БИОТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2015 года по МПК C10L1/185 

Настоящее изобретение относится к топливам и может быть использовано в народном хозяйстве в качестве моторного топлива, эквивалентного по физико-химическим характеристикам нефтяному моторному топливу.

Состояние области техники

Используемые в настоящее время топлива для дизельных двигателей главным образом содержат компоненты из сырой нефти.

В качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей используется природный газ и диметиловый эфир. Основным недостатком этих топлив является плохая совместимость с нефтяным дизелем, т.к. при нормальных условиях это - газы. Кроме того, требуется переделка автомобиля для работы на этих альтернативных топливах (Диметиловый эфир - Википедия).

Существует потребность в высококачественной топливной композиции для дизельных двигателей, содержащей компоненты биологического происхождения и также отвечающей требованиям к качеству дизельных топлив при работе в условиях любых температур. Более того, топливо должно быть экологически безопасным. В настоящий момент наиболее распространенным компонентом биологического происхождения в топливах является метиловый эфир рапсового масла, обозначаемый как РМЭ (RU 2393209).

Недостатком РМЭ является высокая вязкость и высокая температура застывания, что делает невозможным его использование при отрицательных температурах. Побочным продуктом получения РМЭ является глицерин, который может стать проблемой, если производится большое количество продукта. Подобным образом могут производиться эфиры других растительных масел и метиловые эфиры жирных кислот, общеизвестные как МЭЖК (метиловый эфир жирной кислоты). Такие МЭЖК могут быть использованы для таких же применений, как и метиловый эфир рапсового масла, но они также оказывают отрицательное влияние на качество дизельного топлива, в особенности в отношении его характеристики при низких температурах, и, кроме того, их применение в топливах увеличивает выбросы оксидов азота. В некоторых случаях МЭЖК и РМЭ вызывают более высокий выброс частиц и образование дыма при холодном запуске двигателя.

В заявке WO 2001012581 описывается способ получения метиловых сложных эфиров, используемых в качестве биологического дизельного топлива, по которому смеси жирных кислот и триглицеридов этерифицируют в одной фазе. По данному способу образуется раствор из жирных кислот, триглицеридов, спирта, кислотного катализатора и совместных растворителей при температуре ниже температуры кипения раствора. Совместный растворитель используют в количествах, обеспечивающих одну фазу, затем раствор выдерживают в течение времени, достаточного для того, чтобы произошла катализируемая кислотой этерификация жирных кислот. После этого кислотный катализатор нейтрализуют, добавляют щелочной катализатор для переэтерификации триглицеридов и, наконец, эфиры выделяют из раствора. Таким образом, получают содержащее эфиры биотопливо, имеющее содержание глицерина по меньшей мере 0,4 мас.%.

Недостатками являются сложность и многостадийность процесса и высокая себестоимость продуктов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является патент US 6013114 (который взят за прототип). Предлагается топливо, компонентами которого являются растительное масло и ацетали с температурой вспышки более +55°C (см. пункт 5 формулы).

Недостатком данного изобретения является высокая себестоимость продуктов. Сырьем для предлагаемых ацеталей являются спирты бутанол и выше, которые очень дорогие. Поэтому ацетали, полученные на основе этих спиртов, также будут иметь высокую себестоимость. Формали на основе спиртов С₄ и выше обладают относительно высокой вязкостью и температурой застывания и в смеси с растительными маслами не могут быть использованы при отрицательных температурах. Кроме того, ацетали, описанные в патенте, не относятся к возобновляемым биопродуктам, поэтому увеличивают выбросы парникового газа в атмосферу.

Задачей данного изобретения является разработка биотоплива, не содержащего нефтяного компонента, по своим физико-техническим (химическим) свойствам (характеристикам) не уступающему альтернативному топливу, на основе недорогих многотоннажных доступных продуктов, обеспеченных отечественными сырьевыми ресурсами, в том числе возобновляемыми.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса горения при эксплуатации двигателя на высоких оборотах, что позволит уменьшить вредные выбросы из двигателя, улучшение характеристики текучести на холоде и повышение цетанового числа, которое наряду с улучшением низкотемпературных и пусковых свойств дизельного топлива препятствует протеканию коррозии, обладает экологичным выхлопом при значительном снижении себестоимости за счет применения компонентов, на основе недорогих многотоннажных доступных продуктов, обеспеченных отечественными сырьевыми ресурсами, в том числе возобновляемыми, использование данного топлива не требует переделки двигателя.

Указанный эффект достигается тем, что биотопливо содержит диэтилформаль 40-80 об.% и глицериды ненасыщенных жирных кислот 20-60 об.%. В качестве глицеридов ненасыщенных жирных кислот используют любые растительные масла.

Использование диэтилформаля позволяет повысить цетановое число дизельного топлива до 60 пунктов. Сырьем для синтеза диэтилформаля является биоэтанол (более дешевое сырье), что позволит снизить себестоимость продуктов.

Кроме того, физико-химические показатели диэтилформаля превосходят дибутилформаль, что позволяет получить биодизельное топливо с температурой застывания ниже -60°C.

Краткое изложение сущности

Известно, что Дизель испытывал свой двигатель на растительном масле. Но растительное масло обладает высокой вязкостью, высокой температурой застывания, поэтому в мире в основном используют метиловые эфиры масел. На долю процесса переэтерификации масел приходится до 30% затрат, и при этом используется щелочь и образуются побочные продукты.

При совместном использовании (простое смешение) диэтилформаля и глицеридов ненасыщенных жирных кислот улучшаются 11 показателей Евростандарта EN 14214 для биодизеля. Диэтилформаль - биотопливо - может быть легко получен из биоэтанола и биогаза (возобновляемых источников энергии) известными способами конденсации этанола и формальдегида (Химик.ru. Химическая энциклопедия), а формальдегид из метана, через метанол (ru.wikipedia.org. Метанол, формальдегид).

Использование в качестве ацеталей диэтилформаля в смеси с глицеридами ненасыщенных жирных кислот, в качестве которых используются растительные масла, в количестве 20-60 об.%, позволяет получить биотопливо с высоким цетановым числом, его характеристики соответствуют Российскому стандарту ГОСТ Р53605-2009, Европейскому стандарту EN 14214-2003, стандарту США ASTMD 6751. При этом исключается необходимость в переэтерификации масел метанолом, на долю которой приходится до 30% затрат, и исключается необходимость утилизации побочных продуктов - глицерина и отходов щелочного катализатора (Маркетинговое исследование рынка биотоплива: биоэтанол и биодизель, 18 мая 2012 г. Reseach Techart, стр. 54). Более полное использование растительного возобновляемого сырья благоприятно сказывается на экологии в целом.

Ранее нами показано, что при концентрации ДЭФ более 40% все растительные масла (кукурузное, льняное, рапсовое, пальмовое) по показателю вязкости удовлетворяют стандартам и вязкость ниже 5 cСт.

Испытания проводили на автомобиле Тоуоtа Сarina Е 1994 года выпуска с дизельным двухлитровым двигателем при температуре ниже -20°C. В пустой бак заливали 100% биодизельное топливо в количестве 20 л, и автомобиль эксплуатировался в течение нескольких дней. Испытания проведены на трех образцах биодизельного топлива, содержащего 40-80% диэтилформаля (ДЭФ) и 20-60% подсолнечного масла. Результаты представлены в таблице.

Выводы

Автомобиль хорошо работает на всех испытанных образцах без каких-либо заметных отклонений. При концентрации диэтилформаля ниже 40%, показатель вязкости не удовлетворяет стандартам - более 5 cСт, а при концентрации диэтилформаля более 80% уменьшается смачивающая способность (скольжение) и уменьшается теплотворная способность биодизельного топлива.

Изобретение описывает биотопливо, содержащее ацетали и растительные масла, при этом биотопливо представляет смесь диэтилформаля 40-80 об.% и глицеридов ненасыщенных жирных кислот 20-60 об.%. Технический результат изобретения заключается в получении биотоплива, обладающего высоким цетановым числом, которое наряду с улучшением низкотемпературных и пусковых свойств топлива препятствует протеканию коррозии, используется без переделки двигателя, обладает экологичным выхлопом при значительном снижении себестоимости за счет применения компонентов, на основе недорогих многотоннажных доступных продуктов. 1 табл.

Биотопливо, содержащее ацетали и растительные масла, отличающееся тем, что биотопливо представляет смесь диэтилформаля 40-80 об.% и глицеридов ненасыщенных жирных кислот 20-60 об.%.