СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕЭТИЛИРОВАННОГО АВИАБЕНЗИНА Российский патент 2017 года по МПК C10L1/00 C10L1/04 C10L1/16 C10L1/223 

Описание патента на изобретение RU2614764C1

Изобретение относится к области нефтепереработки и может быть использовано для получения неэтилированного авиационного бензина, соответствующего требованиям ASTM D 7547.

В соответствии с требованиями ASTM D 7547 «Standard Specification for Unleaded Aviation Gasoline» авиабензин марки UL 91 должен иметь детонационную стойкость по моторному методу не менее 91, сравнительно узкий фракционный состав, низкую температуру конца кипения - не выше 170°С, низкую температуру кристаллизации, малое содержание смолистых веществ и сернистых соединений, высокую теплоту сгорания - не менее 43,5 МДж/кг и химическую стабильность при хранении. Содержание свинца в авиабензине UL 91 не превышает 0.013 г/дм3.

Ведущие производители поршневых авиационных двигателей (Lycoming, ROTAX, Continental Motors и др.) провели сертификацию ряда двигателей на эти сорта авиабензина, а ряд новых моделей разрабатывают для работы на Avgas UL 91.

В отличие от требований ГОСТ 1012-2013 - «Бензины Авиационные. Технические условия» спецификация на Avgas UL 91 предъявляет более высокие требования к теплотворной способности топлива и фракционному составу и давлению насыщенных паров. Основные физико-химические и эксплуатационные показатели бензинов представлены в таблице 1.

Стандарт ASTM D 7547 описывает состав авиабензина UL 91 как смесь углеводородов, полученных в первичных и вторичных процессах нефтепереработки. В состав бензина могут вводиться антиокислительные, электростатические, антикоррозионные добавки и краситель. В отличие от ГОСТ 1012-2013 в нем не нормируется сортность на богатой смеси, температура начала перегонки и групповой состав.

Согласно результатам исследований «Координационного совета по научным исследованиям США» (CRC Report AV-7-07, "Research Results Unleaded High Octane Aviation Gasoline", June 17, 2010) перспективные неэтилированные авиабензины могут содержать: алкилат (фракция 43-198°С), авиа-алкилат (фракция 40-150°С), супер-алкилат (технический изооктан), толуол, этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), этанол, метатолуидин (3-метиланилин), метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ). Однако составы, разработанные в рамках этих исследований, содержат нестабильные соединения марганца или не соответствуют требованиям ASTM D 7547.

Известен способ получения этилированного авиабензина Б-92, согласно которому 30-90 масс. % бензина каталитического риформинга прямогонной бензиновой фракции (75-180°С) подвергают фракционированию с выделением фракций, выкипающих в интервалах 35-150°С и 100-190°С, и последующему смешиванию их с алкил-бензином и головной прямогонной фракцией при следующем соотношении компонентов в смеси, % масс.:

Фракция бензина риформинга 35-150°С 55,0-80,0 Фракция бензина риформинга 100-190°С 5,0-15,0 Алкилбензин 10,0-20,0 Головная прямогонная фракция 5,0-15,0

Затем, в полученную основу авиабензина добавляют присадки: тетраэтилсвинец (ТЭС) до 2,0 г на 1 кг; антиокислители: агидол-1 до 0,01 масс. % или 4-оксидифениламина до 0,05 масс. %; красители 6±0,1 мг на 1 кг (Патент РФ №2009168).

Эти композиции авиационного бензина не соответствуют требованиям ASTM D 7547, являются токсичными из-за наличия ТЭС.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является композиция авиационного неэтилированного бензина аналога Б 91/115 (ГОСТ 1012-2013), содержащая узкую прямогонную бензиновую фракцию 62-85°С, бензин каталитического риформинга, алкилбензин, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), толуол и антидетонационную присадку - монометиланилин при следующем соотношении компонентов, % масс.:

алкилбензин 15,0-25,0 толуол 10,0-20,0 прямогонная бензиновая фракция 62-85°С 20,0-35,0 монометиланилин 1,5-3,0 метил-трет-бутиловый эфир 5,0-10,0 бензин каталитического риформинга остальное

(Патент РФ №2547151, 2015 г.).

Существенным недостатком этого решения является совместное использование ароматических аминов (монометиланилин) и оксигенатов (МТБЭ), что приводит к повышенному смолообразованию при хранении, потемнению и осадкообразованию авиабензинов, а также отсутствие запаса по октановым характеристикам. Кроме того, к недостаткам следует отнести неизбежное снижение теплоты сгорания для композиций, содержащих в значительных количествах оксигенаты. Этот показатель не соответствует требованиям ASTM D 7547 уже при содержании МТБЭ и толуола, бензина риформинга в концентрации 10% (каждого).

Задачей настоящего изобретения является создание топливной композиции неэтилированного авиационного бензина, удовлетворяющей всем требованиям, предъявляемым к авиационному бензину Avgas UL 91 по ASTM D 7547, имеющей определенный запас по октановым характеристикам (с октановым числом не менее 92,0 ед. по моторному методу), высокую теплоту сгорания - не менее 43,5 МДж/кг, низкую температуру конца кипения - не выше 170°С и обладающей высокой стабильностью при длительном хранении.

Технический результат заключается в достижении высокой стабильности показателей качества предлагаемого авиабензина «давление насыщенных паров» и «фракционный состав» с октановым числом более 92 ед. по моторному методу, в том числе при хранении, и удовлетворяет требованиям ASTM D 7547.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата предлагаемый способ получения авиационного неэтилированного бензина включает получение дебутанизированной фракции алкилата 45-135°С, содержащей не более 2% масс. бутанов, методом ректификации из широкой фракции алкилбензина и последующее компаундирование ее с толуолом и ксилолом, изомеризатом и монометиланилином, при следующем соотношении компонентов, % масс.:

Фракция алкилата 45-135°С 40,0-80,0 Толуол и ксилол 10,0-30,0 Изомеризат 5,0-35,0 Монометиланилин 0,5-1,5

Причем соотношение ксилола и монометиланилина выбирается в диапазоне от 1:1 до 5:1.

Предпочтительней в качестве изомеризата использовать изопентановый и/или гексановый изомеризаты в соотношении 0:1-1:0 соответственно. А в качестве ксилола возможно использование нефтяного ксилола.

Из анализа известных способов получения авиабензинов следует, что наиболее критичными показателями качества являются требования по удельной теплоте сгорания, фракционному составу и давлению насыщенных паров (очень узкий диапазон). Эти ограничения формируют жесткие требования к компонентам топлива. Например, несмотря на отсутствие ограничений (в ASTM D 7547) по показателю - температура начала перегонки (фракционный состав) и высокие октановые и энергетические характеристики бутанов, их присутствие в авиабензине нежелательно, т.к. при хранении таких бутансодержащих компонентов авиабензинов высока вероятность изменения показателя «давление насыщенных паров» за нормируемые узкие пределы (38,0-49,0 кПа). Для стабилизации качества основного компонента (алкилата) по предлагаемому способу его фракционный состав ограничен температурой начала кипения 45°С и содержанием в ней бутанов 2% мас. и менее.

Производство основного компонента - фракции алкилата 45-135°С осуществляют ректификацией широкой фракции 30-202°С алкилбензина (содержащей до 10% бутанов), получаемой в процессе сернокислотного алкилирования изобутана с бутиленами или пропиленбутиленовой фракцией. Выделение фракции алкилата 45-135°С необходимо для удаления избыточного количества бутанов, стабилизации показателей качества «давление насыщенных паров» и «фракционный состав», а также увеличения октанового числа.

Использование толуола позволяет значительно повысить октановое число по исследовательскому методу (требование ASTM D 7547) и сбалансировать фракционный состав авиабензина.

Использование ксилолов (как индивидуальных, так и их смеси, например «нефтяной ксилол по ГОСТ 9410-78» - смесь трех изомеров ксилола и этилбензола) снижает температуру конца кипения авиабензина, содержащего высококипящий компонент - монометиланилин, летучесть последнего увеличивается при содержании эквивалентных или больших (до 1:5) количеств ароматических углеводородов C8 и выше.

Изомеризат производится на установке изомеризации парафиновых углеводородов С56, при этом выделяются фракции изопентанового и гексанового изомеризата. Изомеризат гексановый снижает температуру перегонки 50% авиабензина, служит для выравнивания фракционного состава топливной композиции. Изомеризат изопентановый обеспечивает выполнение требований качества авиабензина по показателю «давление насыщенных паров».

Предлагаемый способ позволяет получить авиационный бензин, обладающий высокой стабильностью с необходимым запасом по детонационной стойкости, показатели качества которого соответствуют ASTM D 7547 (Avgas UL 91).

Примеры 1-4.

В качестве примеров предлагаемого изобретения было приготовлено 4 образца неэтилированного авиационного бензина. Основные характеристики компонентов, использованных для приготовления образцов авиационного неэтилированного бензина, представлены в таблице 2. Составы образцов и результаты испытаний авиабензинов представлены в таблице 3.

Широкую фракцию алкилбензина загружают в колбу, снабженную ректификационной колонной с эффективностью 10 т.т., и последовательно выделяют фракции:

1. 29 (нк) - 45°С, в количестве 5,4% масс.;

2. 45-135°С, в количестве 90,8% масс.;

3. 135-204°С (к.к.), в количестве 3,8% масс.

Фракции №1 и №3 соединяются и испытываются на установке УИТ-85, октановое число по моторному методу равно 88,0 (в дальнейшем они могут быть использованы в качестве компонента автомобильного бензина АИ-92/98).

К фракции №2 добавляют толуол, ксилол (или нефтяной ксилол), изомеризаты, монометиланилин, антиокислитель - агидол (для всех примеров в концентрации 24 мг/кг), краситель жирорастворимый зеленый 6Ж или аналогичный зеленый краситель (для всех примеров в концентрации 5 мг/кг).

По показателям качества образцы полностью соответствуют требованиям ASTM D 7547 для Avgas UL 91, по октановым характеристикам, удельной низшей теплоте сгорания и содержанию фактических смол образцы имеют существенный запас качества по сравнению с нормами, установленными ASTM D 7547 для неэтилированных авиабензинов UL 91.

Продолжение таблицы 3

Похожие патенты RU2614764C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕЭТИЛИРОВАННОГО АВИАБЕНЗИНА Б-92/115 2015
  • Ведерников Олег Сергеевич
  • Головачёв Валерий Александрович
  • Карпов Николай Владимирович
  • Клейменов Андрей Владимирович
  • Ершов Михаил Александрович
  • Климов Никита Александрович
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
  • Белявский Олег Германович
  • Глазов Александр Витальевич
  • Панов Александр Васильевич
  • Храпов Дмитрий Валерьевич
  • Короткова Наталья Владимировна
RU2613087C1
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО НЕЭТИЛИРОВАННОГО БЕНЗИНА 2015
  • Белявский Олег Германович
  • Панов Александр Васильевич
  • Храпов Дмитрий Валерьевич
  • Короткова Наталья Владимировна
  • Ершов Михаил Александрович
  • Климов Никита Александрович
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
RU2600112C1
Топливная композиция авиационного неэтилированного бензина 2022
  • Ершов Михаил Александрович
  • Савеленко Всеволод Дмитриевич
  • Климов Никита Александрович
  • Овчинников Кирилл Александрович
  • Подлеснова Екатерина Витальевна
  • Буров Никита Олегович
RU2802183C1
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА 2014
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
  • Ершов Михаил Александрович
  • Климов Никита Александрович
RU2554938C1
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО НЕЭТИЛИРОВАННОГО БЕНЗИНА 2015
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
  • Ершов Михаил Александрович
  • Климов Никита Александрович
  • Яновский Леонид Самойлович
  • Варламова Наталья Ивановна
  • Романов Владимир Николаевич
RU2569311C1
НЕЭТИЛИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ БЕНЗИН 2014
  • Квашнин Андрей Борисович
  • Лунева Вера Всеволодовна
  • Приваленко Алексей Николаевич
  • Шарин Евгений Алексеевич
RU2547151C1
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА 2014
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
  • Ершов Михаил Александрович
RU2572242C2
Топливная композиция авиационного неэтилированного бензина 2022
  • Ершов Михаил Александрович
  • Савеленко Всеволод Дмитриевич
  • Климов Никита Александрович
  • Буров Никита Олегович
  • Овчинников Кирилл Александрович
  • Подлеснова Екатерина Витальевна
RU2786223C1
КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА ДЛЯ КАРБЮРАТОРНЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 2015
  • Шуверов Владимир Михайлович
  • Ковалев Владимир Абрамович
  • Юхнев Владимир Анатольевич
  • Андреев Андрей Владимирович
  • Середа Владимир Васильевич
RU2581829C1
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА 2013
  • Булатников Владимир Валентинович
  • Зайнутдинов Рустам Амирович
  • Волгин Сергей Николаевич
  • Юхнев Владимир Анатольевич
  • Шуверов Владимир Михайлович
  • Ковалев Владимир Абрамович
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
RU2530901C1

Реферат патента 2017 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕЭТИЛИРОВАННОГО АВИАБЕНЗИНА

Изобретение раскрывает способ получения неэтилированного авиационного бензина, который включает компаундирование алкилата, изомеризата, ароматических углеводородов каталитического риформинга и монометиланилина, при этом в качестве основы используют дебутанизированную фракцию алкилата 45-135°C, содержащую не более 2 мас.% бутанов, которую получают ректификацией из широкой фракции алкилбензина, а в качестве ароматических углеводородов используют толуол и ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фракция алкилата 45-135°C 40,0-80,0 Толуол и ксилол 10,0-30,0 Изомеризат 5-35,0 Монометиланилин 0,5-1,5,

где массовое соотношение ксилола и монометиланилина находится в интервале от 1:1 до 5:1. Технический результат заключается в получении авиационного бензина, который обладает высокой стабильностью с необходимым запасом по детонационной стойкости, показатели качества которого соответствуют ASTM D 7547 (Avgas UL 91). 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

Формула изобретения RU 2 614 764 C1

1. Способ получения неэтилированного авиационного бензина, включающий компаундирование алкилата, изомеризата, ароматических углеводородов каталитического риформинга и монометиланилина, отличающийся тем, что в качестве основы используют дебутанизированную фракцию алкилата 45-135°C, содержащую не более 2 мас.% бутанов, которую получают ректификацией из широкой фракции алкилбензина, в качестве ароматических углеводородов используют толуол и ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фракция алкилата 45-135°C 40,0-80,0 Толуол и ксилол 10,0-30,0 Изомеризат 5-35,0 Монометиланилин 0,5-1,5,

при этом массовое соотношение ксилола и монометиланилина находится в интервале от 1:1 до 5:1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изомеризата используют изопентановый и/или гексановый изомеризат в соотношении 0-1:1-0, соответственно.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве ксилола может быть использован нефтяной ксилол.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2614764C1

ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА 2013
  • Булатников Владимир Валентинович
  • Зайнутдинов Рустам Амирович
  • Волгин Сергей Николаевич
  • Юхнев Владимир Анатольевич
  • Шуверов Владимир Михайлович
  • Ковалев Владимир Абрамович
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
RU2530901C1
US 5851241 A1 22.12.1998
ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО НЕЭТИЛИРОВАННОГО БЕНЗИНА 2015
  • Емельянов Вячеслав Евгеньевич
  • Ершов Михаил Александрович
  • Климов Никита Александрович
  • Яновский Леонид Самойлович
  • Варламова Наталья Ивановна
  • Романов Владимир Николаевич
RU2569311C1
Сырьевая смесь 1983
  • Гамза Лев Борисович
  • Гуськова Зоя Дмитриевна
  • Журавлева Майя Борисовна
SU1313825A1
US 9035114 B1 19.05.2015.

RU 2 614 764 C1

Авторы

Дегтярёв Пётр Алексеевич

Ведерников Олег Сергеевич

Головачёв Валерий Александрович

Карпов Николай Владимирович

Клейменов Андрей Владимирович

Ершов Михаил Александрович

Климов Никита Александрович

Емельянов Вячеслав Евгеньевич

Белявский Олег Германович

Глазов Александр Витальевич

Панов Александр Васильевич

Храпов Дмитрий Валерьевич

Короткова Наталья Владимировна

Даты

2017-03-29Публикация

2015-12-21Подача