ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1998 года по МПК C10L1/22 

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности, к топливным композициям, используемым в двигателях внутреннего сгорания.

Известны топливные композиции, представляющие собой:
Композицию пускового топлива, содержащую серный эфир, газовый бензин, изопропилнитрат, антиокислительные и антиизносные присадки и добавку диоксана в количестве 0,01-1,50 мас.%, снижающего поверхностное натяжение жидкости, обеспечивающего лучшее химическое распыление и повышающего испарение (авт. св. N 486036, C 10 L 1/18, 1975). Недостатком композиции является ядовитость диоксана;
композицию дизельных фракций и полифункциональных полимерных перекисей в количестве 0,01-1,50 мас.%, повышающие скорость воспламенения дизельных топлив, улучшающие процесс их горения и повышающие цетановое число (авт. св. N 236897, C 10 L 1/18, 1969). Однако данная композиция не применима для двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близкой к предлагаемой композиции по технической сущности и достигаемому результату является топливная композиция на основе бензина с добавлением двухосновной калиевой соли полиизобутилзамещенной янтарной кислоты в количестве 4•10^-4-5•10^-5 мас.%, улучшающей процессы сгорания, в частности, раннего воспламенения и скорости распространения пламени в цилиндре (авт. св. N 1568891, C 10 L 1/18, 1990). Данная композиция не регулирует фракционный состав бензинов.

Известно, что испаряемость топлив имеет большое значение для надежной работы двигателей (особенно в период запуска), во время хранения (особенно для бензинов и топлив, начало кипения которых лежит в пределах 60^oC) (Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология.-М.: Химия, 1986, 366 с.). В бензинах, вследствие возможных потерь легких фракций происходят следующие изменения: уменьшается октановое число, повышается температура начала кипения и температура выкипания 10, 50 и 90%, а в некоторых случаях может повыситься температура конца кипения бензинов, уменьшается давление насыщенных паров. В результате ухудшения пусковых свойств бензинов осложняется запуск двигателя. Потери головных фракций и утяжеление фракционного состава бензина приводят к затруднению запуска двигателей при низких температурах. В то же время облегчение фракционного состава бензинов вызывает иные осложнения при эксплуатации - образование паровых пробок в системе питания двигателей. Появление паровых пробок вызвано следующим. При нагревании бензина в топливной системе низкокипящие углеводороды испаряются, образуя пары, объем которых в 150-200 раз превосходит объем жидкой фазы. При работе автомобильного двигателя в летнее время года в условиях высоких температур бензин может нагреться до такой температуры, при которой образуется очень много паров, и горючая смесь в результате резкого обеднения не может воспламениться от искры зажигания. Двигатель при этом "глохнет". Для улучшения пусковых свойств бензинов желательно большее содержание низкокипящих фракций, а с целью предупреждения образования паровых пробок в топливной системе двигателя необходимо меньшее содержание таких фракций. Следовательно, оптимизация фракционного состава бензинов является одной из основных проблем надежности эксплуатации автомобилей в любое время года и во всех климатических условиях.

В связи с этим задачей изобретения является разработка топливной композиции, позволяющей регулировать фракционный состав и испаряемость бензинов.

Поставленная задача решается предлагаемой топливной композиций, содержащей бензиновые фракции и добавку, отличительной особенностью которой является то, что в качестве добавки она содержит диэтаноламиновую соль пропионовой кислоты или продукт взаимодействия диэтаноламина со смесью этилгексанола и оксиэтилированного алкилфенола или продукт взаимодействия диэтаноламина со смесью фракции синтетических жирных спиртов (C₇-C₁₂ и оксиэтилированного алкилфенола в количестве 1•10^-5 - 1•10^-3 мас.%. (Абрамзон А.А. и др. Поверхностно-активные вещества. -Л.: Химия, 1988, с. 199).

Указанные добавки синтезируют по реакции Манниха (Беккер Г. и др. Органикум/ Практикум по органической химии. Т.II -М.: Мир, 1979, с. 152). Проведение синтеза описывается в примерах. Топливные композиции готовят введением расчетных количеств добавки и последующим перемешиванием смеси в течение 20-30 мин при температуре 40-60^oC.

Пример 1. Синтез диэтаноламиновой соли пропионовой кислоты (добавка 1). В колбу, снабженную ловушкой Дина-Старка, загружают 19,98 г пропионовой кислоты, 12,4 г водного раствора формальдегида и 136 мл бензола, при постоянном перемешивании и подаче азота подогревают смесь до кипения и в течение 30 мин прибавляют 14,3 г диэтаноламина, предварительно расплавленного на водяной бане. Реакционную массу кипятят при перемешивании еще 1,5 ч до прекращения выделения воды в ловушку Дина-Старка. После этого реакционную массу охлаждают, отгоняют бензол. Полученный продукт (выход составляет 86% от теоретического) представляет собой вязкую жидкость темно-бурого цвета, с характерным запахом.

Пример 2. Синтез продукта взаимодействия диэтаноламина со смесью этилгексанола и оксиэтилированного алкилфенола (добавка 2). В колбу, снабженную ловушкой Дина-Старка, загружают 225,18 г смеси этилгексанола и оксиэтилированного алкилфенола формулы C_nH_2n+1C₆H₄O(CH₂CH₂O)_mH, где n=8-10, m= 10-12, взятых в соотношении 1:1, 12,4 г водного раствора формальдегида и 136 мл бензола, при постоянном перемешивании и подаче азота подогревают смесь до кипения и в течение 30 мин прибавляют 14,3 г диэтаноламина, предварительно расплавленного на водяной бане. Далее реакцию ведут как в примере 1.

Пример 3. Синтез продукта взаимодействия диэтаноламина со смесью фракции синтетических жирных спиртов C₇-C₁₂ и оксиэтилированного алкилфенола (добавка 3). В колбу, снабженную ловушкой Дина-Старка, загружают 230,31 г смеси фракции синтетических жирных спиртов C₇-C₁₂ и оксиэтилированного алкилфенола формулы C_nH_2n+1C₆H₄O(CH₂CH₂O)_mH, где n=8-10, m=10-12, взятых в соотношении 1: 1, 12,4 г водного раствора формальдегида и 136 мл бензола, при постоянном перемешивании и подаче азота подогревают смесь до кипения и в течение 30 мин прибавляют 14,3 г диэтаноламина, предварительно расплавленного на водяной бане. Далее реакцию ведут как в примере 1.

Пример 4. Приготовление композиции, содержащей 1•10^-3 мас.% добавки 1. К 2999,97 г бензиновых фракций, составляющих основу бензина А-76 без товарных присадок, добавляют 0,03 г диэтаноламиновой соли пропионовой кислоты. Смесь подогревают до 60^oC и перемешивают механической мешалкой в течение 20 мин. Далее полученная композиция исследуется стандартным методом с целью получения характеристик
Аналогично готовятся топливные композиции, содержащие добавку 1 в количестве 5•10^-4, 1•10^-4, 5•10^-5, 1•10^-5 мас.%. Результаты исследования приготовленных композиций приведены также в табл. 1.

Пример 5. Композиция, содержащая 1•10^-3 мас.% добавки 2 готовится аналогично приготовлению композиции, содержащей добавку 1 в примере 4. Аналогично готовятся композиции с другими концентрациями добавки 2. Результаты исследования свойств этих композиций приведены в табл. 2.

Пример 6. Композиция, содержащая 1•10^-3 мас.% добавки 3 готовится аналогично приготовлению композиции, содержащей добавку 1 в примере 4. Аналогично готовятся композиции с другими концентрациями добавки 3. Результаты исследования свойств этих композиций приведены в табл. 3.

Из данных табл. 1-3 видно, что в зависимости от концентрации добавки действие добавок меняется. Меньшие концентрации добавок увеличивают температуры выкипания отдельных фракций (нк, 10%). С увеличением концентрации добавок действие добавки меняется - уменьшаются температуры выкипания отдельных фракций (нк, 10%). Введение добавок и изменение их концентраций в бензине изменяет силы межмолекулярного взаимодействия в системе, что позволяет регулировать испарение, следствием чего является изменение фракционного состава топлива. (Сюняев З. И. и др. Нефтяные дисперсные системы.-М.: Химия, 1990, 224 с.)
Данный эффект позволяет улучшить фракционный состав бензина, не ухудшая остальных эксплуатационных свойств. В ряде случаев на НПЗ бракуется партия топлива, не соответствующая по фракционному составу параметрам ГОСТ. Для достижения требуемого качества обычно проводят трудоемкую операцию компаундирования больших объемов топлив разного качества, что требует значительных дополнительных материальных затрат. Также возможно ухудшение фракционного состава бензина в процессе длительного хранения и транспортировки, когда происходит испарение легкокипящих углеводородов и температуры кипения легких фракций повышаются. Применение добавок позволяет доводить свойства выбракованных партий топлива до товарных требований, улучшить свойства топлива непосредственно у потребителя, что особенно важно в южных районах, где необходимо повышение температуры начала кипения, 10% выкипания топлива для обеспечения лучшего пуска двигателя.

Сущность изобретения: топливная композиция на основе бензиновой фракции содержит 1,10 - 1,10 мас.% диэтаноламиновой соли пропионовой кислоты или продукты взаимодействия диэтаноламина со смесью этилгексанола и оксиэтилированного алкилфенола, или продукта взаимодействия диэтаноламина со смесью фракции жирных спиртов С₇ - С₁₂ и оксиэтилированного алкилфенола. 3 табл.

Топливная композиция на основе бензиновой фракции с добавлением присадки, отличающаяся тем, что в качестве присадки она содержит диэтаноламиновую соль пропионовой кислоты, или продукт взаимодействия диэтаноламина со смесью этилгексанола и оксиэтилированного алкилфенола, пли продукт взаимодействия диэтаноламина со смесью фракции жирных спиртов С₇ - С_1 2 и оксиэтилированного алкилфенола в количестве 1 • 10^- 5 - 1 • 10^- 3 мас.%.