ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
FUEL COMPOSITION

Изобретение относится к производству моторных топлив, а именно к разработке высокооктановых стабильных автомобильных топлив.
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 являются повышение октанового числа бензина без увеличения содержания в нем аренов, снижение токсичности отработанных газов
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 увеличить стабильность топливных композиций (Карпов С.А. Автореферат диссертации, 2008. Особенности применения оксигенатов в автомобильном топливе).
Предложено в качестве фазового стабилизатора СБК (спирто-бензиновая композиция) применять оксиэтилированные моноалкилфенолы (неонолы) марки АФ, входящие в состав современных моющих присадок.
Установлено влияние природы и концентрации стабилизатора на эффективность добавки этанола в бензине. Максимальную стабильность СБК обеспечивает добавка, содержащая в качестве стабилизатора 10-20% масс. неонола АФ-9-6, которая понижает его температуру помутнения до значений ниже минус 25°C, при этом в качестве компонента топлива можно применять обводненный этанол.
С целью повышения агрегатной устойчивости бензин-спиртовых смесей в топливную композицию добавляют специальные присадки (сорастворители), а также для приготовления бензин-спиртовой смеси используют «безводный» технический этанол, содержащий не более 0,5% воды.
В качестве стабилизаторов агрегативной устойчивости бензин-спиртовых смесей находят применение спирты С3-С5, неионогенные ПАВ, эфиры глицерина и спиртов С4-С24, кетоны С6-С8 и др.
Найдено, что все исследованные сорастворители при их содержании 0,5-1,5% увеличивают растворимость воды с 0,2 до 1% для практически значимой области составов (концентрация этанола в смеси от 0 до 10%).
При этом концентрация сорастворителей более 1,5% не приводит к дальнейшему увеличению растворимости воды в углеводородо-этанольной композиции (ВУЗ: Сибирский федеральный университет (СФУ)).
Известна топливная композиция по патенту РФ 2230775 от 20.06.2004. Топливная композиция содержит 1-10% этилового спирта, 1-5% стабилизированного сивушного масла, 0,3-1,5% присадки на основе ароматического амина, 0,001-0,1% смеси пропоксилированного спирта легкого нейтрализованного дистиллята и нафталина или продукта взаимодействия высших карбоновых кислот C10-С30 полиалканоламинов или их алкилпроизводных и до 100 углеводородной основы. Топливная композиция в качестве углеводородной основы содержит смесь углеводородных фракций, выкипающих в интервале 25-220°C, а в качестве присадки на основе ароматического амина - N-монометиланилин или присадку АДА.
Указанная топливная композиция является стабильной при широком диапазоне температур, но обладает сложным составом и технологией приготовления, и низким содержанием этилового спирта, что не обеспечивает повышения октанового числа бензина без увеличения содержания в нем аренов и снижения токсичности отработанных газов
Известен способ получения высокооктанового топлива (Патент РФ 2326933 от 20.06.2008, C10L 1/182).
Топливная композиция по указанному патенту включает смесь низкооктанового бензина с этиловым спиртом, стабилизатором ПАВ полиоксиэтиленовым эфиром алкилфенола, и бутиловым спиртом, предварительно смешанным с бензином.
Смешение бензина с бутиловым спиртом и смешение этилового спирта с поверхностно-активным веществом проводят в соотношении 70-80 и 20-30 об. % соответственно. Для получения топливной композиции полученную смесь диспергируют в течение от 5 до 20 мин с помощью ультразвука.
Время фазовой стабильности смеси составляет более 6 месяцев при комнатной температуре.
Недостатком указанной композиции является сложность рецептуры и технологии приготовления и стабильность композиции только при комнатной температуре.
Задачей изобретения является разработка стабильной топливной композиции, содержащей в своем составе доступные ингредиенты и высокое содержание этилового спирта.
Технический результат заключается в упрощении ингредиентного состава топливной композиции и обеспечении стабильности композиции при широком диапазоне изменения температур от +20°C до -33°C.
2
Задача решается, а технический результат достигается тем, что топливная композиция, включающая этиловый спирт, бутиловый спирт и бензин, содержит смесь этилового и бутилового спиртов, взятых в соотношении, об. % (80-20) - (50-50), предварительно обработанную 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/см рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, а в качестве присадки композиция дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении ингредиентов, об. %:
Смесь этилового и бутилового спиртов
20-80
Карбамид
0,5-2,0
Бензин
Остальное
Использование виброкавитационного гомогенизатора при обработке смеси этилового и бутилового спиртов позволяет при смешении с присадкой и бензином получать стабильные топливные эмульсии с равномерным распределением компонентов по объему топливной композиции и устойчивые в течение не менее шести месяцев в широком диапазоне температур. Разработанные 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 мощностях для производства.
В работе использовался спирт этиловый технический ГОСТ Р 55878-2013 и спирт бутиловый ГОСТ 5208-81. Вязкость бензина А-95 11,0 сек, бензина А-80 13,6 сек, спирта этилового 13,8 сек. Вязкость бутилового спирта 13,8 сек. Вязкость приготовленных топливных композиций находится в интервале 11,4-12,8 сек. Обработка проводилась на виброкавитационном гомогенизаторе ВКГ-60. Для замера вязкости использовался вискозиметр В3-4 ГОСТ 9070-75.
В качестве присадки использован карбамид (мочевина).
Из патента РФ 2486229 известна топливная композиция на основе жидкого или твердого топлива с добавлением присадки в количестве 0,0001-0,1 мас. %, содержащей алифатические спирты, карбамид (мочевину), воду и борную кислоту.
Наличие многокомпонентной присадки увеличивает температуру горения, а также повышает эффективность и полноту сгорания топлива, за счет чего снижается токсичность продуктов сгорания при одновременном уменьшении коррозионного воздействия топлива на детали топливной системы, однако наличие указанной присадки не влияет на агрегативную устойчивость бензин-спиртовых смесей.
В мировой практике для сокращения выбросов NOx с отработанными газами энергетических установок технология селективного некаталитического восстановления оксидов азота является второй по распространенности после селективного каталитического восстановления. Отличительной особенностью указанной технологии при использовании карбамида (мочевины) является способность к избирательному взаимодействию с оксидами азота и высокая эффективность очистки газов (порядка 80-90%) (Метод повышения эффективности некаталитической очистки отработанных газов судовых дизелей от оксидов азота при использовании карбамида. Окунев В.Н., автореферат диссертации ктн, СПБ, 2009).
Карбамид (мочевина) с содержанием 0,5-2,0 об. % в разработанной топливной композиции дополнительно с остальными ингредиентами обеспечивает стабильность топливной композиции в широком диапазоне температур, а также значительно снижает содержание окислов азота в отработанных газах.
Примеры топливных композиций
ПРИМЕР 1.
2
Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловым спиртом при комнатной температуре в соотношении 80-20 об. % и подают в виброкавитационный гомогенизатор ВКГ-60 с вращающимся рабочим элементом - ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом - статором при удельном расходе смеси 2,5 г/см рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с.
К полученной смеси этилового и бутилового спиртов после обработки, взятых в количестве 20 об. % добавляли 0,5% карбамида и смешивали с бензином А 95 до 100 об. %.
Полученная композиция прозрачна, в ней отсутствует помутнение.
Полученная топливная композиция стабильна при хранении более 6 месяцев при комнатной температуре.
При хранении при температуре -33°C топливная композиция остается стабильной без помутнений до 6 месяцев хранения.
ПРИМЕР 2.
2
Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловым спиртом при комнатной температуре в соотношении 50-50 об. % и подают в виброкавитационный гомогенизатор ВКГ-60 с вращающимся рабочим элементом - ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом - статором при удельном расходе смеси 2,5 г/см рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с. К полученной смеси этилового и бутилового спиртов после обработки, взятых в количестве 80 об. % добавляли 2,0% карбамида и смешивали с бензином А 80 до 100 об. %.
Полученная композиция прозрачна, отсутствует помутнение.
Полученная топливная композиция стабильна после хранения более 6 месяцев при комнатной температуре.
При хранении при температуре -33°C топливная композиция остается стабильной без помутнений до 6 месяцев хранения.
ПРИМЕР 3.
2
Этиловый спирт крепостью 96° ГОСТ Р 55878-2013 смешивают с бутиловым спиртом при комнатной температуре в соотношении 50-50 об. % и подают в виброкавитационный гомогенизатор ВКГ-60 с вращающимся рабочим элементом - ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом - статором при удельном расходе смеси 2,5 г/см рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с. К полученной смеси этилового и бутилового спиртов после обработки, взятых в количестве 60 об. % добавляли 1,5% карбамида и смешивали с бензином А 95 до 100 об. %.
Полученная композиция прозрачна, в ней отсутствует помутнение.
Полученная топливная композиция стабильна более 6 месяцев хранения при комнатной температуре.
При хранении при температуре -33°C топливная композиция остается стабильной без помутнений до 6 месяцев хранения.
Таким образом, приведенные примеры подтверждают получение стабильной топливной эмульсии. Проведена проверка работоспособности и эксплуатационных характеристик бензинового электрогенератора «HUTTER» при использовании спиртосодержащего топлива на основе бензина А-80 ГОСТ Р-51105-97 и низших одноатомных спиртов.
Результаты испытаний показали, что бензиновый электрогенератор нормально запускался и стабильно работал на таких композициях. Топливная композиция может быть использована в энергетических установках, при работе которых на таком топливе позволяет получить экономию топлива порядка 5-10% и улучшить их экологические показатели.