БЕЗЗОЛЬНАЯ ВЫСОКООКТАНОВАЯ ДОБАВКА К АВТОМОБИЛЬНЫМ БЕНЗИНАМ Российский патент 1999 года по МПК C10L1/18 C10L1/22 

Изобретение относится к составу беззольной добавки к автомобильным бензинам, улучшающей их антидетонационные, эксплуатационные и экологические свойства.

Известно использование в качестве антидетонационной присадки в составе автомобильных бензинов N-метиланилина (М.О. Лернер, "Химические регуляторы горения моторных топлив", М, "Химия", 1979 г, с. 84-89). Эта присадка позволяет получать прирост октанового числа до 5 единиц при концентрации ее в бензине не более 1,3% мас. Дальнейшее повышение ее концентрации приводит к значительному усилению образования отложений в системе подачи топлива.

Как высокооктановые компоненты бензинов известны и практически используются оксигенаты, к которым относятся низкомолекулярные спирты, их простые эфиры и их смеси ("Химия и технология топлив и масел", 1994, N2, 35-38). Использование оксигенатов способствует снижению образования углеродистых отложений и уменьшает содержание токсичной окиси углерода в отработавших газах. Основным недостатком оксигенатов является их малая антидетонационная эффективность и необходимость использования в больших концентрациях, приводящая к удорожанию бензина. Кроме того, их высокая влагопоглощающая способность может явиться причиной усиления коррозии тары, двигателя и расслоения топлива.

Известна добавка к моторному топливу (Патент РФ N 2102437, кл. C 10 L 1/18, 1/30, 1996) на основе продукта этерификации метилового спирта бутиленами, содержащая 50-85% мас. метил-трет-бутилового эфира и 15-50% мас. трет-бутилового спирта с добавлением органического соединения марганца 0,03-0,6 мас. % в пересчете на марганец. Высокое содержание дорогостоящего органического соединения марганца в этой добавке приводит к повышению цены бензинов и быстрому выводу из строя каталитических дожигателей отработавших газов.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой добавке к бензину является многофункциональная присадка к углеводородным топливам для двигателей внутреннего сгорания (Патент РФ N 2078118, кл. C 10 L 1/18, 1/22, 1995) на основе оксигенатов с добавлением C₆-C₈-ароматических аминов 7 - 94%, экранированных фенолов или бисфенолов 0,1 - 2%, продуктов взаимодействия C₁₀-C₄₀-алифатических аминов или C₆-C₈-ароматических аминов, оксиэтилированных C₈-C₉-алкилфенолов с 4-12 оксиэтильными группами с окисленными углеводородами или одноосновными C₁₀-C₂₂-жирными кислотами или двухосновными C₁₀-C₂₀-кислотами или смеси продуктов взаимодействия 0,5 - 10% и аминофенолов 0,1 - 2%. В качестве оксигенатов содержит метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), его смеси с изобутиловым, метиловым или этиловым спиртом, маслом или диоксановыми спиртами (прототип).

Недостатком этой присадки является ее малая антидетонационная эффективность. Наиболее высокой эффективностью обладают образцы с очень высоким (3 - 3,7% мас. ) содержанием N-метиланилина, наиболее токсичного, дорогого и дефицитного компонента (см. таблицу 3, образцы 8, 9, 10 прототипа). Практическое применение N-метиланилина в настоящее время ограничено концентрацией 1,3% мас. в сочетании с моющими присадками или без них из-за низкой химической стабильности и снижения эксплуатационных свойств автобензинов.

Наиболее эффективный образец 8 прототипа в концентрации 5% в бензине, при которой концентрация N-метиланилина составляет 1,3% мас., дает прирост октанового числа по моторному методу в бензине А-76 около 5 единиц.

Испытаниями на двигателе ЗМЗ-53 (ГАЗ) по ездовому циклу за 20 часов на бензине А-76, полученном на базе прямогонного бензина с добавлением образца 8 (по патенту РФ N 2078118, прототип), показано, что через 20 часов работы двигателя количество отложений в верхней части поршня увеличилось на 73% по сравнению с работой на бензине А-76 без добавки.

Кроме того, технология производства этой присадки энергоемка и практическое использование ее экономически не выгодно.

Целью настоящего изобретения является создание состава беззольной добавки к автомобильным бензинам, обладающей высокой антидетонационной эффективностью при сохранении на высоком уровне эксплуатационных и экологических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается добавка на основе метил-трет- бутилового эфира, N-метиланилина, метанола и моющей присадки с добавлением третичного бутилового спирта (ТБС) и N,N-диметиланилина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
N-метиланилин - 6,5 - 70
N,N-диметиланилин - 0,5 - 5
Третичный бутиловый спирт - 0,5 - 27
Метанол - 0,5-30
Моющая присадка - не более 6
Метил-трет-бутиловый эфир - до 100%
Повышение антидетонационной эффективности при использовании предлагаемой добавки обеспечивается использованием в ее составе синергетической смеси МТБЭ и ТБС с содержанием ТБС от 0,5 до 30% мас., предпочтительно от 15 до 25% мас. Использование синергетической композиции в предлагаемом составе позволяет повысить прирост октанового числа на 1-3,5 единицы по сравнению с аналогичным составом, имеющем с составе один МТБЭ. Синергетический эффект увеличивается с повышением концентрации смеси МТБЭ и ТБС указанного соотношения в топливе.

Предлагаемая высокооктановая добавка вводится в бензин любых марок в концентрации до 20% мас. Максимальная концентрация предлагаемой добавки в бензине определяется содержанием N-метиланилина и должна быть таковой, чтобы концентрация N-метиланилина не превышала 1,3% мас. Снижение концентрации N-метиланилина в бензине, приготовленном с использованием предлагаемой добавки, по сравнению с прототипом позволяет предотвратить образование большого количества отложений в системе подачи топлива и обеспечивает более высокий уровень эксплуатационных свойств.

В предлагаемом составе предпочтительно использование технического N-метиланилина с примесью минимального количества анилина, имеющего более низкую химическую стабильность и требующего применения антиокислителей.

Использование антиокислителей в предлагаемом составе экономически не выгодно. Для повышения химической стабильности в предлагаемый состав вводится N, N-диметиланилин или используется, например, технический N-метиланилин по ТУ 6-14-375 с содержанием N,N-диметиланилина до 7%.

Введение метилового спирта в предлагаемую добавку расширяет сырьевую базу, снижает ее себестоимость и повышает антидетонационные и эксплуатационные свойства бензина за счет увеличения содержания фракций, выкипающих до 100^oC.

Для получения предлагаемой добавки может быть использован технический метиловый спирт по ГОСТ 2222.

В качестве синергетической смеси в предлагаемом составе может быть использована смесь МТБЭ по ТУ 38.103704 с ТБС или с продуктом Фэтерол по ТУ 2421-009-04749189, представляющая собой смесь МТБЭ и ТБС с содержанием последнего до 50% мас. МТБЭ смешивается с Фэтеролом в соотношении, обеспечивающем соотношение МТБЭ и ТБС в заявляемых пределах.

В качестве моющей присадки в предлагаемом составе может быть использована промышленно освоенная многофункциональная присадка Автомаг по ТУ 38.401-58-33 (Патент РФ N 2009174, кл. C 10 L 1/18, 1992), обладающая высокими моющими, антикоррозионными, антиобледенительными свойствами и снижающая содержание токсичных составляющих в отработавших газах автомобилей. При отсутствии присадки Автомаг в составе предлагаемой добавки в бензин может быть введена любая другая моющая присадка типа Автомаг, предпочтительно обладающая антикоррозионными свойствами.

Присадка "Автомаг" представляет собой раствор продукта конденсации полиамина общей формулы NH₂-(CH₂)₂-(NH-CH₂-CH₂)_n-NH₂, где n=0-4, с C₇-C₂₀-жирными карбоновыми кислотами (5-10% мас.), алифатического спирта C₃-C₄ (25-40% мас. ), C₈-C₁₀-моноалкилфенилового эфира полиэтиленгликоля с 4-7-оксиэтиленовыми группами (0,3 - 5,0% мас.) в углеводородной фракции с пределами выкипания 180 - 350^oC.

Технология получения предлагаемой добавки к автомобильным бензинам состоит в постадийном смешении в смесителе компонентов, входящих в ее состав, при температуре 10-30^oC.

В таблице приведены примеры составов предлагаемой добавки для автомобильных бензинов (примеры 2-7) и результаты их испытаний. В примерах 1, 8, 9, 10 представлены композиции, содержание компонентов в которых выходит за заявляемые пределы.

Испытания образцов предлагаемого составе проводились в концентрациях, при которых содержание N-метиланилина в топливе составляло 1,3% мас.

Прирост октанового числа определяли на установке УИТ-86 по ГОСТ 511-82 и ГОСТ 8226-82 моторным и исследовательским методами. В качестве базового бензина использовалась фракция прямогонного бензина с октановым числом 68,8 единиц.

Результаты определений октановых чисел показывают наличие синергетического эффекта при использовании смеси МТБЭ и ТБС, взятых в заявляемых соотношениях, обеспечивающего высокие антидетонационные свойства предлагаемой добавки.

Испытание низкотемпературных свойств предлагаемой добавки показало, что при охлаждении до минус 50^oC она сохраняет однородность, не расслаивается и не выделяет осадков.

Моющие свойства определяли на установке ИТ по методу квалификационной оценки.

Проведена оценка токсичности отработавших газов при работе на неэтилированном бензине А-76, полученном с добавлением образца 3 предлагаемой добавки на двигателе ЗМЗ-53 (53) по ездовому циклу. Согласно полученным результатам отмечено снижение выбросов оксида углерода (CO) на 24%, углеводородов (CH) на 9%. Содержание оксидов азота (NO_x) не изменилось. За цикл испытаний 20 часов количество отложений на впускном клапане снизилось на 41% по сравнению с неэтилированным бензином по ГОСТ 2084 без добавки.

Предложенный состав высокооктановой добавки для получения автомобильных бензинов обладает высокой антидетонационной эффективностью, устойчивостью при низких температурах, химической стабильностью, снижает количество отложений в системе подачи топлива и содержание токсичных компонентов в отработавших газах.

Описывается беззольная высокооктановая добавка к автомобильным бензинам, повышающая их эксплуатационные свойства, снижающая содержание токсичных составляющих в отработавших газах на основе метил-трет-бутилового эфира, N-метиланилина, метанола и моющей присадки при следующем соотношении компонентов, мас.%: N-метиланилин 6,5-70, N,N-диметиланилин 0,5-5, третичный бутиловый спирт 0,5-27, метанол 0,5-30, моющая присадка - не более 6, метил-трет-бутиловый эфир до 100%. Технический результат - создание добавки, обладающей высокой антидетонационной эффективностью при сохранении на высоком уровне эксплуатационных и экологических свойств. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Беззольная высокооктановая добавка к автомобильным бензинам на основе метил-трет-бутилового эфира, N-метиланилина, метанола и моющей присадки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит третичный бутиловый спирт и N, N-диметиланилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
N-Метиланилин - 6,5 - 70
N,N-Диметиланилин - 0,5 - 5,0
Третичный бутиловый спирт - 0,5 - 27
Метанол - 0,5 - 30
Моющая присадка - Не более 6,0
Метил-трет-бутиловый эфир - До 100
2. Добавка по п.1, отличающаяся тем, что содержит смесь трет-бутилового спирта и метил-трет-бутилового эфира с содержанием трет-бутилового спирта 0,5 - 30 мас.%. 3. Добавка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве моющей присадки содержит моющую присадку "Автомаг" или любую другую моющую присадку типа присадки "Автомаг". 4. Добавка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вводится в автомобильные бензины в концентрации до 20 мас.%.