ПРИСАДКА К МОТОРНОМУ ТОПЛИВУ Российский патент 2004 года по МПК C10L1/18 C10L1/22 

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к составу присадки к моторному топливу, предназначенному для использования в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

При производстве товарных бензинов для улучшения их эксплуатационных характеристик осуществляют компаундирование продуктов различных процессов нефтепереработки и введение в состав композиции антидетонаторов, оксигенатов, антиоксидантов, противонагарных, антикоррозионных, моющих, антиобледенительных и других видов присадок и добавок.

Наиболее известными антидетонаторами, широко применяемыми до недавнего времени, являются присадки на основе тетраэтил- и тетраметилсвинца в сочетании с выносителями свинца - хлор- и бромсодержащими углеводородами. Однако по сравнению со свободным от свинца бензином применение этилированного бензина вдвое сокращает срок службы свечей зажигания, глушителей, выхлопных труб, увеличивает коррозию, приводит к выходу из строя каталитических систем очистки выхлопных газов (Химия окружающей среды, под ред. Дж.О.М.Бокриса, М.: Химия, 1982 г., с. 232-234).

Необходимость сокращения вредных выбросов, в частности автомобильным транспортом, обусловила разработку топлив с улучшенными экологическими свойствами. Поскольку вредные выбросы в значительной мере определяются использованием алкилсвинцовых присадок, ужесточение экологических требований к моторным топливам ведет к ограничению применения свинцовосодержащих присадок и вытеснению их менее вредными присадками.

В качестве альтернативных металлоорганических антидетонаторов испытаны соединения марганца, меди, никеля, хрома, кобальта и др. Однако по разным причинам (токсичность, высокая стоимость, дефицитность, низкая эффективность) практического применения они не получили. Наиболее перспективными присадками в настоящее время считаются железосодержащие присадки, в частности ферроцен и его производные (Химия и технология топлив и масел, N 6,1993, с. 3-5) как малотоксичные и сравнительно недорогие.

Существенным препятствием для использования ферроцена и его производных в качестве антидетонационной присадки к моторным топливам является образование в камере сгорания отложений оксидов железа, в частности на свечах зажигания, что приводит к перебоям в работе двигателя. Поэтому в пересчете на железо содержание растворимых его соединений в топливе ограничивается величиной 40 мг/л. Кроме того, использование ферроцена и его производных ограничено из-за их плохой растворимости в топливе и низкой стабильности растворов (из-за склонности ферроцена к окислению). Этот недостаток не позволяет длительное время хранить присадку или готовую топливную композицию из-за выпадения осадка продуктов окисления.

Для повышения концентрации ферроцена в присадке используют различные растворители.

Известна многофункциональная присадка к бензину "Экстравит-Ф", содержащая металлоорганическое соединение - ферроцен и галоидированный углеводород - дихлорэтан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ферроцен 1,0-3,0

Дихлорэтан До 100,0

Согласно патенту РФ N 2064965, МКП 6 C 10 L 1/18,1/20, публикация 10.08.96, присадку “Экстравит-Ф” готовят растворением ферроцена в дихлорэтане при перемешивании в течение 1 часа при 40-50°С с последующим фильтрованием. Раствор нестабилен при температуре ниже 15°С и при концентрации ферроцена выше 3% в связи с ограниченной растворимостью ферроцена в присадке и топливной композиции. Для получения топливной композиции с показателями бензина АИ-93 и АИ-98 эту присадку добавляют в базовый бензин А-76 в количестве 0,5-1 об.%. При этом содержание ферроцена в топливе достигает 0,07-0,11 г/л (по Fe 21-33 мг/л), а дихлорэтана - до 7,5 г/л. Высокое содержание дихлорэтана в топливе ведет к ускоренному износу двигателя, быстрой коррозии выхлопной системы и выходу из строя системы каталитической очистки отходящих газов вследствие образования агрессивных кислых веществ при сгорании бензина, содержащего дихлорэтан.

Наряду с металлоорганическими соединениями высокой антидетонационной активностью обладают ароматические амины, замещенные по азоту и/или по бензольному кольцу, в частности N- метил- и N,N-диметиланилины, ксилидины (2,4-, 2,5- и 2,6-диметиланилины), N-метилтолуидин, экстралин (смесь анилина, N- метил- и N,N-диметиланилина). В России допущены к применению как чистый N-метиланилин, так и технический, содержащий до 10% анилина и N,N-диметиланилина (экстралин). Эти присадки наиболее эффективны для прямогонных бензинов с низким содержанием ароматических углеводородов.

Однако применение бензинов, содержащих метил- и диметиланилины, вызывает резкое увеличение нагара в камере сгорания и отложений во впускной системе двигателя.

Из-за низкой химической стабильности, склонности к смоло- и нагарообразованию практическое применение метиланилинов в настоящее время ограничивается концентрацией 1,3%, что обеспечивает прирост октанового числа не более чем на 4-6 условных единиц. (А.М.Данилов, Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив, М.: Химия, 1996 г, с. 102-105).

При совместном использовании некоторых металлоорганических соединений, ароматических аминов, карбоновых кислот, кетонов, эфиров и других кислородсодержащих соединений возникает синергетический антидетонационный эффект. Поэтому в последнее время наметилась тенденция применения многокомпонентных присадок, включающих металлокомплексные соединения, амины и оксигенаты.

Так, известна антидетонационная присадка к моторному топливу на основе 1,1'-диэтил-дициклопентадиенил-железа (диэтилферроцена) с добавлением N-метиланилина и антиоксиданта (см. описание к патенту РФ 2066341, МКП 6 C 10 L 1/18, публикация 10.09.96 г.).

Недостатком этой присадки является ее малая антидетонационная эффективность, что объясняется низкой приемистостью углеводородных компонентов, особенно ароматических, к 1,1'-диэтил-дициклопентадиенил-железу. При увеличении концентрации 1,1'-диэтил-дициклопентадиенил-железа в топливной композиции до 0,02% дальнейший прирост октанового числа резко уменьшается, и лишь при концентрации 0,04% (80 мг/л Fe, что в двое выше допустимых норм) достигается увеличение октанового числа базового топлива на 4-4,5 условных единиц для парафинистых бензинов и на 2,5-3,5 условных единиц для высокоароматизированных бензинов (по исследовательскому методу). Антидетонационная эффективность присадки может быть увеличена лишь за счет дополнительного введения ферроцена или значительных количеств (до 1-1,5%) N-метиланилина, при этом синергетический эффект совместного присутствия N-метиланилина и 1,1'-диэтил-дициклопентадиенил-железа проявляется в значительно меньшей мере, чем в случае ферроцена.

Существенным недостатком этой присадки является также то, что при ее использовании не исключается возможность образования отложений во впускной системе и нагарообразования в камере сгорания двигателя из-за высокого содержания железа и N-метиланилина.

Известна присадка к моторному топливу, содержащая комплексное соединение железа (ферроцен), оксипропилированный жирный спирт С₆-С₁₈ с молекулярной массой 300-2000 и монометиланилин, стабилизированный экранированным алкилфенолом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ферроцен 5-15

Оксипропилированный

жирный спирт С₆-C₁₈ с молекулярной

массой 300-2000 5-15

Монометиланилин стабилизированный

экранированным алкилфенолом Остальное до 100

(см. описание к патенту РФ №2057789, МКП 6 C 10 L 1/18, 1/22, публикация 10.04.96 г.).

При введении в базовый бензин 1% этой добавки (с 15 маc. % ферроцена) достигается максимальное увеличение октанового числа на 12 условных единиц.

Недостатком этой присадки является то обстоятельство, что для обеспечения заявляемого повышения октанового числа необходимо введение в состав топлива такого количества ферроцена, которое превышает допустимые нормы в 4-5 раз.

Задачей настоящего изобретения является создание присадки к моторному топливу, обладающей высоким уровнем антидетонационной активности и в то же время сохраняющей высокие эксплуатационные и экологические показатели топлива, соответствующие требованиям к высокооктановым бензинам, обеспечение технологичности приготовления присадки и топливной композиции на ее основе и возможности их длительного хранения без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Сущность изобретения заключается в том, что присадка к моторному топливу, содержащая комплексное соединение железа и ароматический амин, дополнительно содержит амид и магниевую соль органической кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Комплексное соединение железа 1,0-5,0

Амид 10,0-60,0

Магнивая соль органической кислоты 0,5-2,0

Ароматический амин Остальное

Кроме того, комплексное соединение железа представляет собой ферроцен и/или его производное: диэтилферроцен и/или α-гидрокси-изопропилферроцен.

Кроме того, амид содержит, по крайней мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей формамид, диметилформамид, диметилацетамид, капролактам.

Кроме того, магниевая соль органической кислоты содержит, по крайней мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей олеат, нафтенат, таллат и октаноат магния.

Кроме того, ароматический амин содержит, по крайней мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей N-метиланилин, анилин, N,N.-диметиланилин, толуидин, ксилидин, экстралин.

Кроме того, добавка дополнительно содержит антиоксидант в количестве 1-2 мас.%.

Кроме того, антиоксидант содержит, по крайней мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей Агидол-1, Агидол-12 и Агидол-3.

Кроме того, присадка вводится в моторное топливо в концентрации 0,1-1,0 мас.%.

Использование указанных компонентов добавки в заявляемых соотношениях обеспечивает парный и совокупный синергетический эффект, обеспечивающий повышение октанового числа и проявляющийся в системе комплексное соединение железа - ароматический амин - амид.

Это позволяет обеспечить существенное повышение октанового числа базового бензина при минимальных концентрациях присадки. Абсолютное количество железа в готовой топливной композиции не превышает допустимых норм и при этом достигается наиболее оптимальное сочетание различных эксплуатационных и экологических характеристик топлива.

Для повышения растворимости ферроцена в органической среде, упрощения технологии приготовления присадки (сокращается время операции, исключается необходимость нагрева смеси и последующего ее фильтрования), а также для улучшения эксплуатационных свойств готовой топливной композиции в состав добавки вводится амид (в том числе циклический амид - лактам), например формамид (ФА), диметилформамид (ДМФА), диметилацетамид (ДМА), капролактам и др. Амид выполняет также функцию октанповышающего, стабилизирующего и моющего компонента присадки. Присутствие в составе присадки такого соединения обеспечивает химическую и фазовую стабильность самой присадки и топливной композиции на ее основе как при низких (до минус 40°С), так и при повышенных (до +40°С) температурах, несмотря на то, что они содержат существенно отличающиеся по химической природе компоненты.

В качестве компонента присадки, предотвращающего самовоспламенение бензина, обеспечивающего фазовую стабильность и сокращение потерь топлива, в предлагаемом составе используется магниевая соль насыщенной, ненасыщенной или циклоалифатической кислоты с 8-18 атомами углерода (например, октаноат, олеат, таллат или нафтенат магния). Наличие в составе добавки такого поверхностно-активного вещества позволяет снизить потери топлива при статических условиях хранения (до 70% усл.) и в условиях динамического испарения (при перекачке) - до 30% усл.

В качестве компонентов присадки используются следующие соединения:

ферроцен (по ТУ 2436-002-23525099-99); диэтилферроцен; α-гидроксиизопропилферроцен; формамид (по ТУ 6-09-3884-84); диметилформамид (по ГОСТ 20289-74); диметилацетамид (по ТУ 6-09-537-73); капролактам (по ГОСТ 7850-86); агидол-1 (по ТУ 38.5901237-90 с изм.1,2); агидол-12 (по ТУ 38.302-16-371-88); агидол-3 (по ТУ 38.103368-94); олеат магния (ТУ 6-09-14-1606-9); октаноат магния; таллат магния; нафтенат магния (ТУ 6-09-07-1307-82); анилин (по ГОСТ 5819-78); N-метиланилин (по ТУ 2471-269-00204168-96); N,N-диметиланилин (по ГОСТ 5855-78); экстралин (по ТУ 6-02-571-90); толуидин (по ТУ 6-09-184-84); ксилидин (по ТУ 2471-042-05807977-96).

Предлагаемая присадка может быть приготовлена путем последовательного смешения составляющих ее компонентов в стандартном смесителе при температуре 0-30°С.

В табл.1 представлены примеры составов предлагаемой присадки.

Заявляемая присадка позволяет добиться существенного увеличения октанового числа базового бензина по сравнению с прототипом при концентрациях ферроцена, не превышающих допустимые, а также за счет использования ароматических аминов и амидов, проявляющих парный и совокупный синергетический эффект с ферроценом. В результате ее применения достигается увеличение октанового числа от 2,5 до 12 условных единиц (по исследовательскому методу) в зависимости от свойств базового бензина и количества присадки.

Присадка обеспечивает фазовую и химическую стабильность топлива, сокращает его потери при хранении и транспортировке за счет снижения испарения. Она также способствует удалению отложений во впускной системе двигателя и снижает содержание токсичных составляющих в отработанных газах.

Оценка антидетонационной эффективности присадки и детонационной стойкости топливных композиций проводилась на одноцилиндровых установках УИТ-85 по ГОСТ 511-85 и ГОСТ 8226-82 по моторному и исследовательскому методам. Указанные методы аналогичны международным стандартам ISO 5163, ISO 5164 и ASTMD 270, применяемым в мировой практике.

Приготовленные образцы были испытаны в составах топливных композиций. В качестве основы топливных композиций использовали бензины А-76, А-80, Н-80, АИ-92, стабильный газовый бензин, прямогонный бензин. Могут быть использованы и другие марки бензинов. Бензины, содержащие предлагаемую присадку, полностью отвечают требованиям ГОСТ 2084 на неэтилированные бензины.

В качестве промежуточного продукта при получении топливных композиций жидкого углеводородного топлива может оказаться целесообразным предварительное приготовление присадки в виде концентрата в смеси жидких углеводородов. Ввиду небольших концентраций присадки в топливной композиции углеводородного топлива приготовление промежуточного концентрата может обеспечить более точную дозировку присадки.

В табл.2 приведены результаты испытаний топливной композиции на основе бензина А-80 и АИ-92.

Фазовая стабильность присадки и ее смеси с бензином проверялась при их охлаждении до минус 40°С. После охлаждения и последующего нагревания присадка и ее смесь с бензином не расслаивались и не выделяли осадка. Моющие свойства бензинов, их коррозионную активность, химическую стабильность и потери от испарения определяли по методу квалификационной оценки.

Представленные в табл. 2 результаты свидетельствуют, что приготовленные образцы полностью отвечают требованиям норм комплекса методов квалификационной оценки.

Таким образом, предлагаемая присадка к моторному топливу обладает высокой антидетонационной эффективностью, необходимой фазовой и химической стабильностью и в целом обладает высоким уровнем эксплуатационных свойств. Использование заявляемой присадки гарантирует получение высококачественных топливных композиций при самом разнообразном углеводородном составе исходных бензинов.

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к составу присадки к моторному топливу, предназначенному для использования в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Присадка к моторному топливу содержит 1-5% комплексного соединения железа, 10-60% амида, 0,5-2% магниевой соли органической кислоты и остальное ароматический амин. Использование этой присадки позволяет добиться существенного увеличения октанового числа базового бензина по сравнению с прототипом при концентрациях ферроцена, не превышающих допустимые. В результате ее применения достигается увеличение октанового числа от 2,5 до 12 условных единиц (по исследовательскому методу) в зависимости от свойств базового бензина и количества присадки. Присадка обеспечивает фазовую и химическую стабильность топлива, сокращает его потери при хранении и транспортировке за счет снижения испарения. Она также способствует удалению отложений во впускной системе двигателя и снижает содержание токсичных составляющих в отработанных газах. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Присадка к моторному топливу, содержащая комплексное соединение железа и ароматический амин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит амид и магниевую соль органической кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Комплексное соединение железа 1,0-5,0

Амид 10,0-60,0

Магниевая соль органической кислоты 0,5-0,2

Ароматический амин Остальное