СМАЗЫВАЮЩАЯ ДОБАВКА К ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩАЯ СОБОЙ АЦЕТАЛИ ФУРФУРОЛА, И ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ЕЕ СОДЕРЖАЩАЯ
LUBRICATING ADDITIVE TO DIESEL FUELS, WHICH IS FURFURAL ACETALS, AND A FUEL COMPOSITION CONTAINING IT

Изобретение относится к смазывающим добавкам к дизельным топливам, представляющим собой ацетали фурфурола, а также к композициям топлива, использующим разработанные добавки.
В настоящее время в связи с необходимостью соответствия качества выпускаемых товарных дизельных топлив требованиям стандартов Евро [Стандарт EN 590 (BSEN 590:2004/DINEN 590-2004)/Automotivefuels, Diesel. Requirements and test methods. - 2004] возросло использование малосернистых дизельных топлив. В свою очередь уменьшение содержания сернистых соединений в составе дизельного топлива приводит к ухудшению его смазывающих свойств, что влечет за собой существенное повышение износа деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей. Для улучшения смазывающей способности дизельного топлива целесообразно применение специальных присадок.
Большой интерес представляет разработка способов производства топливных компонентов с использованием возобновляемого растительного сырья. Одним из наиболее перспективных возобновляемых источников сырья является лигноцеллюлоза [Wright W.R.H., Palkovits R. Development of heterogeneous catalysts for the conversion of levulinic acid to γ-valerolactone // ChemSusChem. 2012. V. 5. P. 1657]. Из нее может быть получен фурфурол, который является сырьем для производства высокооктановых компонентов топлив (2-метилфуран, фурфуриламин) [Ершов М.А., Григорьева Е.В., Гусева А.И., Виноградова Н.Я., Потанин Д.А., Дорохов В.С, Никульшин П.А., Овчинников К.А. Обзор производных фурфурола в качестве перспективных октаноповышающих добавок к топливу // ЖПХ. 2017. Т. 90. №9. С. 1145-1155]. Перспективным способом производства продуктов топливного назначения на основе фурфурола является его совместная переработка со спиртами различного строения с получением ацеталей фурфурола [Таразанов С.В., Григорьева Е.В., Титаренко М.А., Климов Н.А., Ершов М.А., Никульшин П.А. Дипропилацеталь фурфурола как новая топливная добавка синтез и некоторые свойства // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. №12. С. 1723].
4
8
Известна добавка к дизельному топливу для улучшения смазывающих свойств дизельного топлива, в качестве которой используют продукты этерификации щавелевой кислоты с алифатическими спиртами С-С.
(Пат. РФ №2468068, 27.11.2012).
Недостатком известной добавки является использование дефицитного сырья - щавелевой кислоты.
1
3
Известны ацетали фурфурола, полученные взаимодействием фурфурола и спиртов C-С, которые являются антидетонационной добавкой и могут быть использованы в составе автомобильных топлив для повышения их детонационной стойкости. (Пат. РФ 2704035, 23.10.2019).
Использование ацеталей фурфурола в качестве смазывающей добавки к дизельным топливам не известно.
Задачей настоящего изобретения является разработка смазывающей добавки к дизельным топливам, представляющей собой ацетали фурфурола, а также к композициям топлива, использующим разработанные добавки.
4
7
4
7
Для выполнения поставленной задачи были получены ацетали фурфурола путем взаимодействия фурфурола и одноатомных спиртов С-С, в присутствии сульфокатионитного катализатора макропористой структуры, при мольном соотношении фурфурол:спирты С-С=1:6-10, при диапазоне температур -5 - 40°С.
Полученные ацетали фурфурола являются смазывающей добавкой к дизельным топливам.
Также разработана композиция дизельного топлива, содержащая смазывающую добавку, полученную по разработанному способу в концентрации 5-20% масс.
Ацетали фурфурола были получены по общей методике (примеры 1-4):
К 1 моль фурфурола (192 г) прибавляли (6-10 моль) спирта нормального строения, термостатированного при -5 - 40°С, разово добавляли необходимое количество катализатора (10-20% масс.), высушенного до постоянной массы сульфокатионита и начинали перемешивание смеси в течение 5-30 мин. По окончанию синтеза реакционную массу отделяли от катализатора на воронке Шотта, сушили сульфатом магния и фракционировали на колонке Вигре (60 см). Избыток спирта отгонялся при атмосферном давлении, а бесцветную смесь фурфурол-ацеталь разделяли в вакууме 2-5 мм рт.ст.
4
7
В качестве примеров предлагаемого изобретения приведены основные данные по синтезу и выходам ацеталей фурфурола С и С, проведенные в температурном интервале -5 - 40°С; чистота спиртов - 99,9%.
Полученные образцы ацеталей были использованы в качестве добавки в базовое дизельное топливо (таблица 1). Все компоненты, использованные для приготовления базового топлива, промышленного производства.
В качестве примера предлагаемого изобретения был приготовлен образец топлива с добавкой диамилацеталя фурфурола (ДиАмАФ) в количестве 3% масс. Для этого образца определяли цетановые числа, низкотемпературные свойства и седиментационную устойчивость при отрицательных температурах.
Цетановое число (ЦЧ) для образца базового топлива с добавкой образца ДиАмАФ составляет 51.6 пункта. Полученные результаты говорят о том, что ацетали фурфурола в количестве 3% масс. не ухудшают ЦЧ и могут быть использованы в качестве компонента дизельного топлива (таблица 2, образец 2).
В качестве примера также приведены результаты экспериментального анализа композиций альтернативного топлива, состоящих из базового топлива с добавкой ацеталей фурфурола и 2-х промоторов воспламенения, в качестве промоторов воспламенения рассмотрены этилгексилнитрат и дикумилпероксид (ДКП) (таблица 2). Использование промоторов воспламенения с добавкой ацеталей фурфурола компенсирует эффект от введения чистых ацеталей фурфурола.
Исследуемый образец базового топлива согласно требованиям ГОСТ 32511 соответствует зимнему дизельному топливу Класс 3 по температуре помутнения (-28°С) и не соответствует по предельной температуре фильтруемости, составляющей -30°С (при норме -38°С). Поэтому в образец базового топлива добавляли депрессорно-диспергирующую присадку Dodiflow 5817 в количестве 0,03 мас.%, допущенном на производстве. По причине того, что присадки и ПАВ, вовлекаемые в качестве компонентов в дизельное топливо, могут проявлять антагонизм, были проведены испытания по определению низкотемпературных свойств образца базового топлива, содержащего депрессорно-диспергирующую присадку и ДиАмАФ в количестве 3 мас.%. По результатам испытаний (таблица 3) видно, что вовлечение образца ДиАмАФ в базовое топливо не оказывает влияния на температуру помутнения и предельную температуру фильтруемости как в случае с применением присадки Dodiflow 5817, так и без нее. Данный факт подтверждает отсутствие антагонизма между ацеталем фурфурола и депрессорно-диспергирующей присадкой.
Помимо оценки низкотемпературных свойств для базового топлива были проведены испытания на седиментационную устойчивость при отрицательных температурах. Испытаниям подвергались 3 образца топлив: базовое топливо + 0.03 мас.% присадки Dodiflow 5817, базовое топливо + 3 мас.%. ДиАмАФ и базовое топливо + 0.03 мас.% присадки Dodiflow 5817 + 3% масс. ДиАмАФ (таблица 4). По полученным данным видно, что в случае топлив, содержащих либо депрессорно-диспергирующую присадку либо ацеталь фурфурола значения температуры помутнения и предельной температуры фильтруемости нижней и верхней частей топлива после испытаний отличаются от значений для исходного образца топлива менее чем на ±2°С. Из чего следует, что данные образцы топлив стабильны при холодном хранении и не расслаиваются. Для образца топлива, содержащего депрессорно-диспергирующую присадку и ацеталь фурфурола значение температуры помутнения верхней части топлива после испытаний изменилось более чем на ±2°С, что лежит за пределами погрешности определения этого свойства. Таким образом, возможно использование ацеталя фурфурола в количестве до 3 мас.%, в качестве компонента межсезонного и летнего дизельного топлива.
В рамках оценки возможности использования разрабатываемых топливных добавок были оценены их смазывающие свойства. В качестве примера приведены результаты испытаний смазывающей способности дибутилацеталя (ДиБАФ) и диамилацеталя (ДиАмАФ) фурфурола в дизельном топливе гидрокрекинга с ультранизким содержанием серы (5.1 ppm) в концентрации 3 мас.%.
Снижение диаметра пятна износа на 92-130 мкм (таблица 5) является удовлетворительным результатом, который подкреплен тенденцией связанной с изменением числа атомов углерода в алкильном заместителе. Факт наличия смазывающей способности подтвержден статистической обработкой первичной информации для 5 измерений при уровне значимости t=0.95.
4
7
4
7
Технический результат изобретения - разработана смазывающая добавка к дизельным топливам, представляющая собой ацетали фурфурола, полученные путем взаимодействия фурфурола и одноатомных спиртов С-С, в присутствии сульфокатионитного катализатора макропористой структуры, при мольном соотношении фурфурол:спирты С-С=1:6-10, при диапазоне температур -5 - 40°С, которая может быть использована в топливной композиции в количестве 5-20 мас.% совместно с промотором воспламенения в количестве до 0,4 мас.%.
Показано, что вовлечение образца ацеталей фурфурола в базовое топливо не оказывает влияния на температуру помутнения и предельную температуру фильтруемости.
Также показана совместимость ацеталей фурфурола с депрессорно-диспергирующими присадками.