Композиційна добавка до моторних палив

Реферат: Винахід належить до галузі стабілізуючих антидетонаційних добавок до базових компонентів моторного палива та може бути використаний для істотного підвищення експлуатаційних властивостей палива, а саме: зменшення рівня токсичних викидів в атмосферу і економії палива без зменшення потужності та економічних характеристик двигунів, наприклад двигунів внутрішнього згоряння з іскровим загорянням, зокрема автомобільних. Композиційна добавка до моторних палив містить аліфатичні спирти ряду С 1-С5 або їх суміші, прості ефіри або їх суміші, ароматичні вуглеводні або їх суміші, ароматичні аміни та прямогонну бензинову фракцію. Така композиційна добавка підвищує антидетонаційні властивості та зменшує собівартість одержуваного палива, а також зменшує утворення шкідливих продуктів при згорянні палива, підвищує його однорідність та стабільність. UA 98541 C2 (12) UA 98541 C2 UA 98541 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до галузі нафтопереробки та нафтохімії, зокрема до складу стабілізаційних антидетонаційних добавок до базових компонентів моторного палива (для підвищення октанового числа), та може бути використана для істотного підвищення експлуатаційних властивостей палива, як то зменшення рівня токсичних викидів в атмосферу і економії палива без зменшення потужності та економічних характеристик двигунів, наприклад внутрішнього згоряння з іскровим загорянням, зокрема автомобільних двигунів. Заявнику відомо багато аналогічних композиційних добавок до моторних палив, найближчими серед яких за сукупністю суттєвих ознак є такі. Відомі композиційні добавки до моторних палив, які містять різні металоорганічні сполуки, зокрема фероцен (дициклопентадієніл залізо), та їх розчини. Так, відома композиційна добавка до моторного палива, яка містить N-метиламін, фероцен та/або L-гідроксіізопропіл фероцен та стабілізований етанол (RU 2129141, опубл. 23.06.1998). Недоліком вказаної добавки є окислення заліза та осадження оксидів заліза на стінках деталей двигунів при її застосуванні (нагароутворення), що погіршує стан двигунів і не дозволяє використовувати таку добавку у концентраціях, необхідних для суттєвого підвищення октанового числа палива. Також відомо кисневмісні добавки - оксигенати, до моторних палив, що підвищують октанове число і зменшують вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах, зокрема добавки на основі етилового спирту. Наприклад відома добавка до бензину, яка містить етиловий спирт, стабілізований відходами гідролізного виробництва етилового спирту із деревного вугілля (RU 2068871 опубл. 10.11.1996). Використання стабілізованого етилового спирту у паливі зменшує утворення вуглецевих відкладень при згорянні палива, зменшує вміст оксиду вуглецю у відпрацьованих газах. Проте при застосуванні таких добавок у концентраціях, які необхідні для отримання суттєвого підвищення октанового числа палива (>5 %), знижуються теплотворні властивості палива та необхідне коригування систем живлення двигуна, що є недоліком застосування таких добавок. Також відома композиційна добавка до моторного палива (RU 2139914, опубл. 20.10.1999), яка містить монометиланілін, метил-трет-бутиловий ефір та мийну присадку у таких пропорціях, мас. %: монометиланілін 6,5-70,0 мийна присадка до 6,0 N,N-диметиланілін 0,5-5,0 третинний бутиловий спирт 0,5-27,0 метиловий спирт 0,5-30 метил-трет-бутиловий ефір до 100. Невисокий вміст октанопідвищувальних компонентів (метилового спирту та метил-третбутилового ефіру) призводить до відносно невеликого підвищення октанового числа у паливі. Підвищення вмісту такої добавки у паливі призводить до суттєвого збільшення його собівартості. Також невисокий вміст октанопідвищувальних компонентів не дозволяє отримати стійкий синергетичний ефект стосовно антидетонаційних, експлуатаційних та екологічних властивостей палива. Наявність у складі тільки вуглеводнів та октанопідвищувальних компонентів призводить до підвищеної гігроскопічності палива, у якому застосовано таку добавку, та до зниження його споживчих властивостей. За найближчий аналог - прототип - прийнято UA 3258, U, опубл. 15.11.2004, композиційну 1 добавку до моторного палива, яка містить N-метиланілін, N,N -диметиланілін, метил-третбутиловий ефір, мийну присадку типу Автомаг та етанол технічний обезводнений або етанол харчовий обезводнений, або вискооктанову кисневмісну добавку як оксигенатів при такому співвідношенні компонентів, мас. %: N-метиланілін 20-90 1 N,N -диметиланілін 0,28-1,17 метил-трет-бутиловий ефір до 20 мийна присадки типу Автомаг 0,5-6,0 оксигенат до 100. Недоліком прототипу є суттєве обмеження можливостей модифікації композиції шляхом зміни концентрації компонентів, відносно велика собівартість отриманого моторного палива, 1 UA 98541 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 низька хімічна та фазова стабільність при зберіганні палива, та схильність до відкладень на деталях двигуна. В основу винаходу поставлено задачу підвищення антидетонаційних властивостей добавки з одночасним зменшенням застосування спиртів у її складі, зменшення собівартості отриманого палива за рахунок зменшення частки інших октанопідвищувальних сполучень у паливі при застосуванні запропонованої добавки, зменшення утворення шкідливих продуктів при згорянні палива, а також підвищення однорідності, стабільності та розчинності запропонованої добавки у моторному паливі шляхом підвищення сумісності компонентів добавки у необхідних концентраціях. Поставлена задача вирішується композиційною добавкою до моторних палив, яка містить аліфатичні спирти або їх суміші, прості ефіри або їх суміші, ароматичні вуглеводні або їх суміші та ароматичні аміни, згідно з винаходом як аліфатичні спирти містить аліфатичні спирти ряду С1-С5 та додатково містить прямогонну бензинову фракцію у такому співвідношенні компонентів, мас. %: аліфатичні спирти С1-С5 або їх суміші 18-23 прості ефіри або їх суміші 40-45 ароматичні вуглеводні або їх суміші 5-10 ароматичні аміни до 10 прямогонна бензинова фракція решта. Заявлена композиційна добавка може містити як аліфатичні спирти ряду С 1-С5 або їх суміші метиловий спирт та/або етиловий спирт, та/або пропіловий спирт, та/або ізопропіловий спирт, та/або бутиловий спирт, та/або ізобутиловий спирт. Також заявлена композиційна добавка може містити як прості ефіри або їх суміші метилтрет-бутиловий ефір та/або етил-трет-бутиловий ефір, та/або метил-трет-аміловий ефір, та/або діізопропіловий ефір. Також заявлена композиційна добавка може містити як ароматичні вуглеводні або їх суміші бензол та/або толуол, та/або ізомери дим етилбензолу, та/або сольвент, та/або компонент моторних палив ароматичний. Також заявлена композиційна добавка може містити як ароматичні аміни N-метиланілін та/або Екстралін, та/або добавку типу "АДА". Також заявлена композиційна добавка може містити як прямогонну бензинову фракцію фракцію бензинову газову стабільну Пк 30 °C, Кк 150 °C або її суміші з нафтовою бензиновою фракцією Пк 30 °C, Кк 200 °C. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу та технічним результатом, що досягається при його застосуванні, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Винахідниками підібрано склад композиційної добавки до моторних палив, що враховує синергетизм групового впливу окремих складників добавки. Так, відомо використання аліфатичних спиртів як антидетонаційних компонентів моторних палив (октанове число у межах 98-125 одиниць) через вміст у їх складі атому кисню (оксигенату). Проте використання цього компоненту моторних палив у чистому вигляді обмежене через невисоку фазову стабільність палив на основі аліфатичних спиртів, що призводить до "розшарування" палива при попаданні в них навіть незначних кількостей вологи, наприклад підтоварної води. Використання сполуки, яка містить оксигенат, підвищує стабільність моторних палив при низькій температурі, виключає кристалізацію води, яка може потрапити у паливо, підвищує повноту згоряння вуглеводів палива та, таким чином, покращує екологічні характеристики вихлопних газів. Як сполуки, які містять оксигенат, використовують аліфатичні спирти групи С 1-С5, нормальні або розгалужені, та/або їх суміші, та/або їх прості ефіри, та/або їх суміші. Наприклад, для заявленої добавки можливе використання суміші ізобутанолу з метил-трет-бутиловим ефіром, ізопропанолу з метанолом, етанолу з метанолом та з метил-трет-бутиловим ефіром у різних співвідношеннях, які є в межах заявлених співвідношень. Винахідниками встановлено, що ароматичні вуглеводні, які також мають високі октанові числа (у межах 98-120 одиниць), у поєднанні з ароматичними амінами у відповідних пропорціях, виступають як гомогенізатори та додаткові розчинники, які підвищують фазову стабільність самої композиційної добавки та моторних палив на її основі у широкому діапазоні температур від +30 °C до -40 °C. При цьому фазова стабільність палива підвищується і у випадку потрапляння вологи до нього у кількості до 30 кг/т. 2 UA 98541 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Безпосередньо самі ароматичні аміни є також високоефективною антидетонаційною добавкою. Винахідниками шляхом проведення серії дослідів виявлено, що у поєднанні з ароматичними вуглеводнями та ефірами вони забезпечують захист деталей двигуна та паливної системи від відкладення смол, оскільки виконують функцію мийної добавки. Використання ароматичної складової, тобто ароматичних вуглеводнів та/або їх сумішей, та прямогонної бензинової фракції, як додаткового алканового розчинника, забезпечує повноту суміщення добавки з моторними паливами, які отримані прямою перегонкою, або готовими товарними паливами, наприклад, бензинами А-76 (80), АИ-92, АИ-95, АИ-98, та підвищує фазову стабільність ароматичних компонентів при низьких температурах. Виготовлення запропонованої композиційної добавки до моторного палива можуть здійснювати різними способами, відомими у нафтопереробній та хімічній галузі. Наприклад шляхом змішування компонентів в діапазоні температур від -30 °C до +35 °C та постійного перемішування. Кількісний склад добавки може змінюватися у заявлених межах в залежності від вмісту низькооктанових сполук або сполук, які здатні утворювати перекисні сполуки у бензинових фракціях Пк=80 °C, 80-120 °C, 120-160 °C, 160 °C. Відношення високооктанових компонентів добавки визначається, виходячи з хроматографічного складу палива, яке взяте за основу при змішуванні компонентів. При цьому враховується взаємний вплив компонентів, гомогенізуючих властивостей та норм вмісту кожного з компонентів у товарному паливі, які дозволені чинними нормативними актами. Винахідниками було досліджено вплив добавки на октанове число палив, отриманих з сировини з різним груповим та хімічним складом, різним складом самих палив (складу присадок, каталізату та присадок) (таблиця 1-3). Наприклад, у таблиці 1 наведено фізико-хімічні характеристики палива - стабільного каталізату риформінгу з типової установки каталітичного риформінгу ЛЧ-35-11/1000, при введенні в нього добавки у різних кількісних параметрах. У таблиці 2 наведено результати досліджень стабільного каталізату з установки каталітичного риформінгу - "БКБ", виготовленого ВАТ "Лукойл-Одеський НПЗ", стосовно приросту октанового числа в залежності від кількості добавки. У таблиці 3 наведено встановлену дослідженням залежність октанопідвищувальної здатності добавки щодо низькооктанового ізомеризату Пк 35 °C, Кк 205 °C. При здійсненні цього дослідження октанове число вихідного ізомеризату Пк 35 °C, Кк 205 °C, становило 68,0 за дослідницьким методом та 71,0 за моторним методом. Як видно з таблиць 1-3, отримують суттєве підвищення октанового числа при застосуванні запропонованої добавки до моторних палив, отриманих з сировини з різним груповим хімічним складом або з різним складом каталізату, ізомеризату та присадок, які містить паливо. Таким чином, при застосуванні винаходу отримують підвищення антидетонаційних властивостей добавки з одночасним зменшенням застосування спиртів у її складі, зменшення собівартості отриманого палива за рахунок зменшення частки інших октанопідвищувальних сполук у паливі, зменшення утворення шкідливих продуктів при згорянні палива, а також підвищення однорідності, стабільності та розчинності запропонованої добавки у моторному паливі. Таблиця 1 Найменування показника 1 3 Густина при 20 °C, кг/см Фракційний склад: температура початку кипіння (Пк), °C 10 % переганяється при температурі, °C 50 % переганяється при температурі, °C Суміш: стабільний Суміш: стабільний Стабільний каталізат (97 каталізат (85 каталізат установки мас. %) та добавка мас. %) та добавка ЛЧ-35-11/1000 (3 мас. %) (15 мас. %) 2 3 4 781,0 781,9 782,2 42 41 75 59,5 119 111 45 3 UA 98541 C2 Продовження таблиці 1 1 90 % переганяється при температурі, °C температура кінця кипіння (Кк), °C Детонаційна стійкість: октанове число за моторним методом октанове число за дослідницьким методом 2 3 4 167 164,5 200 200 85,3 86,1 88,9 95,2 96,9 100,0 Таблиця 2 Найменування показника Октанове число: за дослідницьким методом за моторним методом Приріст октанового числа - за дослідницьким методом за моторним методом Чутливість палива Зразок палива "БКБ" з добавкою "БКБ" з добавкою "БКБ" з добавкою мас. 4 % мас. 7 % мас. 10 % "БКБ" 93,9 94,7 95,1 95,4 85,8 86,0 86,3 86,7 0,8 1,2 1,5 8,1 0,3 8,7 0,6 8,8 0,9 8,7 Таблиця 3 Мас. % добавки 1 2 3 4 5 6 10 15 20 23 25 5 10 Октанове число за моторним методом 68,2 68,93 69,66 70,39 71,12 71,85 74,77 78,42 82,07 84,26 85,72 Октанове число за дослідницьким методом 71,1 72,14 73,6 74,64 75,68 76,73 80,9 86,11 91,33 94,46 96,54 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Композиційна добавка до моторних палив, яка містить аліфатичні спирти або їх суміш, прості ефіри або їх суміш, ароматичні вуглеводні або їх суміш та ароматичні аміни, яка відрізняється тим, що як аліфатичні спирти містить аліфатичні спирти ряду С 1-С5 та додатково містить прямогонну бензинову фракцію у такому співвідношенні компонентів, мас. %: аліфатичні спирти С1-С5 або їх суміші 18-23 прості ефіри або їх суміші 40-45 ароматичні вуглеводні або їх суміші 5-10 ароматичні аміни до 10 прямогонна бензинова фракція решта. 2. Композиційна добавка до моторних палив за п. 1, яка відрізняється тим, що як аліфатичні спирти або їх суміші ряду С1-С5 містить метиловий спирт та/або етиловий спирт, та/або 4 UA 98541 C2 5 10 пропіловий спирт, та/або ізопропіловий спирт, та/або бутиловий спирт, та/або ізобутиловий спирт. 3. Композиційна добавка до моторних палив за п. 1, яка відрізняється тим, що як прості ефіри або їх суміші містить метил-трет-бутиловий ефір та/або етил-трет-бутиловий ефір, та/або метил-трет-аміловий ефір, та/або діізопропіловий ефір. 4. Композиційна добавка до моторних палив за п. 1, яка відрізняється тим, що як ароматичні вуглеводні або їх суміш містить бензол та/або толуол, та/або ізомери диметилбензолу, та/або сольвент, та/або компонент моторних палив ароматичний. 5. Композиційна добавка до моторних палив за п. 1, яка відрізняється тим, що як ароматичні аміни містить N-метиланілін та/або Екстралін та/або добавку типу "АДА". 6. Композиційна добавка до моторних палив за п. 1, яка відрізняється тим, що як прямогонну бензинову фракцію містить фракцію бензинову газову стабільну Пк 30 °С, Кк 150 °С або її суміш з нафтовою бензиновою фракцією Пк 30 °С, Кк 200 °С. Комп’ютерна верстка А. Рябко 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 5