СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 2016 года по МПК C10L1/00 C10L1/32 C10L1/182 

Изобретение относится к производству моторных топлив, а именно к технологии получения высокооктановых стабильных автомобильных топлив.

Ужесточение экологических требований к автомобильным двигателям вынуждает автомобилестроительные компании всего мира искать все новые и новые технические решения, чтобы уложиться в утверждаемые нормативы. Так как современные машины становятся все сложнее, а их выходная мощность увеличивается, то состав отработавших газов (ОГ) регламентируется более строго. При этом важной целью становится экономия горючего. Движущей же силой этого прогресса являются рынок и охрана окружающей среды.

Прогресс в области конструкции автомобильных двигателей постоянно диктует и новые требования к качеству топлив. Во всем мире законы о защите окружающей среды предусматривают переход на экологически чистые автотранспортные средства, для эксплуатации которых необходимы соответствующие топлива.

Известно, что введение в автомобильные бензины оксигенатов повышает их детонационную стойкость, т.к. увеличение концентрации кислорода в топливе способствует более полному сгоранию углеводородов, снижает теплоту сгорания топливовоздушной смеси, происходит более быстрый отвод тепла из камеры сгорания, и в результате снижается максимальная температура горения. К оксигенатам относятся алифатические спирты С1-С4 и диалкиловые эфиры, обладающие антидетонационными свойствами. Преимуществами использования оксигенатов является повышение октанового числа бензина без увеличения содержания в нем аренов, снижение токсичности отработавших газов

Реальный экологический эффект может быть получен за счет применения кислородсодержащих добавок в составе автомобильных бензинов.

Машины, эксплуатируемые на бензине, содержащем оксигенаты, выбрасывают значительно меньше токсичных продуктов. Более полное сгорание топлив с кислородсодержащими добавками позволяет снизить эмиссию оксида углерода на 32,5% и углеводородов на 14,5%. Наиболее перспективной октаноповышающей добавкой является этиловый спирт.

Высокая детонационная стойкость, низкая токсичность, возможность производства из возобновляемых источников сырья, имеющиеся в России свободные мощности для производства - все это делает этанол более привлекательным по сравнению с другими оксигенатами.

Основным недостатком бензиново-спиртовых топлив является их фазовая нестабильность, обусловленная наличием в них небольших количеств воды и, как следствие, ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Введением в спиртовые топлива соответствующих модификаторов и стабилизаторов удается преодолеть возникающие трудности. Наибольшее влияние на расслаиваемость спиртовых бензинов оказывает содержание воды. Для обеспечения стабильности бензинов со спиртами при производстве, хранении и применении необходимо предотвращать попадание в них воды, а также использовать стабилизирующие добавки или сорастворители, гомогенизирующие систему бензин-вода-спирт. Также рекомендуется вводить спирт в бензин непосредственно перед заправкой автомобиля.

Способность бензино-спиртовых смесей к расслаиванию зависит от состава бензина, содержания спирта и содержания воды в композиции. С увеличением концентрации ароматических соединений в бензине и увеличением содержания в топливе спирта температура помутнения понижается. Однако количество воды в системе является значительно более важным фактором.

С энергетической точки зрения преимущества спиртов заключаются в высоком КПД рабочего процесса и высокой детонационной стойкости. Величина КПД спиртового двигателя выше бензинового во всем диапазоне рабочих смесей, благодаря чему удельный расход энергии на единицу мощности снижается.

Известен патент на изобретение РФ №2246526 МКИ С10L 1/18, от 05.11.2003, в котором способ получения высокооктанового автомобильного топлива включает смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловой жидкостью. В качестве этиловой жидкости берут этиловый спирт концентрацией 92-96%, смешение бензина и этилового спирта проводят в соотношении 75-85 об. % и 15-25 об. % или 15-25 об. % и 75-85 об. % соответственно, полученную смесь нагревают до 40-90°С и выдерживают при этой температуре 20-30 минут, затем охлаждают и выдерживают в течение 10-15 минут.

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса получения высокооктанового автомобильного топлива и недостаточно высокая устойчивость спиртово-бензиновой смеси.

Известен способ получения высокооктанового топлива (Патент РФ 2326933 от 20.06.2008 C10L 1/182)

Способ получения высокооктанового топлива включает смешение низкооктанового бензина с этиловой жидкостью, отличающийся тем, что этиловую жидкость смешивают с поверхностно-активным веществом, дополнительно вводят бутиловый спирт, смешанный с бензином, далее полученную смесь диспергируют в течение от 5 до 20 мин с помощью ультразвука.

Смешение бензина с бутиловым спиртом и смешение этилового спирта с поверхностно-активным веществом проводят в соотношении 70-80 и 20-30 об. % соответственно. Время фазовой стабильности смеси составляет более 6 месяцев при комнатной температуре.

Недостатками известного способа получения высокооктанового топлива являются сложность рецептуры и технологии, а также низкая производительность.

Задачей изобретения является разработка способа получения стабильного высокооктанового автомобильного топлива из доступных компонентов.

Техническим результатом от использования разработанного способа является повышение производительности и стабильности автомобильного топлива в широком диапазоне изменения температур от +20°С до -33°С.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что этиловый спирт смешивают с бутиловым спиртом в соотношении 1:1 - 1:0,2, осуществляют гомогенизацию полученной смеси, которую проводят в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором при удельном расходе смеси не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, после чего полученную смесь повторно подают в виброкавитационный гомогенизатор с объемной скоростью 5 до 500 л/мин при соотношении: этиловый спирт в смеси с бутиловым 90:30 об. % и бензин 10-70 об. % соответственно.

Использование виброкавитационного гомогенизатора позволяет получить стабильные топливные эмульсии с равномерным распределением компонентов по объему топливной композиции, и устойчивые в течение не менее шести месяцев в широком диапазоне температур. Получаемые таким способом топливные композиции обеспечивают стабильную работу двигателей внутреннего сгорания. При применении такого топлива наблюдается существенное улучшение экологических характеристик работы двигателей благодаря значительному снижению окислов азота и практически полному устранению дымления.

В качестве добавок к бензинам были выбраны алифатические спирты (этиловый и бутиловый) с низкой токсичностью, возможностью производства из возобновляемых источников сырья, на имеющихся в России свободных мощностей для производства.

В работе использовался стандартный 96° этиловый спирт (спирт этиловый технический) ГОСТ Р 55878-2013 и спирт бутиловый ГОСТ 5208-81. Результаты исследований приведены в таблицах.

Вязкость бензина А-95 - 11,0 сек, бензина А-80 - 13,6 сек, спирта этилового - 13,8 сек. Вязкость бутилового спирта - Обработка проводилась на виброкавитационном гомогенизаторе ВКГ-60. Для замера вязкости использовался вискозиметр В3-4 ГОСТ 9070-75.

Примеры осуществления способа.

ПРИМЕР 1

Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловым спиртом при комнатной температуре в соотношении 1:1 и подают в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором при удельном расходе смеси 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с.

Полученную гомогенную смесь этилового спирта с бутиловым повторно подают в виброкавитационный гомогенизатор с объемной скоростью 500 л/мин, смешивая с бензином А95 в соотношении смесь спиртов 30-90 об. %, бензин 10-70 об. % и бензином А80 в соотношении смесь спиртов 60-90 об. %, бензин 10-40 об. % (таблицы 1, 2).

ПРИМЕР 2

Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловым при комнатной температуре в соотношении 1:0,2 и подают в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при удельном расходе смеси 2,0 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с.

Полученную гомогенную смесь этилового спирта с бутиловым повторно направляют в виброкавитационный гомогенизатор с объемной скоростью 250 л/мин, смешивая с бензином бензином А95 в соотношении смесь спиртов 30-90 об. %, бензин 10-70 об. % и бензином А80 в соотношении смесь спиртов 60-90 об. %, бензин 10-40 об. % (таблицы 3, 4).

ПРИМЕР 3

Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловом при комнатной температуре в соотношении 1:0,5 и подают в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при удельном расходе смеси 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с.

Полученную гомогенную смесь этилового спирта с бутиловым повторно направляют в виброкавитационный гомогенизатор с объемной скоростью 500 л/мин, смешивая с бензином А95 в соотношении смесь спиртов 30-90 обю %, бензин 10-70 об. % и бензином А80 в соотношении смесь спиртов 60-90 об. %, бензин 10-40 об. % (таблицы 5, 6).

Анализ данных, приведенных в табл. 1-6, показывает, что при температуре +20°С этиловый спирт крепостью 96° смешивают с бутиловым спиртом в объемном соотношении (1:1), (1:0,5), (1:0,2) и после обработки в виброкавитационном гомогенизаторе добавляют от 10 до 70 об. % бензина А-95 и до 40 об. % бензина А-80. Полученные топливные композиции стабильны при температуре +20°С. При понижении температуры до -33°С стабильность композиции не уменьшается.

В результате был разработан способ получения топлива с более высокими октановыми числами и низким содержанием ароматических углеводородов, в котором содержится меньшее количество СO₂ и окислов азота в отработанных газах. При этом значительно увеличилось время фазовой стабильности и гомогенности спирто-бензиновой смеси. К несомненным преимуществам спиртосодержащего бензина относится и возможность использования стандартного 96° этанола, позволяющего увеличить степени сжатия, а следовательно, и КПД двигателя.

Изобретение раскрывает способ получения топливной композиции, включающий смешение бензина с бутиловым и этиловым спиртами, при этом этиловый спирт предварительно смешивают с бутиловым спиртом в соотношении 1:1 - 1:0,2, осуществляют гомогенизацию полученной смеси в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором при удельном расходе смеси не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, после чего полученную смесь этилового спирта с бутиловым спиртом смешивают с бензином в соотношении : смесь этилового спирта с бутиловым спиртом (90-30) об. %, бензин (10-70) об. % и повторно подают в упомянутый гомогенизатор с объемной скоростью 5-500 л/мин. Технический результат заключается в получении стабильных топливных композиций с равномерным распределением компонентов по объему топливной композиции, устойчивых в течение не менее шести месяцев в широком диапазоне температур. 6 табл., 3 пр.

Способ получения топливной композиции, включающий смешение бензина с бутиловым и этиловым спиртами, отличающийся тем, что этиловый спирт предварительно смешивают с бутиловым спиртом в соотношении 1:1 - 1:0,2, осуществляют гомогенизацию полученной смеси в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором при удельном расходе смеси не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, после чего полученную смесь этилового спирта с бутиловым спиртом смешивают с бензином в соотношении: смесь этилового спирта с бутиловым спиртом (90-30) об. %, бензин (10-70) об. %. и повторно подают в упомянутый гомогенизатор с объемной скоростью 5 до 500 л/мин.