ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА Российский патент 2014 года по МПК C10L1/06 C10L1/04 

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, а именно к композиции авиационного бензина.

Авиационный бензин применяется в самолетах авиации общего назначения с небольшими поршневыми двигателями, например, в частных и учебных самолетах, самолетах авиационных клубов и сельскохозяйственной авиации. Основной принцип действия поршневых двигателей тот же, что и в автомобильных двигателях с искровым зажиганием, но при этом требования к рабочим характеристикам гораздо выше.

Известны композиции неэтилированного бензина, используемого в качестве автомобильного и авиационного бензинов, которые включают углеводородные фракции предельных углеводородов нормального и изостроения С₄-С₁₂, и/или бензиновые фракции нефтепереработки, 1-25% ароматических углеводородов С₆-C₁₂, 1-25% олефиновых углеводородов С₄-C₁₂, а также различных эфиров, полученных этерификацией метанолом различных фракций.

Так, в патенте РФ №2167916, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% смеси основания Манниха с фракцией эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом C₄-C₆ фракции углеводородов, содержащей пиперилен, изоамилены и изобутилен, или смеси основания Манниха и метил-трет-бутилового эфира с фракцией эфиров, полученных этерификацией метанолом изоамиленпипериленсодержащей C₅ фракции углеводородов.

В патенте РФ №2167917, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом изоамиленпипериленсодержащей С₅ фракции углеводородов.

В патенте РФ №2167918, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% фракции эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом C₄-С₆ фракции углеводородов, содержащей пиперилен, изоамилены и изобутилен, или смешением МТБЭ с фракцией эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом изоамиленпипериленсодержащей С₅ фракции углеводородов.

Недостатком указанных композиций топлив является недопустимость их в качестве авиационных топлив из-за многокомпонентного состава, т.к. к авиационным топливам предъявляются более жесткие требования, чем к автомобильным бензинам, в их состав должны входить компоненты ограниченного числа технологических процессов. (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник под редакцией Школьникова В.М. М.: Изд. Центр «Техинформ», 1999, с.39).

Кроме того, недостатком указанных композиций является наличие оксигенатов в виде эфиров, в том числе метил-трет-бутилового эфира, которые влияют на гигроскопичность и антикоррозионные свойства. Также при использовании оксигенатов наблюдается увеличение массового и удельного расхода топлива из-за низкой теплоты сгорания оксигенатов.

Также недопустимо наличие непредельных углеводородов, т.к. они являются источником образования смолистых веществ в бензине.

Известны композиции авиационного бензина, которые выпускались промышленностью до распада СССР для бензинов марок Б-95/130 и Б-91/115 по ГОСТ 1012-72.

(Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник под редакцией Школьникова В.М., М. Изд. Центр «Техинформ», 1999, с.42).

Согласно ГОСТ 1012-72 у авиационных бензинов Б-95/130 и Б-91/115 нормировались, соответственно, следующие основные показатели:

- Содержание тетраэтилсвинца, г/1 кг бензина, не более 3,1 2,5 - Детонационная стойкость:     октановое число по моторному методу, не менее 95 91 сортность по богатой смеси, не менее 130 115 - Фракционный состав: Температура начала перегонки, °С, не ниже 40 40 10% 82 82 50% 105 105 90% 145 145 97,5% 180 180 остаток, %, не более 1,5 1,5 - Кислотность, мг КОН/100 см³, не более 0,3 0,3 - Температура начала кристаллизации, °С, не выше -60 -60 - Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более 35 35 - Содержание фактических смол, мг/100 см³ бензина, не более 4,0 3,0 - Массовая доля серы, %, не более 0,03 0,03 - Период стабильности, ч, не менее 12 12

Однако в настоящее время авиационный бензин по ГОСТ 1012-72 не выпускается вследствие закрытия и сноса ряда установок, производивших его необходимые компоненты, а именно тетраэтилсвинец. Самолеты авиации общего назначения с небольшими поршневыми двигателями вынуждены летать на автомобильных бензинах, что приводит к поломкам самолетов и различным аварийным ситуациям.

Наиболее близкой к заявляемой является топливная композиция, предназначенная для использования в качестве авиационного бензина. (Пат. РФ №2212432, 2003 г.).

Топливная композиция содержит в качестве основы не более 70% смеси фракции бензина риформинга и/или изомеризата, выкипающих в интервале 40-135°С, и фракции бензина риформинга, выкипающей в интервале 80-190°С, взятых в соотношении 50-80:20-50, и не менее 30% алкилбензина. Топливная композиция может содержать в своем составе добавки: антиокислительная присадка, тетраэтилсвинец, краситель.

Из таблицы, представленной в пат. РФ №2212432 следует, что содержание тетраэтилсвинца в г на 1 кг бензина составляет 2,02-2,2, ОЧМ 96,2-98,0, сортность по богатой смеси 115-117.

Недостатком такой композиции является наличие в ней высокоароматизованных компонентов бензина риформинга, выкипающих в интервале 80-190°С, что приводит к увеличению в бензине высококипящих ароматических углеводородов. Это увеличивает экологическую нагрузку выхлопных газов, образующихся при сгорании бензина.

Задачей изобретения является получение топливной композиции авиационного бензина с октановым числом не менее 91 и сортностью по богатой смеси не менее 115, которая отвечала бы техническому регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» Таможенного союза от 18 октября 2011 г. (ТР ТС 013/2011), ГОСТ 1012-72, а также требованиям к перспективным топливам типа Авгаз-100 LL и др.

Согласно указанному регламенту, авиационный бензин может содержать тетраэтилсвинец, однако количество тетраэтилсвинца не регламентируется.

Авиационный бензин должен соответствовать требованиям, изложенным в приложении 6 п.4.10 ТР ТС 013/2011 и иметь следующие характеристики:

- Октановое число по моторному методу, не менее 91 - Сортность (богатая смесь), не менее 115 - Температура начала кристаллизации, °С, не выше - 60 - Содержание механических примесей и воды отсутствие - Давление насыщенных паров, кПа 29,3-49 - Фракционный состав:   10% отгоняются при температуре, °С, не выше 82 50% отгоняются при температуре, °С, не выше 105 90% отгоняются при температуре, °С, не выше 170 - Остаток от разгонки, %, не более 1,5 - Потери от разгонки, %, не более 1,5 - Содержание фактических смол, мг/100 см³, не более 3 - Массовая доля общей серы, %, не более 0,05 - Цвет зеленый

Поставленная задача решается предлагаемой композицией авиационного бензина, включающей изомеризат, алкилбензин и тетраэтилсвинец, которая отличается тем, что в качестве изомеризата используют изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆, в качестве алкилбензина используют алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C₃-C₄, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изомеризат легкой фракции бензина 7-30 Тетраэтилсвинец до 0,1 Алкилбензин до 100

В качестве изомеризата легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆, используют изомеризат, полученный путем изомеризации в один проход без рецикла н-гексана, и/или изомеризат, полученный путем изомеризации с рециклом н-гексана.

Композиция может содержать концентрат ароматических углеводородов C₇-C₈ в количестве до 20 мас.%, в частности толуол или смесь толуола с ксилолами.

Отличие предлагаемого технического решения состоит в выбранном соотношении определенных фракций изомеризата и алкилбензииа, причем основу композиции составляет алкилбензин (~70-93 мас.%), количество изомеризата в композиции соответственно составляет ~7-30 мас.%.

Предлагаемое техническое решение позволяет получать авиабензин со значительно меньшим содержанием тетраэтилсвинца - максимум до 0,1 мас.%, в большинстве случаев до 0,05 мас.%, а при оптимизации состава обеспечить сортность и октановое число без тетраэтилсвинца.

В составе композиции используют следующие компоненты:

- Алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C₃-C₄, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля.

- Изомеризат легкой фракции бензина, состоящий преимущественно из углеводородов C₅-C₆, полученный путем изомеризации в один проход без рецикла н-гексана, или изомеризат, полученный путем изомеризации с рециклом н-гексана, или их смесь.

- Концентрат ароматических углеводородов C₇-C₈, состоящий преимущественно из толуола нефтяного (ГОСТ 14710-78) или смеси толуола и ксилолов (ТУ 38.101254-72, ТУ 38.101255-87).

- тетраэтилсвинец в виде этиловой жидкости, например, фирмы INNOSPEK (Великобритания).

Предлагаемую композицию авиационного бензина готовят с использованием стандартного оборудования путем смешения компонентов до получения однородного раствора.

Характеристика компонентов предлагаемой композиции авиационного бензина приведена в таблице 1.

Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 7 образцов предлагаемой композиции авиационного бензина (табл.2). Результаты испытаний приготовленных образцов представлены в табл.3.

Из результатов, приведенных в табл.3, следует, что испытанные образцы композиций авиационного бензина имеют октановое число по моторному методу от 91,9 до >100 и сортность по богатой смеси 120-140.

По другим показателям заявленные композиции авиационного бензина также соответствуют требованиям к авиационному бензину по ТР ТС 013/2011 и ГОСТ 1012-72, добавлять краситель, при этом можно улучшать эксплуатационные свойства авиабензина добавлением известных антиокислителей, антикоррозионных, антистатических и других присадок, а также добавлять краситель.

Образец по примеру 3 является сравнительным и не соответствует ГОСТ 1012-72 по температуре начала кипения.

Следует отметить, что:

- снижение содержания изомеризата в образце 1 менее 7% невозможно, т.к. приведет к нарушению показателей 10% и 50% температуры выкипания.

- дальнейшее увеличение толуола выше 20 мас.% в авиабензине в образце 7 невозможно из-за нарушения (завышения) показателя - 10%температуры выкипания.

Определение октанового числа по моторному методу композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ Р52946-2008 (ЕН ИСО 5163:2005).

Настоящий стандарт устанавливает метод оценки детонационных характеристик авиационных бензинов для двигателей с искровым зажиганием с помощью условной шкалы октановых чисел, используя одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель с переменной степенью сжатия типа УИТ-85М. Определение октанового числа по моторному методу предусматривает измерение детонационных характеристик авиационных топлив в авиационных поршневых двигателях, применяя уравнение корреляции к октановому числу по авиационному методу.

Определение сортности по богатой смеси композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ 3338-68, который характеризует детонационную стойкость авиационного бензина на богатой смеси.

Сущность метода заключается в сравнении мощности двигателя, ограниченной начальной детонацией, при работе на испытуемом и эталонном топливах в стандартных условиях испытания на установке ИТ9-1.

Таким образом, заявленная композиция авиационного бензина соответствует всем требованиям к авиационному бензину по ТР ТС 013/2011 и по ГОСТ 1012-72, главными из которых является октановое число не менее 91 и сортность по богатой смеси не менее 115, а также позволяет производить перспективные авиационные бензины типа «Авгаз-100 LL».

Таблица 2 Состав образцов предлагаемой композиции авиационного бензина № п/п Наименование компонентов Содержание компонентов, мас.% Образец 1 Образец 2 Образец 3 сравнительный Образец4 Образец 5 Образец 6 Образец7 1 Изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно С₅-С₆ однопроходного без рецикла н-гексана 7 30 35 - 20 - - 2 Изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆ с рециклом н-гексана - - - - - 20 30 3 Смесь изомеризата легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆ однопроходного без рецикла и с рециклом н-гексана - - - 20 - - - 4 Концентрат ароматических углеводородов, в том числе:   -           толуола - - - 20 5 20 20 суммарных ксилолов         5     5 Тетраэтилсвинец в виде этиловой жидкости, в пересчете на тетраэтилсвинец 0,07 0,05 0,06 - 0,04 0,056 0,1 6 Алкилбензин, полученный алкилированием фракции углеводородов C₃-C₄ продукта каталитического крекинга вакуумного газойля с применением катализатора фтористого водорода До 100 До 100 До 100 До 100 До 100 До 100 До 100

Таблица 3 Результаты испытаний композиций авиационного бензина № п/п Наименование показателей Единица измерения Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 1 Фракционный состав:                   °C 42,5 40,2 39,4 40,7 40,7 40,7 40,2 НК* -«- 81,5 79,0 76,0 81,5 81,5 81,5 82,0 10% -«- 103 92,0 90,0 100 100 104 102 50% -«- 116 109 107 115 120 112 115 90% -«- 163 153 151 155 158 155 155 97,5%                 2 Октановое число (моторный метод) пункты 95,9 91,9 91,5 93,1 95,5 99,9 >1()0 3 Сортность по богатой смеси   137 120 117 131 134 137 140 * НК - начало кипения

Изобретение относится к композиции авиационного бензина, содержащей изомеризат, алкилбензин и тетраэтилсвинец, при этом в качестве изомеризата используют изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆, в качестве алкилбензина используют алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C₃-C₄, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изомеризат легкой фракции бензина 7-30 Тетраэтилсвинец до 0,1 Алкилбензин до 100

Заявленная композиция авиационного бензина соответствует всем требованиям к авиационному бензину по ТР ТС 013/2011 и по ГОСТ 1012-72, а также перспективным мировым аналогам, например «Авгаз 100 LL». 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция авиационного бензина, включающая изомеризат, алкилбензин и тетраэтилсвинец, отличающаяся тем, что в качестве изомеризата используют изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆, в качестве алкилбензина используют алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C₃-C₄, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Изомеризат легкой фракции бензина 7-30 Тетраэтилсвинец до 0,1 Алкилбензин до 100

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве изомеризата легкой фракции бензина, преимущественно C₅-C₆, используют изомеризат, полученный путем изомеризации в один проход без рецикла н-гексана, и/или изомеризат, полученный путем изомеризации с рециклом н-гексана.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит концентрат ароматических углеводородов C₇-C₈ в количестве до 20 мас.%.