанового неэтилированного авиационного бензина обычно приводит к недопустимому падению значения теплоты сгорания (>10% ниже требования стандарта ASTM D910) и температуры конца кипения. Даже после корректировки для более высокой плотности этих топлив скорректированная теплота сгорания остается слишком низкой.
Сравнительные примеры С и D
Высокооктановый неэтилированный авиационный бензин, использующий большие количества мезитилена, описанный как Swift 702 в патенте US № 8313540, предоставляется в качестве сравнительного примера C. Высокооктановый неэтилированный бензин, описанный в примере 4 публикации патентной заявки US 20080134571 и US 20120080000, предоставляется в качестве сравнительного примера D.
| Сравнительный пример С | Об.% | Сравнительный пример D | Об.% |
| Изопентан | 17 | Изопентан | 3,5 |
| Мезитилен | 83 | Изооктан | 45,5 |
| Толуол | 23 | ||
| Ксилолы | 21 | ||
| Анилин | 7 |
| Характеристика | Сравнительный пример С | Сравнительный пример D |
| MON | 105 | 104 |
| RVP, кПа | 35,16 | 17,79 |
| Температура замерзания, °С | -20,5 | -41,5 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
<0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,830 | 0,794 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 41,27 | 42,20 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,87 | 43,86 |
| T10, °С | 74,2 | 100,4 |
| T40, °С | 161,3 | 108,3 |
| T50, °С | 161,3 | 110,4 |
| T90, °С | 161,3 | 141,6 |
| Характеристика | Сравнительный пример С | Сравнительный пример D |
| ТКК, °С | 166,1 | 180,2 |
Как можно видеть из характеристик, температура замерзания является слишком высокой для обоих сравнительных примеров С и D.
Сравнительные примеры Е-К
Ниже представлены другие сравнительные примеры с иными компонентами. Как можно видеть из выше- и нижеприведенных примеров, изменение в составе привело по меньшей мере к одному из нижеперечисленного: ΜΟΝ является слишком низким, RVP является или слишком высоким или низким, температура замерзания является слишком высокой, или теплота сгорания является слишком низкой.
| Сравнительный пример Ε | Об.% | Сравнительный пример F | Об.% |
| Изопентан | 10 | Изопентан | 15 |
| Авиационный алкилат | 60 | Изооктан | 60 |
| м-ксилол | 30 | толуол | 25 |
| Характеристика | Сравнительный пример Ε | Сравнительный пример F |
| ΜΟΝ | 93,6 | 95,4 |
| RVP, кПа | 40 | 36,2 |
| Температура замерзания, °С | <-80 | <-80 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,738 | 0,730 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 43,11 | 43,27 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,70 | 44,83 |
| Т10, °С | 68,4 | 76,4 |
| Т40, °С | 106,8 | 98,7 |
| Т50, °С | 112 | 99,7 |
| Т90, °С | 134,5 | 101,3 |
| ТКК, °С | 137,1 | 115,7 |
| Сравнительный пример G | Об.% | Сравнительный пример Η | Об.% |
| Изопентан | 15 | Изопентан | 10 |
| Изооктан | 75 | Авиационный алкилат | 69 |
| Толуол | 10 | толуол | 15 |
| м-толуидин | 6 |
| Характеристика | Сравнительный пример G | Сравнительный пример Η |
| ΜΟΝ | 96 | 100,8 |
| RVP, кПа | 36,9 | 44,8 |
| Температура замерзания, °С | <-80 | -28,5 |
| Характеристика | Сравнительный пример G | Сравнительный пример Η |
| Плотность, г/мл | 0,703 | 0,729 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) | <0,01 (<0,026) |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,01 | 43,53 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 45,49 | 45,33 |
| Т10, °С | 75,3 | 65 |
| Т40, °С | 97,1 | 96,3 |
| Т50, °С | 98,4 | 100,6 |
| Т90, °С | 99,1 | 112,9 |
| ТКК, °С | 111,3 | 197,4 |
| Сравнительный пример I | Об.% | Сравнительный пример J | Об.% |
| Изопентан | 15 | Изопентан | 15 |
| Узкая фракция алкилата | 24 | Узкая фракция алкилата | 24 |
| Изооктан | 25 | Изооктан | 25 |
| Толуол | 25 | толуол | 25 |
| Анилин | 6 | Анилин | 6 |
| Изобутилацетат | 5 | Третбутилацетат | 5 |
| Характеристика | Сравнительный пример I | Сравнительный пример J |
| MON | 100,8 | 100,7 |
| RVP, кПа | 40,61 | 34,06 |
| Температура замерзания, °С | -46 | -29,5 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,757 | 0,758 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,85 | 42,81 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,51 | 44,46 |
| Т10, °С | 69 | 78 |
| Т40, °С | 99,5 | 100,5 |
| Т50, °С | 102,5 | 101,5 |
| Т90, °С | 115 | 113,5 |
| ТКК, °С | 184 | 180 |
| Сравнительный пример К | Об.% |
| Изопентан | 15 |
| Узкая фракция алкилата | 24 |
| Изооктан | 25 |
| Толуол | 25 |
| Анилин | 6 |
| 2-этилгексанол | 5 |
| Характеристика | Сравнительный пример К |
| MON | 98,8 |
| RVP, кПа | 40,26 |
| Температура замерзания, °С | -27 |
| Содержание свинца, г/галлон (г/л) | <0,01 (<0,026) |
| Плотность, г/мл | 0,756 |
| Полезная теплота сгорания, МДж/кг | 42,87 |
| Скорректированная полезная теплота сгорания, МДж/кг | 44,53 |
| Т10, °С | 68 |
| Т40, °С | 100 |
| Т50, °С | 102,5 |
| Т90, °С | 133,5 |
| ТКК, °С | 182,5 |
1. Композиция неэтилированного авиационного топлива, имеющая MON по меньшей мере 99,6, содержание серы менее 0,05% мас., содержание CHN по меньшей мере 97,2% мас., содержание кислорода менее 2,8% мас., T10 не более 75°C, T40 по меньшей мере 75°C, T50 не более 105°C, T90 не более 135°C, температуру конца кипения менее 190°C, скорректированную теплоту сгорания по меньшей мере 43,5 МДж/кг, давление паров в диапазоне 38-49 кПа и содержащая:
20-35 об.% толуола, имеющего MON по меньшей мере 107;
2-10 об.% анилина;
30-55 об.% по меньшей мере одного алкилата или алкилатной смеси, имеющих диапазон температур начала кипения 32-60°С и диапазон температур конца кипения 105-140°С, имеющих T40 менее 99°C, T50 менее 100°С, T90 менее 110°C, причем алкилат или алкилатная смесь содержат изопарафины с 4-9 атомами углерода, 3-20 об.% С5 изопарафинов, 3-15 об.% C7 изопарафинов и 60-90 об.% С8 изопарафинов в расчете на алкилат или алкилатную смесь и менее 1 об.% С10+ в расчете на алкилат или алкилатную смесь;
7-14 об.% разветвленного алкилацетата, имеющего алкильную группу с разветвленной цепью с 4-8 атомами углерода; и
8-26 об.% изопентана в количестве, достаточном для достижения давления паров в диапазоне 38-49 кПа;
при этом указанная топливная композиция содержит менее 1 об.% C8 ароматических соединений; и
где скорректированная теплота сгорания может быть вычислена с использованием следующего уравнения:
HOC* = (HOCv/плотность)+(% увеличения дальности/% увеличения полезной грузоподъемности + 1),
где HOC* является скорректированной теплотой сгорания (МДж/кг), HOCv является удельной энергией в единице объема (МДж/л), полученной из фактического определения теплоты сгорания, плотность является плотностью топлива (г/л), % увеличения дальности является увеличением дальности полета воздушного судна в процентах относительно 100LL (HOCLL), вычисленным с помощью HOCv и HOCLL для фиксированного объема топлива, и % увеличения полезной грузоподъемности является соответствующим увеличением полезной грузоподъемности за счет массы топлива, выраженным в процентах.
2. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой общее содержание изопентана составляет 17-26 об.%.
3. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, имеющая содержание потенциальных смол менее 6 мг/100 мл.
4. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой присутствует менее 0,2 об.% алканолов и простых эфиров.
5. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, дополнительно содержащая присадку авиационного топлива.
6. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой температура замерзания составляет менее -58°C.
7. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой отсутствуют спирты с прямой цепью и нециклические простые эфиры.
8. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой суммарное количество толуола и разветвленного алкилацетата в топливной композиции составляет более 30 об.%.
9. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 8, в которой суммарное количество толуола и разветвленного алкилацетата в топливной композиции составляет более 31 об.%.
10. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, характеризующаяся изменением объема в результате взаимодействия с водой в пределах +/- 2 мл согласно ASTM D1094.
11. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 9, в которой суммарное количество толуола и разветвленного алкилацетата в топливной композиции составляет более 33 об.%.
12. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой разветвленный алкилацетат выбран из группы, состоящей из третбутилацетата, изобутилацетата, этилгексилацетата, изоамилацетата, третбутиламилацетата и их смесей.
13. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой температура конца кипения составляет не более 180°C.
14. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, в которой алкилат или алкилатная смесь характеризуются содержанием C10+ менее 0,1 об.% в расчете на алкилат или алкилатную смесь.
15. Композиция неэтилированного авиационного топлива по п. 1, имеющая содержание бензола 0-5 об.%.
