ПРИМЕНЕНИЕ 1,1-ДИЭТОКСИЭТАНА В КАЧЕСТВЕ АНТИДЕТОНАЦИОННОЙ ПРИСАДКИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО БЕНЗИНА
APPLICATION OF 1,1-DIETHOXYETHANE AS ANTIDETONATION ADDITIVE FOR INCREASE OF DETONATION STABILITY OF AUTOMOBILE PETROL

Настоящее изобретение относится к применению 1,1-диэтоксиэтана (ацетальдегид-диэтилацетата) в качестве антидетонационной присадки для карбюраторного топлива (автомобильного бензина). Объект изобретения также включает автомобильный бензин, получаемый путем добавления антидетонационной присадки согласно настоящему изобретению. В данной заявке вместо термина «карбюраторное топливо» далее используется более правильный термин «автомобильное топливо».
Существуют различные виды автомобильного топлива, например Супер и Суперплюс (Super и Superplus), с разной детонационной стойкостью. Детонационная стойкость бензина, используемого в двигателях внутреннего сгорания, определяет способность бензина не подвергаться неконтролируемому сгоранию («детонации») в результате самовоспламенения, при этом контролируемое сгорание происходит только от искр зажигания, при впрыске или сжатии. Для повышения детонационной стойкости автомобильного бензина его смешивают с добавками (т.н. антидетонационными присадками), которые снижают склонность бензина к детонации в двигателе внутреннего сгорания путем увеличения его октанового числа.
8
18
7
16
Это означает, что октановое число определяет степень детонационной стойкости автомобильного бензина. Октановое число ниже 100 равно содержанию в процентах по объему изооктана CH (ОЧИ = 100, где ОЧИ - исследовательское октановое число) в смеси с н-гептаном СН (ОЧИ = 0), при котором указанная смесь имеет ту же детонационную стойкость (в опытном двигателе согласно ОЧИ или ОЧМ, где ОЧМ - моторное октановое число), что и исследуемое топливо. Например, октановое число ОЧИ = 95 бензина означает, что детонационная стойкость этого бензина эквивалентна стойкости смеси, на 95% по объему состоящей из изооктана и на 5% - из н-гептана.
Исследовательское октановое число (ОЧИ) определяется согласно стандарту DIN EN ISO 5164 (ASTM D 2699) и показывает склонность бензина к детонации в режиме малой нагрузки и с низкой скоростью вращения. Моторное октановое число (ОЧМ) определяется согласно стандарту DIN EN ISO 5163 (ASTM D 2700) и показывает склонность бензина к детонации в режиме большой нагрузки и при высоком термическом напряжении.
В прошлом в качестве антидетонационных присадок использовались органические соединения свинца, в частности алкилы свинца, например тетраэтилсвинец. В настоящее время используются кислородсодержащие соединения (оксигенаты), например спирты или эфиры, так как свинец вызывает повреждения каталитического конвертера автомобиля, а также является высокотоксичным и очень вредным для окружающей среды. Поскольку смеси бензина и спирта склонны к расслаиванию в присутствии воды и (или) при низких температурах, в качестве антидетонационной присадки сейчас, в основном, применяется метил-трет-бутиловый эфир (МБТЭ). Однако МБТЭ загрязняет окружающую среду и плохо поддается биоразложению (период полуразложения в подземных водах равен 10-15 годам). Помимо МБТЭ в России также используется такой антидетонатор как N-метиланилин (монометиланилин, ММА), антидетонационный эффект которого выше, чем у МБТЭ или метанола, однако при его использовании образуются канцерогены - N-нитрозамины.
В патентной литературе также предлагается несколько соединений для увеличения детонационной стойкости карбюраторного топлива.
1
4
1
4
Например, в патенте US 6,514,299 описана антидетонационная присадка, в которой от 85% до 99% по объему занимает спирт С-С и от 1% до 15% по объему занимает соединение эфира, например диалкоксиалкан, алкоксиалканол, триалкоксиалкан, диалкоксициклоалкан или арилалкилдиэфир. Вышеуказанное соединение получают путем нагрева спирта С-С в присутствии нейтрального или основного катализатора на базе платины. Соединение демонстрирует синергическое увеличение октанового числа.
3
1
2
4
1
3
2
5
3
7
2
3
2
5
3
4
3
2
5
3
7
4
9
В патенте DE 3133899 А1 предлагается добавлять кетали с общей формулой RO-C(R)(R)-OR, где R - это СН, СН или СН, R обозначает СН или СН, а в качестве R и R могут присутствовать СН, СН, СН или СН. По возможности, вышеуказанные диалкоксиалканы добавляют в сочетании с диалкоксиметанами. В предпочтительном варианте осуществления изобретения используют 2,2-диалкоксипропаны (в частности, 2,2-диметоксипропан), по возможности, в сочетании с диметоксиметаном. Результаты этой заявки демонстрируют, что указанные добавки позволяют увеличить исследовательское октановое число и моторное октановое число максимум на 2,5 единицы.
Перед настоящим изобретением ставится задача создания альтернативной антидетонационной присадки для автомобильного бензина, которая позволяла бы достичь существенного увеличения исследовательского октанового числа, а также моторного октанового числа.
Было обнаружено поразительное явление, что одно лишь добавление 1,1-диэтоксиэтана в низкокипящий бензин с температурой начала кипения (НК) от 80°С до 120°С приводит к существенному увеличению детонационной стойкости (исследовательского октанового числа ОЧИ) на величину не менее 40 единиц. ОЧМ возрастает на величину от 25 до более 40 единиц, в предпочтительном варианте осуществления на величину от 30 до 40 единиц. 1,1-диэтоксиэтан добавляют в количестве от 5% до 20% по объему, в предпочтительном варианте осуществления - от 5% до 10% по объему. Низкокипящий бензин с НК от 80°С до 120°С используется в качестве базового бензина и имеет ОЧИ и ОЧМ не менее 70 единиц каждое, в предпочтительном варианте осуществления - 75 единиц каждое. Автомобильный бензин согласно настоящему изобретению получают путем добавления 1,1-диэтоксиэтана и стандартных добавок, таких как противоокислители, антикоррозийные присадки, моющие добавки (для защиты системы впрыска от образования отложений), противообледенительные присадки для защиты карбюратора, ускорители воспламенения и т.д., или их смеси. Применяемый базовый бензин имеет предпочтительную температуру начала кипения от 80°С до 115°С, в более предпочтительном варианте от 85°С до 110°С, в особенно предпочтительном варианте - от 90°С до 110°С. Согласно изобретению предпочтительно добавлять 1,1-диэтоксиэтан в количестве от 5% до 10% по объему, в особенно предпочтительном варианте - в количестве ок. 5% по объему.
Объект изобретения также включает автомобильный бензин с исследовательским октановым числом от ПО до 140 единиц, включающий низкокипящий бензин с температурой начала кипения от 80°С до 120°С в качестве базового бензина, 1,1-диэтоксиэтан в качестве единственной антидетонационной присадки и стандартные добавки. Предпочтительно, чтобы автомобильный бензин в настоящем изобретении имел моторное октановое число от 95 до 140 единиц, в особенно предпочтительном варианте от 100 до 140 единиц.
1
4
3
1
2
4
Автомобильный бензин в настоящем изобретении включает 1,1-диэтоксиэтан и стандартные добавки, но не содержит других антидетонационных присадок, в частности не содержит спиртов С-С, которые в сочетании с особыми 1,1-диалкоксиалканами описаны в качестве антидетонационных присадок в патенте US 6,514,299. Также автомобильный бензин не содержит кеталей с общей формулой RO-C(R)(R)-OR, которые в сочетании с диметоксиметаном описаны в качестве антидетонационной присадки в патенте DE 3133899 А1.
Также было обнаружено, что добавляемый в бензин 1,1-диэтоксиэтан предотвращает нагарообразование, а также действует как очиститель, устраняя отложения и нагар в цилиндре двигателя и обеспечивая чистоту инжекторного насоса.
При добавлении 1,1-диэтоксиэтана в товарный бензин (содержащий 15, 10 или 20% этанола) полученный бензин сохраняет стабильность, и в течение 1-1,5 лет не происходит расслаивания. Это относится и к предлагаемому автомобильному бензину.
Далее настоящее изобретение подробно описано со ссылками на примеры вариантов его осуществления без указания на чертежи.
Варианты осуществления изобретения
d
20
1,1-диэтоксиэтан был синтезирован в соответствии с известными способами; его точку кипения определили равной 103°С, а коэффициент преломления - равным 1,3819 (n ).
Приведенные в таблице 1 составляющие добавляли к низкокипящему бензину с температурой НК 110°С в количестве по объему, указанном в таблице, чтобы сравнить их с 1,1-диэтоксиэтаном. Диэтоксиэтан добавляли к низкокипящим фракциям бензина с НК 100°С и НК 110°С. ОЧИ измеряли согласно стандарту ASTM D 2699-86 при помощи анализатора Shatox SX-300 или Shatox SX-150 NEW, по возможности экстраполировали полученные значения. ОЧМ определяли аналогичным образом, в соответствии со стандартом ASTM D 2700-86.
Таблица 1
Составляющие
ОЧМ
ОЧИ
Бензин, НК 100°С
78,0
80,0
Бензин, НК 100°С (95%) + диэтоксиэтан (5%)
107,0
127,0
Бензин, НК 110°С
82,0
82,0
Бензин, НК 110°С (90%) + диэтоксиметан (10%)
98,0
129,0
Бензин, НК 110°С (95%) + диэтоксиэтан (5%)
124,0
135,0
Бензин, НК 110°С (90%) + диэтоксиэтан (10%)
130,0
140,0
Бензин, НК 110°С (90%) + пропилаль (10%)
101,5
136,0
Бензин, НК 110°С (95%) + бутилаль (5%)
119,3
146,6
Полученные значения убедительно показывают, что добавление 1,1-диэтоксиэтана в количестве 5%-10% по объему к низкокипящему базовому бензину позволяет добиться увеличения ОЧМ на величину от 29 до более 40 единиц и увеличения ОЧИ на более чем 40 единиц.