ТОПЛИВНАЯ ПРИСАДКА Российский патент 2019 года по МПК C10L1/10 C10L1/182 C10L1/14 C10L1/188 

Область техники

Настоящее изобретение относится к новой присадке или смеси, добавляемой к топливам для сжигания в двигателях внутреннего сгорания, содержащей изопропанол, дизельное топливо и бензин, и воду. В частности, настоящая присадка содержит изопропанол в количестве от 60 до 70 об. %, дизельное топливо и бензин, каждый в количестве от 10 до 20 об. %, и воду в количестве от 1 до 3 об. %. Согласно другому аспекту, присадка содержит изопропанол в количестве от 60 до 70 об. %, льняное масло в количестве от 15 до 25 об. %, бензиновое топливо в количестве от 10 до 20 об. % и воду в количестве от 1 до 5 об. %. Изобретение также относится к применению указанной присадки для снижения уровня токсичных газовых выбросов из двигателей внутреннего сгорания, в частности, окиси углерода (СО) и несгоревших углеводородов (НС).

Предшествующий уровень техники

В настоящее время большая часть личных передвижений осуществляется посредством использования автотранспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, где для приведения в движение автотранспортного средства чаще всего происходит сжигание двух типов топлива, дизельного топлива или бензина/моторного бензина.

Процесс сжигания/сгорания дизельного топлива/бензина включает в себя окисление углеводородов, содержащихся в дизельном топливе/бензине, кислородом с образованием в конечном итоге CO₂ и H₂O. В то же время, процессы сгорания всегда протекают не до конца, вследствие чего происходит неполное окисление топлива, и в результате такого процесса неполного сгорания выделяются токсичные вещества, такие как окись углерода (СО) и низшие углеводороды (НС).

Окись углерода является известной загрязняющей примесью, необратимо блокирующей дыхательную способность индивидуума. Следовательно, повышенные концентрации окиси углерода в дыхательном воздухе в конечном итоге приведут к смерти индивидуума. Однако и более низкие дозы СО также отрицательно сказываются на здоровье индивидуума, вызывая депрессию и проблемы с сердцем.

В последнее время было обнаружено, что несгоревшие углеводороды (НС), такие как образующиеся при сжигании ископаемых видов топлива на энергетических станциях, в системах отопления жилых домов, в автотранспортных средствах и в различных промышленных процессах, являются причиной, по меньшей мере отчасти, явления, широко известного как "вдыхаемые твердые частицы" или "мелкодисперсная пыль", где эти термины обозначают твердые частицы размером меньше 10 мкм или даже меньше 2,5 мкм.

Благодаря своему размеру вдыхаемые твердые частицы могут оставаться в воздухе в течение недели, а то и дольше, прежде чем осядут на землю под действием силы тяжести. Поскольку их образование сопутствует деятельности человека, самые высокие уровни встречаются в местах его агломерации, другими словами, в больших городах. В случае если твердые частицы не перемещаются ветром, относящим их в сельскую местность, они накапливаются в воздухе городов и даже могут создавать туман в окружающей среде.

Вдыхаемые твердые частицы были признаны серьезной угрозой для здоровья человека. ВОЗ (англ. WHO, World Health Organisation - Всемирная организация здравоохранения) считает, что находящиеся в воздухе твердые частицы являются сильным канцерогеном, поскольку такие мелкие твердые частицы могут проникать в кровоток индивидуума, не будучи отфильтрованными барьером в виде легких или носа, являясь причиной необратимых мутаций ДНК, сердечных приступов и преждевременной смерти. Недавнее исследование, проводившееся в Европе в 2013, в котором приняло участие около 325000 человек, показало, что, с одной стороны, безопасного уровня частиц не существует, тогда как, с другой стороны, при каждом увеличении на 10 мкг/м³ вдыхаемых твердых частиц размером 10 мкм и меньше частота рака легкого повышается приблизительно на 20%. Более того, было показано, что более мелкие частицы с диаметром менее 2,5 мкг являются особенно смертоносными, увеличивая вероятность развития рака легкого на 36% при увеличении на 10 мкг/м³.

В городах основной причиной образования вдыхаемых твердых частиц считается движение транспорта.

В целях сокращения токсичных выбросов от двигателей внутреннего сгорания двигатели усовершенствуют в плане улучшения использования подаваемого в них топлива с одновременным повышением эффективности окисления. Кроме того, в транспортные средства встраивают катализаторы для дополнительного сокращения количества загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах.

В то же время, состав топлива также находится в центре внимания исследований, направленных на улучшение его сгорания и снижение уровня образования токсичных веществ.

В патентном документе GB 950147А раскрыта топливная композиция для улучшения выработки энергии, содержащая в качестве основного компонента углеводороды, имеющие октановое число по меньшей мере 90, и улучшающее октановое число антидетонационной присадки, содержащей металлоорганическое соединение, а также до 2 об. % со-антидетонационных агентов и наполнителей. В качестве таких добавок наряду с прочими упоминаются изопропанол и вода.

Патентный документ US 4099930 относится к энергосберегающей топливной присадке для бензиновых и дизельных двигателей, содержащей смесь пикриновой кислоты и сульфата железа в растворителе из алкилбензола, изопропилового спирта и воды. Присадку можно вводить непосредственно в двигатель внутреннего сгорания или добавлять с помощью объемного добавления в топливный контейнер.

В патентном документе JP 7278576 раскрыт способ сокращения выбросов токсичных веществ двигателями внутреннего сгорания с помощью присадки для дополнения топлива, при этом присадка содержит спирт (спирты), такой как смесь этилового спирта, н-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт или изобутиловый спирт. В зависимости от содержания воды в спирте (спиртах) может использоваться эмульгатор.

Кроме того, в патентном документе US 4992187 обсуждается композиция для очистки двигателей внутреннего сгорания, включающая в себя композицию выбранных циклических соединений, таких как N-метил-2-пирролидон, алифатических аминов, таких как н-бутиламин, и воды, растворенных в углеводородах и низших алифатических спиртах, таких как изопропанол.

Однако из-за быстро увеличивающегося количества транспортных средств по всему миру все еще остается неудовлетворенным спрос на дальнейшее сокращение количества токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение решает эту проблему и предлагает композицию для добавления в топливо, которая при сжигании топлива снижает количество окиси углерода (СО) и несгоревших углеводородов (НС) в выхлопных газах.

Настоящая композиция, согласно первому аспекту, содержит изопропанол в количестве от 60 до 70 об. %, дизельное топливо и бензин, каждый в количестве от 10 до 20 об. %, и воду в количестве от 1 до 5 об. %.

Согласно другому аспекту изобретения, композиция содержит изопропанол в количестве от 60 до 70 об. %, льняное масло в количестве от 15 до 25 об. %, бензин в количестве от 10 до 20 об. % и воду в количестве от 1 до 5 об. %. Согласно одному из вариантов осуществления, льняное масло может присутствовать в смеси с дизельным топливом в количестве до 20 об. % дизельного топлива.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, количество изопропанола составляет от 61 до 70 об. %, более предпочтительно, от 62 до 70 об. %, еще более предпочтительно, от 63 до 70 об. % и, еще более предпочтительно, от 64 до 70 об. % или от 65 до 70 об. %, или даже от 66 до 70 об. %, или от 67 до 70%, или от 68 до 70 об. %.

Топливный компонент, т.е. дизельное топливо и бензин, каждый независимо друг от друга, присутствует в количестве от 10 до 20 об. %. Предпочтительно, дизельное топливо и бензин, каждый независимо друг от друга, присутствует в количестве от 11 до 20 об. %, более предпочтительно, от 12 до 20 об. % или от 13 до 20 об. %, или от 14 до 20 об. %, или от 15 до 20 об. %, или от 16 до 20 об. %, или от 17 до 20 об. %, или от 18 до 20 об. %, или от 19 до 20 об. %.

Льняное масло может быть природного или технического происхождения. Предпочтительно, количество льняного масла составляет от 16 об. % до 24 об. %, более предпочтительно, от 17 об. % до 23 об. %, еще более предпочтительно, от 18 об. % до 22 об. %, наиболее предпочтительно, от 19 об. % до 21 об. %. В этом случае количество бензина предпочтительно составляет от 10 об. % до 16 об. %, более предпочтительно, от 11 об. % до 15 об. % и, еще более предпочтительно, от 12 об. % до 14 об. %, а количество воды составляет от 1 до 3 об. %. Предпочтительная композиция содержит 65 об. % изопропанола, 20 об. % технического льняного масла, 13 об. % моторного бензина и 2 об. % воды.

Дизельным топливом, которое может быть использовано в компоненте топлива, может быть любое доступное дизельное топливо, такое как дизельное топливо, удовлетворяющее требованиям стандарта DIN 51601, дизельное топливо, имеющее более низкое цетановое число, такое как топливо, доступное в США, дизельное топливо GtL (от англ. Gas-to-liquids - газ в жидкость), водяное дизельное топливо (англ. "water diesel"), а также судовое дистиллятное топливо.

В качестве бензина можно использовать любой моторный бензин, газ или топливо ROZ 91, ROZ 95, ROZ 98 или даже ROZ 100, а также бензин, в который введены присадки, такие как этанол, продающийся в Европейском Союзе как бензин Е10, или такие как МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир) или ЭТБЭ (этил-трет-бутиловый эфир).

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, композиция содержит от 1 до 5 мас. %, предпочтительно, от 2 до 4 мас. % мочевины или карбамида для увеличения полноты превращения оксидов азота в аммиак и воду. Мочевина наиболее предпочтительно содержится в количестве от 2,5 до 3,5 мас. % и имеет жидкую форму, такую как коммерчески доступная, без ограничения, из AdBlue ®.

Специалисту в данной области техники будет очевидно, что описанное выше топливо содержит любые доступные сезонные производные.

Вода содержится в композиции в количестве от 1 об. % до 5 об. % и, предпочтительно, от 1 об. % до 3 об. %. Вода предпочтительно является деионизированной.

Для получения настоящей композиции четыре компонента смешивают с получением гомогенной смеси, которая остается стабильной в течение длительного периода времени без отделения индивидуальных компонентов. Способы и устройства для получения гомогенной смеси хорошо известны в данной области техники и включают, например, роторно-статорные системы, поточные механические системы или генераторы ультразвуковых волн. Согласно одному из вариантов осуществления, смесь может быть стабилизирована при помощи использования известных эмульгаторов.

Композицию по настоящему изобретению добавляют в обычное топливо, предназначенное для сжигания в двигателях внутреннего сгорания, такое как дизельное топливо, т.е. любое дизельное топливо, такое как описано выше, бензин, такой как любой моторный бензин, описанный выше, или в топливо, используемое для отопления жилых домов, соответственно, в авиационный бензин (AvGasoline), автомобильный бензин (MoGasoline), керосин для самолетов или даже печное топливо для отопления в домах или используемое на энергетических станциях. В частности, настоящее изобретения является особенно ценным в областях применения, в которых отсутствует катализатор, как в автомобилях.

Композиция может быть добавлена в топливо в соотношении от 1:8000 до 1:12000, предпочтительно, от 1:9000 до 1:11000, более предпочтительно, от 1:9500 до 1:10500, более предпочтительно, 1:10000.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение без его ограничения. Описание примеров осуществления изобретения

Пример I

AUDI Q7, 4,2 л, бензиновый двигатель, выпущенный в 2013 и оснащенный катализатором, отвечающий требованиям ЕС по выхлопным газам, подвергали ездовому испытательному циклу ЕРА US 06. Длина пробега составила 12 км.

Автомобиль заправляли обычным бензином ROZ 95 и подвергали испытанию на определение количества СО и НС, которое в качестве эталона устанавливали на 100%.

Перед началом эксперимента с топливом автомобиль освобождали от предыдущего топлива, заполняли новым топливом и оставляли работать в течение 15 минут на холостом ходу с соответствующим новым топливом для прогрева двигателя и заполнения всех линий и двигателя соответствующим топливом, подлежащим испытанию.

Эксперименты проводили с использованием присадок в соответствии с изобретением (варианты осуществления с 1 по 3, с 6 по 8) и присадок, в которых количества отдельных компонентов не попадали в указанные диапазоны, или топливный компонент был заменен другим компонентом (варианты осуществления с 4 по 5).

Соответствующие композиции были добавлены в топливо в соотношении приблизительно 1:10000 перед заправкой автомобиля. Выхлопные газы анализировали на наличие в них СО и НС, количество СО и НС, определенное для пары топливо плюс присадка, указано в процентном отношении по сравнению с эталоном.

Присадки:

ИПС - изопропиловый спирт (изопропанол); Д - дизельное топливо; Б - бензин; В - вода

Были получены следующие результаты:

Как можно видеть, все композиции приводили к пониженному уровню СО. Однако в случае, когда количество изопропанола превышает нижний уровень в 60 об. %, или количество воды превышает верхний уровень в 3 об. %, количество НС увеличивается. Хорошие результаты также были получены при замене дизельного топлива техническим льняным маслом.

Пример II

Аналогичный эксперимент проводили с Hyundai i30, выпущенной в 2010, дизельный двигатель, оснащенный катализатором, отвечающий требованиям ЕС по выхлопным газам, подвергали ездовому испытательному циклу. Длина пробега составила 11 км. Была приготовлена следующая присадка:

Присадку добавляли в дизельное топливо в соотношении 1:10000.

Выхлопные газы анализировали в соответствии с 70/220/EWG с дополнением 98/69/B/EG.

Получены следующие результаты по сравнению с эталоном (дизельное топливо без присадки):

Изобретение относится к композиции, содержащей изопропанол в количестве от 60 до 70 об.%, дизельное топливо и бензин, каждый в количестве от 10 до 20 об.%, и воду в количестве от 1 до 5 об.%. Также раскрывается композиция, содержащая изопропанол в количестве от 60 до 70 об.%, льняное масло в количестве от 15 до 25 об.%, бензиновое топливо в количестве от 10 до 20 об.% и воду в количестве от 1 до 5 об.%. Изобретение также относится к применениям указанных композиций, к способу приготовления топлива, которое содержит указанные композиции, и к топливу, содержащему одну из указанных композиций. Технический результат заключается в снижении уровней окиси углерода (СО) и несгоревших углеводородов (НС) в выбросах двигателей внутреннего сгорания. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 табл.

1. Композиция, содержащая изопропанол в количестве от 60 до 70 об.%, дизельное топливо в количестве от 10 до 20 об.%, бензиновое топливо в количестве от 10 до 20 об.% и воду в количестве от 1 до 5 об.%.

2. Композиция, содержащая изопропанол в количестве от 60 до 70 об.%, льняное масло в количестве от 15 до 25 об.%, бензиновое топливо в количестве от 10 до 20 об.% и воду в количестве от 1 до 5 об.%.

3. Композиция по п. 1 или 2, где количество изопропанола составляет от 65 до 70 об.%.

4. Композиция по любому из пп. 1-3, где количество дизельного топлива и/или бензина составляет от 13 до 17 об.% каждого.

5. Композиция по любому из пп. 2-4, где количество льняного масла составляет от 18 до 22 об.%, более предпочтительно от 19 до 21 об.%.

6. Композиция по любому из пп. 1-5, где количество воды составляет от 1,5 до 3 об.%, предпочтительно от 2 до 3 об.%.

7. Композиция по любому из пп. 2-6, где льняное масло присутствует в смеси с дизельным топливом.

8. Композиция по любому из пп. 1-7, где мочевина присутствует в количестве от 1 до 5 мас.%, более предпочтительно от 2 до 4 мас.% и, наиболее предпочтительно от 2,5 до 3,5 мас %.

9. Применение композиции по любому из пп. 1-8 для приготовления топлива.

10. Применение по п. 9, где топливо выбрано из дизельного топлива, бензина, авиационного бензина (AvGasoline), автомобильного бензина (MoGasoline), керосина или печного топлива.

11. Способ приготовления топлива, обеспечивающего более низкий уровень выбросов СО и НС, включающий стадию добавления композиции по любому из пп. 1-8 в топливо в соотношении от 1:8000 до 1:12000.

12. Способ по п. 11, где композицию добавляют в топливо в количестве 1:10000.

13. Применение композиции по любому из пп. 1-8 для снижения уровней окиси углерода и углеводородов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.

14. Применение по п. 13, где количество диоксида углерода в выхлопных газах снижено по меньшей мере на 15% и/или где количество углеводородов в выхлопных газах снижено по меньшей мере на 30%.

15. Топливо, содержащее композицию по любому из пп. 1-8, где композиция содержится в соотношении от 1:8000 до 1:12000, предпочтительно 1:10000.

16. Топливо по п. 15, выбранное из дизельного топлива или бензина, авиационного бензина (AvGasoline), автомобильного бензина (MoGasoline), керосина или печного топлива.