Моторне біоетанольне паливо

Реферат: Винахід належить до галузі нафтопереробки та нафтохімії. Моторне біоетанольне паливо містить біоетанол та як технологічні присадки ароматичні аміни, вуглеводневу фракцію та галогеновмісні фулерени, а як стабілізатор - 2-фурилкарбінол. Паливо характеризується стабільністю і має покращені енергетичні, екологічні та трибологічні показники. UA 102133 C2 (12) UA 102133 C2 UA 102133 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Даний винахід належить до галузі нафтопереробки та нафтохімії, а саме до розробки та виготовлення моторного палива на основі біоетанолу, яке має покращені енергетичні та екологічні характеристики, стабілізуючі властивості, що дозволить використання біопаливного етанолу вмістом більше 99,0 мас. %. Ефективними присадками до бензинів, які покращують антидетонаційні характеристики та зменшують вміст шкідливих сполук у відпрацьованих викидах, є оксигенати (кисневмісні сполуки). Найбільш відомою та дозволеною до використання в Україні є паливна композиція на основі абсолютного етанолу - високооктанова кисневмісна добавка (ВКД). На жаль, сумішеві моторні бензини, вміст ВКД в яких перевищує 6 %, мають негативну властивість до розшарування. Вже розроблені паливні композиції з відносно високим вмістом етанолу. Збільшене використання етилового спирту не лише підвищує октанове число палива, але й економить дорогі вуглеводневі компоненти, дає можливість знизити вміст високооктанових токсичних ароматичних сполук в бензині, а також розширює сировинну базу для виробництва палив за рахунок використання поновлюваної біосировини. Так, відома паливна композиція, що використовується в двигунах з іскровим запалюванням [1], яка містить автомобільний бензин та обводнений етиловий спирт з вмістом води до 10 мас. %. Недоліком даної паливної композиції є обмеженість температур, за яких можна використовувати дану композицію, так як за температури нижче 0 °C відбувається утворення окремої водної фази, що є неприпустимим. Відома паливна композиція, що використовується в двигунах з іскровим запалюванням [2], яка містить товарний автомобільний бензин, етиловий спирт та метилтетрагідрофуран. Однак, ця паливна композиція є досить дорогою, так як містить у великій кількості синтетичний метилтетрагідрофуран. Найбільш близькою до винаходу є високооктанова кисневмісна добавка до бензинів [3], що містить більше 99 мас. % етанолу. Недоліком даної добавки є відсутність у її складі стабілізатору, що не дозволяє використовувати цю добавку як моторного палива, так як в процесі експлуатації неминучим є його обводнення, що призведе до фазового розділення добавки. В автомобільних двигунах внутрішнього згоряння одним з найбільш вразливих, в плані зношення деталей, є прецизійні фрикційні спряження паливоподаючої апаратури. Роль змащувача таких деталей виконує паливо. Дуже гостро стає питання зносу паливної апаратури при використанні альтернативних моторних палив на основі біоетанолу внаслідок його низьких мастильних властивостей. При експлуатації на таких паливах різко падає надійність паливної апаратури та підвищується аварійність автомобільних двигунів. В основу винаходу поставлено задачу розробки моторного біоетанольного палива для бензинових двигунів, яке б містило значну кількість етанолу (як поновлюваного енергоносія), дозволяло б суттєво підвищувати детонаційну стійкість палив, покращувати експлуатаційні властивості, зменшувати токсичні викиди та запобігати розшаруванню бензиноетанольних палив за несприятливих умов. Поставлена задача вирішується тим, що застосовують моторне біоетанольне паливо, що містить біоетанол, та як стабілізатор - 2-фурилкарбінол, а як технологічні присадки - ароматичні аміни, вуглеводневу фракцію та галогеновмісні фулерени при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: ароматичні аміни 0,05-1,0 стабілізатор 0,01-3,0 вуглеводнева фракція (п.к.60) 0,01-10,0 галогеновмісні фулерени 0,0001-0,5 біоетанол решта. Головною відмінністю запропонованого рішення є те, що моторне біоетанольне паливо містить технологічні присадки - ароматичні аміни та вуглеводневу фракцію (п.к.-60 °C) як підвищувач тиску насичених парів, галогеновмісні фулерени - як протизношувальні присадки та стабілізатор-2-фурилкарбінол. Як вихідну сировину для виготовлення моторного біоетанольного палива використовують такі компоненти. Біоетанол - спирт етиловий, зневоднений, виготовлений з біомаси або із спирту етиловогосирцю для використання як біопалива. Біоетанол застосовують згідно з вимогами ТУ У 15.930219014-010:2007 ("Біоетанол. Технічні умови"). 1 UA 102133 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ароматичні аміни (N-метиланілін технічний за ТУ 2471-269-00204168-96) - це азотовмісна органічна сполука, які одержують алкілуванням аміногрупи аніліну спиртами або галогеналканами, та яка має такі фізико-хімічні показники: Температура кипіння: 194-196 °C Температура плавлення: - 57 °C Відносна густина: 0,99 Розчинність у воді: нерозчинний Тиск парів, Па при 36 °C: 133 Відносна густина пари: 3,7 Відносна густина суміші пара/повітря при 20 °C: 1.0 Температура спалаху: (с.с.) 79,5 °C. Вуглеводнева фракція (п.к.-60 °C) - легка фракція алканів С4-С6 розгонки товарного автомобільного бензину, відібрана від початку кипіння до 60 °C, яка має густину не більше 3 0,6820 г/см . 2-фурилкарбінол - виробляють шляхом гідратації фурфуролу та має такі фізико-хімічні властивості: Зовнішній вигляд - безбарвна рідина Вологість 0,3 % В'язкість 4,62 при 20° С Температура спалаху 75° С Температура самозаймання 491° С Точка кипіння 171° С при тиску 760 мм рт. ст. Молекулярна маса 98,10 Запах – гострий 3 Густина 1,13 г/см Розчинність - розчинний у спиртах, ефірах, хлороформі, бензинах, ацетоні; не розчинний в аліфатичних розчинниках, оливах Тиск парів - менше 0,5 мм рт. ст. при 20° С. Галогеновмісні фулерени - молекулярна модифікація фулерену галогенами загальної формули Full Hal2x, де Full - фулерен С60, С70, С72, С76, С78, С82, С84, С90, С94, С96, Hal - галоген F, СІ, Вr, де х - 1-50 з покращеною розчинністю в більш полярних розчинниках. Неочікуваним виявилося те, що галогеновмісні фулерени проявили високі антизадирні властивості при додаванні їх до моторного біоетанольного палива. Авторами вперше було знайдено, що 2-фурилкарбінол проявляє високу стабілізаційну ефективність у бензино-спиртових паливах з різним вмістом етилового спирту а також виявлена можливість покращення протизадирних властивостей моторного біоетанольного палива за допомогою мікродобавок галогеновмісних фулеренів. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропонована композиція відрізняється від відомої введенням нових компонентів таких, як ароматичні аміни, вуглеводнева фракція (п.к.-60 °C), 2-фурилкарбінол, галогеновмісні фулерени, які при сукупності інгредієнтів композиції підвищують її фізико-хімічні та експлуатаційні властивості. Заявлене моторне паливо одержують простим змішуванням при звичайних умовах. Виготовлені композиції були випробувані за фізико-хімічними показники для моторного палива. Фізико-хімічні показники моторного біоетанольного палива наведені в табл.1. Таблиця 1 Фізико-хімічні показники моторного біоетанольного палива (МБП) та прототипу Назва показника 1 Колір 2 Густина за температури 20 °C, 3 кг/м 3 Об'ємна частка води, % 4 Детонаційна стійкість: октанове число за дослідним методом октанове число за моторним методом Значення для МБП прототипу Безбарвний Безбарвний Метод контролювання 793 791 0,05 0,2 Згідно з ДСТУ 4063-2001 Згідно з ГОСТ 3900-85 або ASTM D1298-85 Згідно з ДСТУ 2572-94 111 108 Згідно з ГОСТ 8226-82 103 100 Згідно з ГОСТ 511-82 2 UA 102133 C2 Продовження таблиці 1 5 Об'ємна частка денатуруючої добавки в паливі, % 6 Тиск насиченої пари за температури 25 °C, кПа 7 Температура помутніння, °C 8 Критичне навантаження задиру 5 10 15 20 0,2 1,2 37,8 мінус 82 500 70 Згідно з прописом ISO1388/10 Згідно з ГОСТ 1756-2000 або ASTM D 323-82 Згідно з ГОСТ 5066-91 Згідно з ASTM D2783 Суттєве підвищення якості роботи двигуна при використанні моторного біоетанольного палива досягається за рахунок знайденого модифікатора тертя - галогенвмісних фулеренів, використання яких дозволяє збільшити до семи разів критичне навантаження задиру, тим самим підвищуючи ефективність роботи двигуна. Багатофункціональність дії моторного біоетанольного палива ґрунтується на наступних принципах: 1) максимальна енергетична дія палива при оптимальному вмісті складових сполук досягнута за рахунок синергетичного посилення їх дії проміжними органічними сполуками класу органічних амінів та галогенвмісних фулеренів; 2) стабілізуюча дія моторного біоетанольного палива досягається на принципі стабілізації бензино-етанольних сумішей органічними сполуками класу спиртів (2-фурилкарбінол) і амінів, що займають проміжне положення в ряді полярностей Лео-Ганча між полярностями спирту і аліфатичних вуглеводнів, що входять до складу бензину. Висока ефективність і низька вартість моторного біоетанольного палива забезпечує максимальну рентабельність при виробництві екологічно чистих палив. Перелік посилань: 1. Патент 2612873СА. C10L 1/02, C10L1/00. "Motor fuel based on gasoline and ethanol' Sijben J.M.F, Publ.28.12.2006. 2. Патент 6712866US.C10L 1/00,C10L1/02,C10L001/18. "Alternative fuel"/ Paul; Stephen F., filed24.09.2001,Publ. 30.03.2004. 3. Патент WO2007145490 (Al). C10L1/02, C10L1/14, C10L10/02. "Alternative fuel preventing phase separation and corrosion for internal combustion engines"/ Lee Yong Man, Publ. 21.12.2007. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Моторне біоетанольне паливо, яке містить біоетанол та присадки, яке відрізняється тим, що як технологічні присадки містить ароматичні аміни, вуглеводневу фракцію та галогеновмісні фулерени, як стабілізатор містить 2-фурилкарбінол при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: ароматичні аміни 0,05-1,0 2-фурилкарбінол 0,01-3,0 вуглеводнева фракція (п.к.-60) 0,01-10,0 галогеновмісні фулерени 0,0001-0,5 біоетанол решта. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3