АНТИДЕТОНАЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ТОПЛИВА, ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C10L1/18 

Изобретение относится к области нефтехимии и может использоваться в топливах преимущественно двигателей внутреннего сгорания, в том числе для карбюраторных двигателей.

В качестве антидетонационной добавки к топливам, в частности к бензинам, получил распространение обводненный этиловый спирт. Для повышения стабильности свойств топлива при введении в него такой добавки используют смеси, содержащие вещества-стабилизаторы, например эмульгаторы. Известна, например, антидетонационная смесь на основе этилового спирта, в которую добавлен эмульгатор - водно-аммиачный раствор казеина и др. (Иванов В.М., Канторович Б. В. Топливные эмульсии и суспензии. М., Металлургиздат, 1963, с.24-28).

Однако такие смеси недостаточно эффективны, поскольку топливо с такой смесью малостабильно (несколько часов), оно имеет невысокую дисперсность (диаметр капелек воды около 2 мкм) и обладает повышенной вязкостью.

Из известных антидетонационных смесей наиболее близкой к заявленной является антидетонационная смесь для топлива на основе обводненного этилового спирта, содержащая стабилизатор (RU 2068871 С1, 1995). Такая смесь, предназначенная в качестве высокооктановой добавки к топливам преимущественно двигателей внутреннего сгорания, содержит отходы гидролизного производства этилового спирта из древесного сырья.

Эта смесь дешева и может повысить фазовую стабильность топлива.

Однако получение топливной высокостабильной и однородной эмульсии при этом затруднено, что связано, в том числе, с тем, что не полностью блокируется содержащаяся в спирте вода.

Известно топливо для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина или дизельного топлива, содержащее воду или обводненный спирт и эмульгирующую добавку, например водно-аммиачный раствор казеина с различными пластификаторами (Иванов В.М., Канторович Б.В. Топливные эмульсии и суспензии. М., Металлургиздат, 1963, с.24-28).

Такое топливо имеет повышенное октановое число.

Однако оно недостаточно гомогенно, имеет невысокую дисперсность и значительную вязкость. Его устойчивость не превышает нескольких часов.

Из известных топлив для двигателей внутреннего сгорания наиболее близким к заявленному является топливо (топливная композиция) на основе бензина, содержащее антидетонационную смесь в определенно соотношении (RU 2068871 С1, 1995). Антидетонационной смесью при этом служит смесь, содержащая обводненный этиловый спирт и отход производства этилового спирта из древесного сырья (альдегидо-эфирноспиртовая фракция) в определенном соотношении.

Такое топливо также имеет повышенное октановое число по сравнению с исходным бензином, а его фазовая стабильность повышена.

Однако длительная стабильность этого топлива также не обеспечивается, температура помутнения такого топлива велика (-20^oС), а его вязкость недостаточно низка. Энергетические свойства такого топлива недостаточно высоки.

Задача, решаемая заявленной группой изобретений, состоит в создании антидетонационной смеси для топлива и топлива для двигателей внутреннего сгорания на основе этой смеси и бензина, лишенных недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением в части антидетонационной смеси, заключается в повышении ее эффективности при введении в топливо (в том числе за счет обеспечения возможности полного блокирования гидроксильной группы в антидетонационной добавке). Технический результат, обеспечиваемый изобретением в части топлива для двигателей внутреннего сгорания, заключается в повышении его эксплуатационных качеств (в том числе повышении стабильности во времени, снижении температуры помутнения, снижении вязкости, повышении энергетических свойств).

Это достигается тем, что антидетонационная смесь для топлива на основе обводненного этилового спирта, содержащая стабилизатор, в качестве стабилизатора содержит цитиновое масло при следующем соотношении компонентов, об.%:
Цитиновое масло - 3-5
Обводненный этиловый спирт - Остальное
а топливо для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащее антидетонационную смесь, в качестве антидетонационной смеси содержит указанный выше состав в количестве 1-1,4 об.% на единицу повышения октанового числа бензина (определяемого преимущественно моторным методом).

В заявленной антидетонационной смеси цитиновое масло является эффективным эмульгатором. В качестве композиционной неспиртовой добавки оно обеспечивает блокирование гидроксильной группы ОН (воды) в молекуле С₂Н₅ОН обводненного спирта. Цитиновое масло относительно дешево, в отличие от других растительных масел оно обладает как гидрофильным, так и гидрофобным свойством. Оно хорошо растворяется как в спирте, так и в бензине. Использование цитинового масла позволяет надежно заблокировать воду в спирте, обеспечивает высокие антикоррозийные свойства топлива и значительно снижает температуру его помутнения. Цитиновое масло имеет высокую вязкость и не подверждено высыханию, что делает его удобным для хранения и применения.

Выбор предельного количества цитинового масла в антидетонационной смеси (от 3 до 5 об. %) обусловлен ухудшением свойств смеси при выходе за эти пределы, что не обеспечивает достижения указанного технического результата. Минимальное количество цитинового масла (3 об.%) добавляют в обводненный этиловый спирт в весенне-летний период, а максимальное (5 об.%) - в осенне-зимний период, когда температура окружающей среды преимущественно отрицательная. Заявляемое количество антидетонационной смеси (от 1 до 1,4 об.% на единицу повышения октанового числа бензина), добавляемой в бензин, обусловлено наиболее эффективным действием смеси как эмульгатора, обеспечивающего наиболее высокую гомогенность и степень дисперсности топлива. Указанные пределы являются технологическим допуском. Количество единиц повышения октанового числа по сравнению с исходным бензином, в качестве которого может быть использован, например, газоконденсатный бензин, крекинговый бензин и др. , не превышает преимущественно 20. Так, например, для повышения октанового числа автомобильного бензина А76 (АИ-80), равного 76 по моторному методу, на 12 единиц, т.е. для перевода его в бензин АИ-93 с октановым числом 85, количество антидетонационной смеси должно составлять от 13 до 18,2 об.%.

Для получения топлива с заданными качествами его приготовление требует смешивания компонентов с применением устройств для диспергирования смесей, обеспечивающих эффективное перемешивание и высокое качество получаемой эмульсии, например, посредством создания в перемешивающей камере резонансных явлений с образованием турбулентных пульсаций и кавитационных процессов в приготавливаемом эмульгированном топливе. Полученное растворением антидетонационной смеси в бензине топливо представляет собой спиртоводобензиновую эмульсию типа "вода-масло", содержащую в себе взвешенные капли спирта с водой (дисперсной фазы), окруженные упругим адсорбционно-сальватным слоем. При сжигании таких микрошариков топлива вода из спирта испаряется, взрывая наружную оболочку из бензина. Микровзрывы, возникающие при горении топлива, обуславливают интенсивное распыление капель топлива и перемешивание их с зарядом воздуха в цилиндрах двигателя. Поэтому процесс сжигания топлива становится более эффективным и происходит за меньший, чем у известных аналогичных топлив, промежуток времени. При этом происходит практически полное сгорание в результате газификации обычно не успевающих сгорать сажистых остатков топлива, которые взаимодействуют с парами воды, содержащейся в спирте.

Пример реализации. В качестве исходного взят прямогонный бензин с октановым числом 70 (по моторному методу). Для повышения октанового числа на 6 единиц в него добавлена антидетонационная смесь в количестве 8,4 об.%. Характеристики полученного топлива приведены в таблице.

Уменьшение количества антидетонационной смеси до 6 об.% на характеристиках топлива сказывается незначительно.

Антидетонационная смесь, имеющая состав в соответствии с изобретением, значительно более эффективна по сравнению с известными аналогичными. Топливо на основе бензина с такой антидетонационной смесью имеет высокие эксплуатационные свойства. Оно стабильно (его свойства не ухудшаются в течение не менее чем 12 месяцев), имеет невысокую вязкость и низкую температуру помутнения. Топливо экологично и коррозионно стойко. Его применение в двигателях внутреннего сгорания повышает КПД двигателей (на 4-6%), улучшает их экономичность, снижает содержание токсичных компонентов в выхлопных газах.

Изобретение относится к области нефтехимии и может использоваться в топливах для ДВС. В качестве стабилизатора антидетонационная смесь на основе обводненного этилового спирта содержит цитиновое масло в количестве 3-5 об. %. Топливо на основе бензина содержит указанную антидетонационную смесь в количестве 1-1,4 об.% на единицу повышения октанового числа бензина. Цитиновое масло является эффективным эмульгатором и позволяет надежно заблокировать воду в спирте. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении его эксплуатационных качеств (в том числе повышении стабильности во времени, снижении температуры помутнения, снижении вязкости, повышении энергетических свойств). 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

1. Антидетонационная смесь для топлива на основе обводненного этилового спирта, содержащая стабилизатор, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора она содержит цитиновое масло при следующем соотношении компонентов, об. %:
Цитиновое масло - 3 - 5
Обводненный этиловый спирт - Остальное
2. Топливо для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащее антидетонационную смесь, отличающееся тем, что в качестве антидетонационной смеси оно содержит состав по п.1 в количестве 1-1,4 об.% на единицу повышения октанового числа бензина.