ОКТАНОПОВЫШАЮЩАЯ ДОБАВКА К АВТОМОБИЛЬНЫМ БЕНЗИНАМ И ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ЕЕ СОДЕРЖАЩАЯ
OCTANE BOOSTER ADDITIVE TO MOTOR GASOLINES AND CONTAINING IT FUEL COMPOSITION

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к октаноповышающей добавке, к автомобильным бензинам на основе изобутанола. Изобретение также относится к топливной композиции высокооктанового бензина, содержащей эту добавку.
В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем отечественной нефтепереработки остается необходимость расширения выпуска высокооктановых бензинов АИ-92, АИ-95 и АИ-98, соответствующих современным и перспективным экологическим требованиям, отраженным в Техническом регламенте Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС 013/2011).
Одним из эффективных направлений решения указанной проблемы считается применение высокооктановых компонентов и добавок. Наибольшее распространение в России получили антидетонационные добавки на основе N-метиланилина, содержание которого в бензине ограничивается 1,0% об., а также оксигенаты, прежде всего эфиры: метил-трет-бутиловый и метил-трет-амиловый.
В качестве оксигената широкое распространение также получил этиловый спирт, однако стоит отметить, что при добавлении этанола к автомобильному бензину до 5-10% об., одним из основных недостатков получающихся бензино-этанольных смесей является их фазовая нестабильность при контакте с водой особенно при низких температурах. Добавление этилового спирта приводит также к повышению агрессивности смесей бензина с этанолом по отношению к некоторым видам резин и пластиков, применяемых в топливной системе автомобилей.
Известно, что изобутанол может применяться в качестве октаноповышающей добавки к автомобильным бензинам. Бензин, его содержащий, по сравнению с этанолом обладает более высокой фазовой стабильностью, более низким давлением насыщенных паров, большей массовой и объемной теплотой сгорания. Изобутанол может вовлекаться в автомобильные бензины, выпускаемые в оборот на территории РФ и стран Таможенного союза, до 10% об. (11% масс.) согласно TP ТС 013/2011. Учитывая, что данный регламент разрабатывался на основе европейских требований, в качестве перспективных требований для России может рассматриваться последняя версия стандарта EN 228:2012, в которой установлены нормы для бензинов, предназначенных для автомобилей экологического класса Евро-6. Основное отличие требований нового стандарта заключается в более широком использовании высокооктановых компонентов, прежде всего оксигенатов. Максимальное содержание изобутанола увеличено с 10 до 15% об. (16% масс.). Таким образом, актуальность применения оксигенатов, в частности изобутанола, существенно возрастает.
Известна октаноповышающая комплексная добавка к автомобильному бензину, которая содержит от 20-40% масс. спиртов, в качестве которых могут использоваться изопропиловый, и/или изоамиловый, и/или изобутиловый спирт.
Добавка вовлекается в бензин в концентрации до 10% об. Помимо спиртов добавка содержит 15-18% масс. монометиланилина, 5-6% масс. метилбензоата и остальное - эфиры, в качестве которых используют диизопропиловый, и/или метил-трет-бутиловый, и/или метил-трет-амиловый, и/или этил-трет-бутиловый, и/или этил-трет-амиловый эфир.
(Пат.РФ №2473670, 2013).
Основным недостатком этого состава является сочетание N-метиланилина и спиртов, которое может приводить к потемнению добавки и требует наличие стабилизатора цвета. В результате введение подобной добавки в автомобильный бензин приводит к значительному изменению цвета топлива, делая его некондиционным по внешнему виду. Кроме того, многокомпонентный состав добавки и невозможность получения компонентов добавки на одном предприятии приводит к ее удорожанию.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является композиционная добавка на основе изобутанола в концентрации 10-99% об. и топливная композиция, содержащая от 1 до 60% об. добавки.
В составе добавки, кроме изобутанола, могут содержаться ароматические углеводороды (толуол, ксилол и пр.), изопарафины в виде изооктана, н-бутана, изобутана, н-пентана, изопентана, этиловый спирт или смеси указанных компонентов.
(Пат.США №8968429 (В2), 2015 г.).
Недостатком данной добавки, как и предыдущей, является многокомпонентный состав и невозможность получения ее компонентов на одном предприятии, что приводит к увеличению стоимости добавки и топливной композиции ее содержащей.
Задачей изобретения является разработка октаноповышающей добавки к автомобильным бензинам на основе изобутанола, обладающей стабильностью при низких температурах, позволяющей снизить себестоимость и расширить сырьевую базу за счет квалифицированного использования невостребованных отходов, упрощения компонентного состава и возможности его получения на одном предприятии, а также топливной композиции автомобильного бензина, включающей эту добавку, отвечающую требованиям TP ТС 013/2011.
Для решения поставленной задачи предлагается октаноповышающая добавка к автомобильным бензинам на основе изобутанола, которая отличается тем, что содержит побочные продукты производства бутиловых спиртов или их смесь с отходами получения 2-этилгексанола при следующем соотношении компонентов, % масс.:
побочные продукты производства бутиловых спиртов или их смесь с отходами получения 2-этилгексанола
5-30
изобутанол
до 100
Дополнительно добавка может содержать бензиновую фракцию процесса пиролиза углеводородов, выкипающую внутри интервала температур 32-190°С, в количестве до 20% масс.
Дополнительно добавка может содержать антикоррозионную присадку в количестве до 0,05% масс.
Также предлагается топливная композиция автомобильного бензина из углеводородных фракций, содержащая данную октаноповышающую добавку в количестве 3,0-15,0% масс.
Изобутанол, являющийся основным компонентом в предлагаемой добавке, в промышленности получают процессом гидроформилирования (оксосинтеза) пропилена, в котором другим товарным продуктом является н-бутиловый спирт. Изобутанол и н-бутанол выделяются многоступенчатой ректификацией продукта гидрирования (гидрогенизата) смеси бутанольно-бутилформитной фракции с масляными альдегидами. В России изобутанол выпускается по ГОСТ 9536.
4
5
8
8
8
Побочные продукты производства бутиловых спиртов представляют собой многокомпонентную смесь легкокипящих фракций, отобранных с верха ректификационных колонн получения товарного изобутанола и товарного бутанола, а также кубовых остатков с температурой кипения не выше 230°С. Побочные продукты производства бутиловых спиртов содержат преимущественно спирты С от 40 до 60% масс., примеси эфиров, альдегидов и высококипящих компонентов (простые и сложные эфиры C-C от 5 до 30% масс., а также спирты C от 2 до 8% масс.). В состав побочных продуктов могут вовлекаться отходы получения 2-этилгексанола, если его производство осуществляется совместно с производством бутиловых спиртов на одном предприятии. Концентрация спиртов C может достигать 15%. Точный количественный состав побочных продуктов зависит от технологического режима и качества сырья. Количество побочных продуктов составляет до 10-20% в расчете на превращенное сырье. Побочные продукты производства бутиловых спиртов представляют собой прозрачную жидкость без механических примесей.
6
8
Используется бензиновая фракция, получаемая на установке пиролиза углеводородного сырья, выкипающая внутри интервала температур 32-190°С, где на долю ароматических углеводородов С-C приходится 45-85% масс., бензола - 8-50% масс. Бензиновая фракция пиролиза должна проходить предварительное гидрооблагораживание или выделение диеновых углеводородов путем ректификации. Бензиновая фракция процесса пиролиза углеводородов представляет собой жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета.
Введение побочных продуктов производства бутиловых спиртов и бензиновой фракции процесса пиролиза углеводородов, выкипающей внутри интервала температур 32-190°С, снижает себестоимость добавки и композиции с ней и расширяет сырьевую базу ее производства. Поскольку сырьем для производства бутиловых спиртов является пропилен, получаемый на установке пиролиза, производство предлагаемой добавки может быть организовано на предприятии, осуществляющем выпуск всех ее компонентов.
Добавка дополнительно может содержать антикоррозионную присадку (ингибитор коррозии), в том числе в составе многофункциональной присадки, что позволяет получать автомобильные бензины с улучшенными антикоррозионными (защитными) свойствами.
В качестве антикоррозионной присадки или многофункциональной присадки, содержащей антикоррозионный компонент, можно использовать присадки: DCI-11, Hitec 6430, Keropur 3458 и другие. В качестве примера в описании указана зарубежная антикоррозионная присадка DCI-11 (Innospec), состав которой фирма не раскрывает и авторам заявки он не известен.
Также предлагается топливная композиция для двигателя внутреннего сгорания на основе углеводородных фракций, содержащая вышеуказанную добавку в количестве 3,0-15,0% масс. Предлагаемую топливную композицию готовят путем смешения исходных компонентов и последующего перемешивания до получения однородного состава смеси.
Для приготовления предлагаемой добавки к автомобильным бензинам использовались компоненты со следующими физико-химическими свойствами, представленными в таблице 1.
Добавку к автомобильному бензину согласно данному изобретению готовят с использованием стандартного оборудования путем смешения компонентов до получения однородного раствора.
5
6
Оценка показателей проводилась путем введения добавки в базовые топлива. В качестве базовых были выбраны - базовое топливо-1 (Б1), в состав которого входили отбензоленный стабильный катализат риформинга и изомеризат C-C в соотношении 65 и 35% масс., соответственно, базовое топливо-2 (Б2), состоящее из 60% масс., бензина каталитического крекинга, 30% масс. изомеризата и 10% масс., алкилата.
В таблице 2 представлены состав, физико-химические и эксплуатационные свойства используемых базовых топлив.
Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 4 образца добавки различного состава, которые в количестве 3,0-15,0% масс. вводились в базовые топлива Б1 и Б2 (таблица 3).
Оценка антидетонационной эффективности предлагаемой добавки производилась путем введения ее в базовые топлива Б1 и Б2. Детонационные испытания образцов проводились по ГОСТ Р 52947 исследовательским методом и по ГОСТ Р 52946 моторным методом.
Оценку низкотемпературных свойств образцов предлагаемой добавки с базовыми топливами проводили по ГОСТ 5066. Согласно требованиям ГОСТ Р 52201 «Топливо моторное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием. Бензанолы», температура помутнения бензина летнего вида должна быть не выше минус 10°С, а зимнего вида - не выше минус 30°С.
Оценку антикоррозионных свойств проводили по модифицированному методу АСТМ Д 665 в присутствии дистиллированной воды при температуре 38°С в течение 4-х часов. В соответствии с рекомендациями указанного метода для определения степени коррозии поверхности стержня после испытания приняты визуальные критерии оценки, по которым максимальная степень коррозии (более 5% поверхности стержня покрыты продуктами коррозии) оценивается в 3 балла (этот показатель получен для базового топлива); поверхность стержня, свободная от следов коррозии (чистый стержень), оценивается в 0 баллов.
В таблице 4 представлены результаты испытаний базовых топлив Б1 и Б2 с предлагаемой добавкой. Оценка антидетонационных, защитных свойств и фазовой стабильности проводилась в сравнении с изобутанолом при его концентрации в топливе 3,0 и 15,0% масс.
Результаты испытаний, приведенные в таблице 4, показали, что введение в базовые топлива Б1 и Б2 предлагаемой октаноповышающей добавки повышает детонационную стойкость базовых топлив, при этом другие физико-химические и эксплуатационные свойства базовых топлив не изменяются или находятся в пределах допустимых норм. Кроме того, предлагаемая добавка по антидетонационной эффективности практически не уступает чистому изобутанолу, несмотря на значительное содержание побочных продуктов его производства и бензиновой фракции процесса пиролиза углеводородов, выкипающей внутри интервала температур 32-190°С. Результаты оценки коррозионного действия показали, что введение предлагаемой добавки, содержащей антикоррозионую присадку (образцы №3, №4), позволяет улучшить антикоррозионные свойства топлив.
Таким образом, предлагаемая добавка к автомобильному бензину при заявленном соотношении компонентов обладает высокой антидетонационной эффективностью, фазовой стабильностью при низких температурах, при этом обеспечивается снижение себестоимости за счет квалифицированного использования невостребованных отходов, упрощения компонентного состава и возможности его получения на одном предприятии. Топливная композиция автомобильного бензина, включающая эту добавку, отвечает требованиям TP ТС 013/2011.