АНТИДЕТОНАЦИОННАЯ ДОБАВКА "ОКТА 2" И ТОПЛИВО С УКАЗАННОЙ ДОБАВКОЙ
ANTIKNOCK ADDITIVE "OCTA 2" AND FUEL WITH SAID ADDITIVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к многофункциональной добавке к бензинам, и к топливу, содержащему эту добавку, предназначенному для использования в двигателях внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Добавки к моторному топливу на основе бензина, улучшающие отдельные целевые показатели, хорошо известны. Наиболее часто, при улучшении показателей топлива преследует цель повышения октанового числа. Также усилия разработчиков часто сосредотачиваются на улучшении моющих свойств топлива и его стабильности. Особенно пристальное внимание в последние годы уделяется показателям экологичности топлива.
Из патента РФ на изобретение №2241023 известна присадка к моторному топливу, содержащая, масс. %: комплексное соединение железа 1,0-5,0 (ферроцен, диэтилферроцен, α-гидроксиизопропилферроцен); амид 10,0-60,0 (формамид, диметилформамид, диметилацетамид, капролактам); магниевая соль органической кислоты 0,5-0,2 (олеат, нафтенат, таллат и октаноат магния); ароматический амин остальное (анилин, N-метиланилин, N,N-диметиланилин, ксилидин, толуидин).
Указанная присадка имеет ряд недостатков. Известно, что применение железосодержащих присадок в составе автомобильного бензина вызывает повышенное нагарообразование на свечах, что значительно снижает ресурс их работы. Кроме того, в составе присадки содержится амид (формамид, диметилформамид, диметилацетамид, капролактам), который представлен соединениями, хорошо растворимыми в воде. В связи с этим данные вещества будут вымываться водой из состава присадки и автомобильных бензинов, содержащих указанную присадку, тем самым это будет приводить к ухудшению функциональных свойств.
Еще одним важным недостатком известной присадки является то, что согласно требованиям Технического регламента Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС 013/2011) использование железосодержащих присадок в производстве автомобильных бензинов на территории стран Таможенного союза запрещено.
Из патента РФ на изобретение №2309944 известно использование N-метил-пара-анизидина в качестве компонента или присадки для повышения стойкости углеводородных топлив к детонации и получения высокооктановой топливной композиции.
Основным недостатком указанной присадки является то, что N-метил-пара-анизидин представляет собой кристаллическое вещество с температурой плавления 33-36°С, что затрудняет использование данного вещества в производстве автомобильных бензинов. Кроме того, следует отметить, что использование N-метил-пара-анизидина в рекомендуемых авторами концентрациях будет приводить к кристаллизации N-метил-пара-анизидина и нарушению фазовой стабильности автомобильного бензина при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Наиболее близкой к заявляемой антидетонационной добавке является многофункциональная добавка к жидким топливам (Пат. РФ №2117691), содержащая, мас. %:
Циклопентадиенилтрикарбонил марганца
20,0÷30,0
Дегидратированное растительное масло
2,0÷4,0
2,6-ди-трет-бутил-4-метил-фенол (агидол-1)
0,02÷0,05
ксилидин - до 100
Авторы изобретения заявляют, что сочетание указанных компонентов определяет синергетический эффект, при котором октановое число исходного топлива увеличивается более чем на 10 единиц (исследовательский метод - ИМ), эффективность работы свечей в ДВС увеличивается в 3 и более раз, а стабильность топлива достигает 100 и более часов.
Указанная присадка имеет ряд недостатков. Следует отметить, что основным компонентом добавки, обеспечивающим синергетический эффект в повышении антидетонационных свойств, является циклопентадиенилтрикарбонил марганца, без которого выполнение заявляемых авторами свойств не возможно. Известно, что недостатком марганецсодержащих присадок является их химическая неустойчивость. На свету присадки, а также бензины с присадками, содержащие марганец, разлагаются с потерей антидетонационных свойств (уменьшение октанового числа). Автомобильные бензины, содержащие такие присадки, мутнеют с выпадением с осадка. Еще одним важным недостатком известной присадки является то, что согласно требованиям Технического регламента Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС 013/2011) использование марганецсодержащих присадок в производстве автомобильных бензинов на территории стран Таможенного союза запрещено.
Кроме того, заявляя, что сочетание указанных компонентов добавки определяет ее синергетический эффект, авторы в большей степени говорят о ее многофункциональности, описывая, на какие функциональные свойства влияет каждый из ее компонентов. При этом результатов, подтверждающих наличие синергетического эффекта (усиление действия каждого из компонентов) у указанной добавки, авторы изобретения не приводят.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание многофункциональной антидетонационной добавки к моторному топливу, обеспечивающей высокий уровень детонационной стойкости, высокие эксплуатационные и экологические характеристики топлива.
Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении октанового числа топлива, стабильности добавки и топлива при окислении, в уменьшении испаряемости топлива, содержащего добавку по изобретению, в увеличении срока хранения добавки, в том числе в условиях возможного контакта с водой и ее парами, - причем все перечисленное достигается без нарушения технических требований TP ТС 013/2011, ГОСТ Р 51866-2002, ГОСТ Р 51105-97, ГОСТ 32513-2013
Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что предлагаемая антидетонационная добавка к топливу для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина (здесь и далее - «Окта 2») содержит следующие компоненты:
(I) 2,4-ксилидин, 2,5-ксилидин, 2,6-ксилидин или их смесь;
(II) пара-анизидин или N-метил-пара-анизидин;
(III) анилин,
(IV) агидол-1 или агидол-12,
при следующем содержании компонентов (масс. %):
компонент (I)
50÷60
компонент (II)
10÷15
компонент (III)
5÷60
компонент (IV)
0,05÷0,45
Совместное использование ксилидина или их смесей (I), пара-анизидина или N-метил-пара-анизидина (II), анилина (III), агидола-1 или агидола-12 (IV) в указанных соотношениях обеспечивает совокупный синергетический эффект повышения октанового числа топлива. Это позволяет обеспечить заметное повышение октанового числа базового бензина при минимальных концентрациях ценных компонентов добавки. Наличие антиокислительного компонента (IV) также обеспечивает химическую стабильность как топливной добавки, так и полученных с ее применением топливных композиций в течение гарантийного срока их хранения. При использовании добавки в эффективных концентрациях, состав топлива будет соответствовать требованиям действующих ГОСТов и Технических регламентов, и при этом достигается улучшение эксплуатационных и экологических характеристик топлива, повышение октанового числа, стойкости к смолообразованию, стабильности свойств при длительном хранении.
Также благодаря сочетанию незамещенных и замещенных алкильными группами анилинов в составе добавки снижается испаряемость готовых топливных композиций, удерживаются легкие фракции углеводородных топлив. Особенно ярко данный эффект проявляется при использовании пара-низидина или N-метил-пара-анизидина.
Также немаловажно, что все компоненты добавки нерастворимы в воде и образуют стабильную композицию в широком диапазоне температур, что обеспечивает ее фазовую стабильность и, следовательно, отсутствие потери антидетонационных свойств при длительном хранении и транспортировке.
В одном предпочтительном варианте осуществления компонент I представляет собой 2,4-ксилидин, 2,5-ксилидин, 2,6-ксилидин или их смесь.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления компонент II представляет собой пара-анизидин или N-метил-пара-анизидин.
В другом предпочтительном варианте осуществления она дополнительно содержит многофункциональную присадку, обеспечивающую сниженное образование отложений во впускной системе двигателя, повышение антикоррозионных свойств топлива
В еще одном аспекте настоящего изобретения, оно относится к топливу для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, дополнительно содержащему добавку по любому из пп. 1-4 в количестве по меньшей мере, 1,0 масс. %.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления топливо содержит по меньшей мере 1,5 масс. % упомянутой добавки.
В еще одном из предпочтительных вариантов осуществления топливо содержит по меньшей мере 2,0 масс. % упомянутой добавки.
В другом из предпочтительных вариантов осуществления топливо содержит по меньшей мере 2,5 масс. % упомянутой добавки.
Более подробно преимущества добавки по изобретению описаны в разделе «ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ» ниже на конкретном примере.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для подтверждения синергетического эффекта была определена антидетонационная эффективность компонентов: 2,4-ксилидина, 2,5-ксилидина, 2,6-ксилидина, смесей ксилидинов, анилина, N-метил-пара-анизидина, пара-анизидина в эталонной «смеси 70», состоящей из 70% об. изооктана и 30% об. гептана, определенная по исследовательскому методу (табл. 1-3).
Из данных, представленных в табл. 1-2, следует, что при сложении прироста октановых чисел индивидуальных компонентов при суммарной их концентрации 2,5% масс. общий прирост октанового числа в «смеси 70» по исследовательскому методу находится в диапазоне 8,3-9,4 единиц.
Были проведены испытания антидетонационной добавки «Окта 2» при использовании компонентов: 2,4-ксилидина, 2,5-ксилидина, 2,6-ксилидина, смесей ксилидинов, анилина, N-метил-пара-анизидина, пара-анизидина и агидола-1, обеспечивающих при введении в «смесь 70» добавки «Окта 2» в концентрации 2,5% масс., такое же соотношение компонентов, как и для индивидуальных компонентов (табл. 2).
В таблице 3 представлены результаты по исследованию антидетонационной эффективности различных составов антидетонационной добавки «Окта 2» в концентрации 2,5% масс. в «смеси 70» по исследовательскому методу.
Результаты испытаний составов антидетонационной добавки «Окта 2» в концентрации 2,5% масс. на базе компонентов: 2,4-ксилидина, 2,5-ксилидина, 2,6-ксилидина, смесей ксилидинов, анилина, N-метил-пара-анизидина, пара-анизидина и агидола-1, показывают, что прирост октанового числа в «смеси 70» по исследовательскому методу находится в диапазоне 8,9-10,1 единиц, что свидетельствует о наличии синергетического эффекта смеси компонентов.
Одним из важнейших показателей автомобильного бензина является давление насыщенных паров. Данный показатель характеризует физическую стабильность, пусковые свойства и склонность к образованию паровых пробок автомобильного бензина. Пусковые свойства автомобильных бензинов улучшаются при увеличении в их составе низкокипящих углеводородов (бутан, изопентан, МТБЭ и др.). Однако, чем выше содержание низкокипящих углеводородов, тем более склонен бензин к потерям от испарения (физическая стабильность) и образованию паровых пробок.
Следует отметить, что такие высокооктановые углеводороды, как бутан, изопентан, МТБЭ, спирты, используемые в производстве автомобильных бензинов с целью повышения их детонационной стойкости, также способствуют повышению давления насыщенных паров. Автомобильные бензины, содержащие вышеуказанные углеводороды, обладают необходимой детонационной стойкостью и давлением насыщенных паров. Однако при хранении и транспортировке такие бензины склонны к повышенному испарению, что приводит к ухудшению их физической стабильности и снижению детонационной стойкости за счет испарения низкокипящих высокооктановых углеводородов.
Использование антидетонационной добавки «Окта 2» позволяет улучшить физическую стабильность автомобильного бензина и соответственно снизить его потери от испарения. Результаты по исследованию влияния добавки «Окта 2» на давление насыщенных паров автомобильного бензина представлены в табл. 4.
Аналогичные результаты были получены при использовании 2,5-ксилидина, 2,6-ксилидина как индивидуально, так и в виде их смесей с 2,4-ксилидином.
Результаты испытаний составов антидетонационной добавки «Окта 2» на базе компонентов: 2,4-ксилидина, 2,5-ксилидина, 2,6-ксилидина, смесей ксилидинов, анилина, N-метил-пара-анизидина, пара-анизидина и агидола-1, показывают, что использование добавки «Окта 2» в составе автомобильного бензина позволяет снизить давление насыщенных паров и соответственно снизить его потери при хранении и транспортировке.
Одним из важных свойств присадок, добавок, компонентов, используемых в производстве автомобильных бензинов, является их влияние на фазовую стабильность бензинов в широком диапазоне температур. Фазовая стабильность присадки проверялась при температуре от +40°С до -50°С, бензинов с присадкой проверялась при охлаждении образцов до температуры -50°С. Результаты испытаний представлены в таблицах 5-6.
Исследования добавки «Окта 2» проводились при возможном максимальном содержании N-метил-пара-анизидина и пара-анизидина, так как из всех веществ, используемых в составе добавки «Окта 2», именно эти вещества имеют наивысшие температуры плавления, 36 и 56°С соответственно.
В табл. 6 представлены результаты по влиянию различных составов добавки «Окта 2» на фазовую стабильность автомобильных бензинов.
Результаты, представленные в табл. 6, показывают, что введение в автомобильный бензин добавку «Окта 2» в концентрации 2,5% не ухудшает его фазовую стабильности в широком интервале температур.
Влияние добавки на детонационную стойкость автомобильных бензинов оценивалось по ГОСТ Р 52946-2008 (ЕН ИСО 5163:2005) по моторному методу (ОЧМ) и ГОСТ Р 52947-2008 (ЕН ИСО 5164:2005) по исследовательскому методу (ОЧИ). В качестве базовых топлив были использованы товарные автомобильные бензины Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105-97 (класс 5) и Премиум-95 по ГОСТ Р 51866-2002 (вид III). Результаты исследований представлены в табл. 7.
Из результатов, представленных в табл. 7, следует, что добавка «Окта 2» в концентрации 1,3% масс. повышает детонационную стойкость автомобильного бензина на 2,7-2,9 единицы по исследовательскому методу и на 1,6-1,8 единицы по моторному методу. При введении в базовый автомобильный бензин марки Регуляр-92 (АИ-92) добавки «Окта 2» в концентрации 1,3% масс. антидетонационные характеристики повышаются до уровня бензина марки Премиум-95 (АИ-95). Добавка «Окта 2» в концентрации 2,5% масс. повышает детонационную стойкость автомобильного бензина марки Премиум-95 на 2,9-3,3 единицы по исследовательскому методу и на 2,6-2,8 единицы по моторному методу. При введении в базовый автомобильный бензин марки Премиум-95 (АИ-95) добавки «Окта 2» в концентрации 1,3% масс. антидетонационные характеристики повышаются до уровня бензина марки Супер-98 (АИ-98).
Влияние добавки «Окта-2» на физико-химические и антидетонационные свойства автомобильных бензинов оценивали по показателям, регламентируемым Техническим регламентом Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС 013/2011), ГОСТ Р 51866-2002 и ГОСТ 32513-2013. Для проведения исследований был выбран состав добавки «Окта-2», обеспечивающий наибольший антидетонационный эффект и оказывающий наибольшее влияние на снижение давления насыщенных паров, данным условиям удовлетворяет следующий состав: 2,4-ксилидин - 60% масс., N-метил-пара-анизидин - 15% масс., Анилин - 24,95% масс., Агидол-1 - 0,05% масс. Результаты исследований представлены в табл. 8.
Результаты исследований, представленные в табл. 8, показывают, что введение в автомобильный бензин антидетонационной добавки «Окта 2» в концентрации 1,3% масс. позволяет повысить детонационную стойкость бензина на 2,9 единицы по исследовательскому методу и на 1,7 единицы по моторному методу. Введение добавки «Окта 2» позволяет снизить давление насыщенных паров на 2,1 кПа. Автомобильный бензин, содержащий добавку «Окта 2», по физико-химическим показателям соответствует требованиям Технического регламента Таможенного союза TP ТС 013/2011, ГОСТ Р 51866-2002, ГОСТ 32513-2013.
Учитывая склонность ксилидинов к образованию отложений в топливной системе автомобиля, предлагаемая добавка может дополнительно содержать моющую присадку, например Хайтек 6470, или Хайтек 6473, или Керопур 3458 N, или Керопур 3638, или присадку аналогичного назначения в количестве до 2% масс.
Моющая эффективность по оценке склонности автомобильного бензина без добавки «Окта 2» и с добавкой «Окта 2», содержащей моющей агент, к образованию отложений на впускных клапанах была определена в ходе испытаний в стендовых условиях на полноразмерном двигателе ВАЗ 2101 по методу СТО АНН 40488460-001-2004.
Отложения на клапанах при испытании исходного бензина Регуляр-92, не содержащего добавку «Окта 2», составляют 89 мг/клапан. При использовании добавки «Окта 2», содержащей многофункциональную присадку с моющими свойствами, значительно улучшаются моющие свойства бензина Регуляр-92 и отложения составляют от 3 мг/клапан. Таким образом, разработана антидетонационная добавка к топливу для двигателей внутреннего сгорания на основе: 2,4-ксилидина, или 2,5-ксилидина, или 2,6-ксилидина, или их смесей, пара-анизидина или N-метил-пара-анизидина, анилина, агидола-1 или агидола-12, содержащая моющий агент, антикоррозионный агент, которая сочетает высокие антидетонационные свойства с моющими свойствами и обладает стабильностью показателей качества при хранении. Кроме того, разработана топливная композиция, содержащая антидетонационную добавку «Окта 2» в концентрации 1,0-2,5% масс., отвечающая требованиям TP ТС 013/2011.