МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДОБАВКА К АВТОМОБИЛЬНОМУ БЕНЗИНУ Российский патент 2009 года по МПК C10L1/18 

Изобретение относится к области нефтехимии и автомобильной промышленности, а именно к составу многофункциональной добавки, которая обеспечивает одновременно снижение вредных выбросов с отработавшими газами, увеличение детонационной стойкости бензина, улучшение моющих свойств, а также стабилизацию бензина при хранении.

Известна добавка к моторному топливу, содержащая обводненный этанол и сорастворитель, представляющая собой алифатические спирты С₃-С₅ (Патент США №4541836, кл. C10L 1/18, 1985). В состав такой топливной композиции может входить от 1 до 12 мас.% обводненного этанола и 0,3-0,4 мас.% алифатических спиртов. Ограниченность ресурсов производства высших спиртов, их высокая стоимость лимитирует возможность применения этой композиции.

Известна также топливная композиция, содержащая бензин, обводненный этанол и добавку для улучшения стабильности композиции, представляющую собой сложный эфир уксусной кислоты, где алкильный радикал имеет от 1 до 6 атомов углерода линейного или разветвленного строения. Содержание такого сорастворителя в композиции 0,1-1,0 мас.% (Патент США №4394133, кл. C10L 1/18, 1983). Недостатком такой композиции является низкая стабилизирующая способность ацетатов в бензиноэтанольных смесях.

Известна композиция углеводородного топлива на основе низкооктанового бензина и кислородсодержащего компонента в виде продуктов дистилляции смеси головной фракции этилового спирта и сивушного масла (Патент РФ №2106391, кл. C10L 1/18, 1998). Недостатком известной композиции является то, что высокие температуры помутнения не позволяют использовать топливо в зимних условиях. Не рассмотрена возможность стабилизации бензино-метанольных смесей.

Известна топливная композиция на основе углеводородной фракции, содержащая монометиланилин и алифатические спирты на основе сивушного масла (Патент РФ 2117690 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 1998). Недостатком является возможность расслаивания при отрицательных температурах.

Известна многофункциональная антидетонационная добавка к моторному топливу, содержащая ферроцен или его производное, ароматический амин и оксигенат, в качестве оксигената рассматривается спиртовая фракция капролактама (Патент РФ 2246527 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 2005). Недостатком известной добавки является то, что ферроцен может приводить к повышенному износу двигателя.

Известна топливная композиция на основе бензина, спиртовой фракции капролактама и гептановой фракции капролактама (Патент РФ 2188847 С2, кл. C10L 1/18, 2002). Данные фракции обезвожены, что значительно повышает трудоемкость процесса и отражается на цене.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является добавка к углеводородному топливу для двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство Болгарии №44137А, кл. C10L 1/18, 1988). Она снижает токсичность отработавших газов, повышает мощность двигателя, снижает расход топлива и уменьшает нагар в цилиндре, то есть является моющей. Добавка содержит алифатические спирты C₁-C₄, бензол и/или алкилзамещенный бензол и окись пропилена.

Недостатком является то, что бензол и/или алкилзамещенный бензол являются токсичными соединениями и их содержание в бензине в настоящее время ограничивается. В описании приведены примеры с метиловым спиртом, который содержит не более 0,1 об.% воды, но не приведены примеры с этиловым спиртом, влажность которого может достигать 4 об.% и не рассмотрены вопросы стабилизации (расслаивания).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка многофункциональной добавки, которая обладает следующими свойствами:

- увеличивает полноту сгорания топлива по принципу рецикла продуктов окисления (промежуточными и конечными продуктами окисления являются окись пропилена, спирты и вода);

- снижает содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;

- увеличивает детонационную стойкость бензина;

- стабилизирует от расслаивания спиртобензиновую композицию;

- улучшает моющие свойства;

- стабилизирует топливо при хранении.

Техническими результатами заявленного технического решения являются:

- снижение содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;

- увеличение октанового числа бензина;

- стабилизация от расслаивания спиртобензиновой композиции;

- улучшение моющих свойств бензина;

- стабилизация топлива при хранении.

Заявляемые технические результаты достигаются тем, что многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C₁-С₂ и окись пропилена, согласно изобретению содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:

метанол или этанол - 28,6-55,5%;

спиртовая фракция капролактама или сивушное масло - 33,3-57,1%;

окись пропилена - 1,1-14,28%.

Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину (далее - добавка) имеет комплексный состав. Она имеет спиртовую основу, в качестве которой используются обезвоженный этиловый спирт (C₂) с содержанием воды не более 2% или метиловый спирт (C₁) с содержанием воды не более 0,1%. Для снижения температуры расслаивания топлива и кристаллизации влаги в зимнее время добавляются спирты, содержащие четыре или пять атомов углерода. Такие спирты присутствуют в спиртовой фракции капролактама (СФК), главным компонентом которого является нормальный амиловый спирт. СФК работает как стабилизатор от расслаивания только при высокой степени обезвоживания. Но удаление воды снижает октановое число топливной композиции. В состав добавки вводится окись пропилена (ОП), которая обеспечивает гомогенизацию смеси: спирты C₁-С₂, СФК и вода вплоть до минус 40-45°С. Помимо этого, ОП улучшает химическую стабилизацию композиции при хранении, выступает в качестве активатора горения и тем самым способствует повышению детонационной стойкости топлива и снижению продуктов неполного сгорания (оксида углерода (II) и углеводородов) в отработавших газах автомобилей, а также повышает моющую способность топлива.

Заявляемая добавка содержит основной оксигенат, об.%, - метанол или этанол в количестве 28,6-55,5%, СФК 33,3-57,1%, ОП 1,1-14,28. По опытным данным был подобран наиболее рациональный состав компонентов в добавке с таким расчетом, чтобы полученный оксигенатный бензин полностью соответствовал ГОСТ Р 51866-2002 (EH 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» (см. таблицу 1).

Таблица 1ИнгредиентСодержание ингредиента, об.% в примере123456метанол37,4637,46--------------------этанол----------49,9049,0068,1028,60спиртовая фракция капролактама49,8549,0039,8839,2030,0057,10окись пропилена12,4912,499,999,991,1013,80вода0,201,050,231,810,800,50

Оценка токсичности отработавших газов осуществлялась согласно ГОСТ 17.2.2.03-87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями» с помощью газоанализатора АСКОН - 01 на автомобиле ВАЗ-2105 (см. таблицу 2).

Добавка, приведенная в примерах 1 и 2, вводится в количестве до 8 об.% сверх бензина. Добавка, приведенная в примерах 3, 4, 5 и 6, вводится в количестве до 10 об.% сверх бензина.

Таблица 2Добавка по примеруМинимально устойчивые обороты холостого ходаПовышенные обороты холостого ходаСО, %СН, млн-1CO₂, %СО, %СН, млн-1CO₂, %АИ-92 (без добавки)4,773285,45,8611565,7Пример №12,862635,76,5311745,8Пример №22,522455,76,5211705,8Пример №32,122816,35,8110476,2Пример №42,032616,45,8010206,4

По результатам испытаний видно, что в среднем при добавке в бензин данных оксигенатов происходит снижение оксида углерода (II) до 57%, углеводородов до 25% при работе двигателя в режиме минимально устойчивых оборотов холостого хода. В испытаниях были задействованы также другие типы газоанализаторов и другие автомобили. Полученные результаты характеризуются высокой схожестью.

Детонационная стойкость определялась на установке УИТ-85 по ГОСТ 511-82 «Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа» и ГОСТ 8226-82 «Топливо для двигателей. Исследовательский метод определения октанового числа». Помимо этого были определены фактические октановые числа оксигенатного бензина по ГОСТ 10373-75 «Бензины автомобильные для двигателей. Методы детонационных испытаний». Октановые числа определялись на моторной установке, состоящей из двигателя «Москвич 412ДЭ» и обкаточно-тормозного стенда КИ-2139-ГОСНИТИ. Результаты исследования на детонационную стойкость представлены в таблице 3. По результатам экспериментов выявлен прирост октановых чисел на всех топливных композициях в среднем до 3 единиц.

Таблица 3Добавка по примеруОктановые числа (ОЧ), определенные на установке УИТ-85Октановые числа (ОЧ), определенные по ГОСТ 10373-75ОЧ по моторному методуОЧ по исследовательскому методуОЧ минимальные действительныеАИ-92 (без добавки)83,592,189,0Пример №185,794,291,0Пример №286,094,491,5Пример №386,194,190,9Пример №486,394,392,1Пример №685,992,389,9

Моющая способность характеризуется свойством композиции удалять (растворять) органические отложения, образующиеся в системе питания двигателей в процессе эксплуатации. В настоящее время такому свойству, как моющая способность, уделяется значительное внимание при разработке топливных композиций, поскольку оно способствует повышению пробега автомобиля без регулировок и промывки системы питания. При помощи натурного эксперимента была исследована добавка на предмет использования ее в качестве моющего раствора для промывки систем питания автомобилей. Для этого первоначально измерили токсичность отработавших газов по ГОСТ 17.2.2.03-87 на товарном бензине АИ-92 на автомобиле ВАЗ-2106, затем слили остатки товарного бензина и залили бензин с оксигенатной добавкой, приведенной в примере №5, в количестве 10 об.% сверх бензина в объеме 5 литров. После выработки этого бензина, снова залили товарный бензин АИ-92 и также измерили токсичность отработавших газов. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 Минимально устойчивые обороты холостого ходаПовышенные обороты холостого ходаСО, %СН, млн-1CO₂, %СО, %СН, млн-1CO₂, %До промывки3,373937,524,8912008,19После промывки1,922458,053,6611508,58

Стабилизация топлива при хранении за счет добавки проверялась в лабораторных условиях (см. таблицу 5). Хранили прямогонный бензин с октановым числом 63 по моторному методу при комнатной температуре и рассеянном освещении в стекле. Контролировали содержание ОП химическим методом, цвет и кислотность среды. По результатам таблицы 5 можно говорить о долговременном (до 2 лет) стабилизирующем эффекте ОП, являющейся составной частью добавки для углеводородов прямогонного бензина при ее концентрации даже при уровни 0,1-0,2 мас.%.

Таблица 5Пробы прямогонного бензина с добавлением ОППроба прямогонного бензина без добавления ОПНачальная средаНейтральнаяНейтральнаяЦветБесцветныйБесцветныйДобавка ОП, мас.% 1,80,220,1Через год концентрации ОП составили, мас.%1,520,190,09Через два года концентрации ОП составили, мас.%0,120,025ОтсутствиеКонечная средаНейтральнаяКислаяЦветБесцветныйЖелтоватая окраска

Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину позволяет снизить содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов, увеличить октановое число бензина, стабилизировать от расслаивания спирто-бензиновую композицию, - улучшить моющие свойства бензина, стабилизировать топливо при хранении.

Использование: в области нефтехимии и автомобильной промышленности. Сущность: присадка содержит в об.%: метанол или этанол 28,6-55,5, спиртовую фракцию капролактама 33,3-57,1, окись пропилена 1,1-13,8. Технический результат - обеспечивается одновременно снижение вредных выбросов с отработавшими газами, увеличение детонационной стойкости бензина, улучшение моющих свойств, а также стабилизация бензина при хранении. 5 табл.

Многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C₁-C₂ и окись пропилена, отличающаяся тем, что содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:

метанол или этанол28,6-55,5спиртовая фракция капролактама33,3-57,1окись пропилена1,1-13,8