МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДОБАВКА К АВТОМОБИЛЬНОМУ БЕНЗИНУ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕЕ ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
MULTIFUNCTIONAL GASOLINE ADDITIVE AND FUEL COMPOSITION CONTAINING SAID ADDITIVE

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к составу многофункциональной добавки к автомобильному бензину и к топливной композиции, содержащей эту добавку.
Известно широкое использование в составах автомобильных бензинов антидетонационных добавок на основе N-метиланилина (N-MA) (А.М. Данилов. Применение присадок в топливах. Справочное издание. М.: Мир, 2005, с.20-30).
Известна также добавка к автомобильным бензинам на основе метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), N-MA, метанола и моющей присадки (Автомаг) при следующем соотношении компонентов, % мас.: 6,5-70 N-MA; 0,5-5 N,N-диметиланилина, 0,5-27 третичного бутилового спирта; 0,5-30 метанола; моющей присадки не более 6, МТБЭ до 100. Добавка вводится в автомобильные бензины в концентрации до 20% мас. (пат. РФ № 2139914, 1999).
Недостатком указанной добавки является высокое содержание метанола, которое повышает ее токсичность и гигроскопичность, а также снижает стабильность бензинов при хранении. Моющая присадка Автомаг эффективна для устаревших карбюраторных двигателей и практически непригодна для современных двигателей с непосредственным впрыском топлива из-за низкой эффективности по устранению смолистых отложений на впускных клапанах и инжекторах.
Известна также добавка к автомобильным бензинам, содержащая, % мас.: 6,5-70 N-MA, 0,2-27 третичного бутилового спирта, не более 6,0 моющей присадки, 0,1-25 эфиров уксусной кислоты и сивушного масла и до 100 МТБЭ. В качестве моющей присадки используют присадку, содержащую продукт конденсации полиамина общей формулы NH_2-(СН_2 )_2-(NH-CH_2-CH_2)_n-NH_2, где n=0-4, с С_7-С_20 - жирными кислотами. Добавка предназначена для использования в автомобильных бензинах в концентрации до 20% мас. (Пат. РФ №2155793, 2000).
Недостатком добавки является наличие моющей присадки с низкой термостабильностью, не обеспечивающей возможность ее применения при эксплуатации инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Существенным недостатком добавки также является склонность к изменению цвета при хранении от светло-желтого до темно-коричневого (цвет по АСТМ Д 1500 от 0,5 до 8,0), а также к повышению количества отложений на впускных клапанах, особенно при использовании добавки в составе бензинов, содержащих продукты крекинга.
Наиболее близкой к заявляемой является добавка к автомобильным бензинам, содержащая, мас.%:
Метил-трет-бутиловый эфир
20-40
Моющую присадку, включающую
модификатор трения (Хайтек 6437)
до 10
Стабилизатор цвета диэтиламин или триэтилентетрамин
0,01-0,2
нано-материалов «Таунит»
от 10<sup>-2</sup> до 10<sup>-5</sup>
Антидетонационную добавку на основе ароматических
аминов, включающая в качестве основного компонента
N-метиланилин
остальное.
Такая топливная композиция может содержать многофункциональную добавку в количестве от 0,3 до 3,0 мас.% (пат. РФ №2400529, МПК C10L 1/18, C10L 1/185, C10L 1/22, C10L 1/10, 2010 г.).
Недостатком добавки является недостаточное повышение октанового числа (ОЧ), не обеспечивающего возможность ее применения при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, в т.ч. инжекторных.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка многофункциональной добавки к автомобильным бензинам с высокими антидетонационными свойствами, а также топливной композиции включающей эту добавку.
-6
-4
Для решения поставленной задачи предлагается многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая антидетонационные и другие компоненты, содержащая углеродные наноматериалы (УНМ) предпочтительно в виде многослойных нанотрубок (УНТ) в пересчете на бензин в количестве от 10 до 10 мас.%.
Многофункциональная добавка к автомобильному бензину может содержать, мас.%:
Модифицирующую добавку в виде УНТ «Таунит»
в количестве
от 10<sup>-2</sup> до 10<sup>-5</sup>
Метил-трет-бутиловый эфир
20-40
Моющую присадку, включающую модификатор
трения
до 10
Стабилизатор цвета диэтиламин или триэтилентетрамин
0,01-0,2
Антидетонационную добавку на
основе ароматических аминов - остальное,
включающая в качестве основного
компонента N-метиланилин
остальное.
Также предлагается топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе бензина, содержащая вышеуказанную многофункциональную добавку в количестве 0,3-3,0% мас.
-6
-4
Отличием заявляемого технического решения является содержание в составе добавки углеродных наноматнриалов (УНМ) предпочтительно в виде многослойных нанотрубок (УНТ) в пересчете на бензин в количестве от 10 до 10 мас.%.
-6
-4
Использование в составе добавки модифицирующей добавки в виде углеродных наноматериалов «Таунит» в пересчете на бензин в количестве от 10 до 10 мас.% обеспечивает:
- увеличение 04 на 9-11 ед;
- эффективное устранение смолистых отложений на впускных клапанах и инжекторах;
- улучшает экологическую безопасность использования бензина за счет более полного окисления продуктов сгорания;
- обеспечивает стабильность топлива при низких температурах;
способствует уменьшению нагарообразования за счет их разрыхления.
Использование в составе добавки моющей присадки, включающей модификатор трения и показавшей высокие антикоррозионные свойства в композициях с ароматическими аминами, позволяет поддержать в чистоте основные элементы двигателей.
Введение в состав добавки диэтиламина или триэтилентетрамина позволяет повысить химическую стабильность, что приводит к стабилизации цвета добавки. Добавка может использоваться как для корректировки антидетонационных свойств товарных бензинов в системе обращения, восстановления их качества, так и при разработке технологии производства ассортимента высокооктановых автомобильных бензинов, отвечающих требованиям технического регламента.
Используемые в составе добавки компоненты являются продуктами промышленного производства. В предлагаемом составе добавки предпочтительно использование ароматического амина (N-MA) с минимальной примесью анилина, имеющего более низкую химическую стабильность и требующего применения антиокислителя.
В качестве ароматического амина в многофункциональной добавке используют N-MA технический улучшенный по СТО 00204168-001-2008 с содержанием N-MA 98,0% мас. или антидетонационную добавку на основе ароматических аминов АДА-СУПЕР по СТО 11605031-011-2007 с содержанием N-MA 98,5% мас. В качестве оксигената используют МТБЭ по ТУ 38.103704-90 с изм. 1-5.
В качестве стабилизатора цвета используют диэтиламин технический по ГОСТ 9875-88 или триэтилентетрамин, выпускаемый фирмой AKZO NOBEL (Швеция).
В качестве моющей присадки, включающей модификатор трения, используют присадку Хайтек 6437, выпускаемую фирмой Afton Chemical (Великобритания). Присадка Хайтек 6437 представляет маслянистую жидкость с плотностью при 15 °С 0,9134 г/см^3 ; температурой вспышки (РМС) 60 °С; температурой застывания <-43 °С; вязкостью при 40 °С 9,44 сСт. В органических растворителях присадка Хайтек 6437 образует прозрачный раствор и практически нерастворима в воде. Предлагаемую многофункциональную добавку готовят по безотходной технологии с использованием стандартного оборудования при температуре 15-35 °С путем смешения компонентов до получения однородного раствора.
Для испытаний 000 «Нано Тех Центр» (Тамбов) были предоставлены образцы углеродных нанотрубок Таунит, обработанные в сухом виде в дезинтеграторе.
Технические характеристики УНТ «Таунит» приведены в табл.1
Таблица 1
№ п/п
Характеристика
Значение
1
Наружный диаметр, нм
20÷70
2
Внутренний диаметр, нм
5÷10
3
Длина, мкм
2 и более
4
Общий объем примесей, % (после очистки)
До 5 (до 1)
5
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
0,4÷0,6
6
Удельная геометрическая поверхность, м<sup>2</sup> /г
120-130 и более
7
Термостабильность, °С
до 600
Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 3 образца предлагаемой добавки, состав которых приведен в табл.2. Влияние добавки на детонационную стойкость оценивалось моторным методом по АСТМ Д 2700-95(ГОСТ 511-82) на установке УИТ-85 по приросту октанового числа эталонной смеси «70» изооктана и н-гептана, взятых в соотношении 70:30 (по объему). Чем больше прирост октанового числа, тем выше антидетонационные свойства добавки. Для испытуемых образцов прирост составляет от 2,1 до 3,3 в сравнении с эталонной смесью.
Антикоррозионная эффективность добавки определялась по модифицированному методу АСТМ Д 66 5 в эталонном топливе ИТ (80% изооктана и 20% толуола по объему) 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 эталонного топлива ИТ); поверхность стержня, свободная от следов коррозии (чистый стержень), оценивается в 0 баллов; для испытуемых образцов этот показатель составляет от 0 до 2-х баллов.
Моющая эффективность по оценке склонности автомобильного бензина к образованию отложений определена испытаниями в стендовых условиях на полноразмерном двигателе ВАЗ 2101 по методу СТО АНН 40488460-001-2004 предлагаемых образцов добавки в бензине типа АИ-95 в сравнении с исходным бензином. Моющие свойства бензина АИ-95 с предлагаемой добавкой, не содержащей моющей присадки Хайтек 6437, по методу СТО АНН 40488460-001-2004 составляют 98 мг/клапан. При наличии в добавке моющей присадки Хайтек-6437 с модификатором трения моющие свойства бензина АИ-95 значительно улучшаются (табл.2).
Оценка цвета добавки после 1 года хранения проведена визуально и по методу АСТМ Д 1500. В соответствии с указанным методом оценка цвета проводится в единицах АСТМ от 0,5 до 8 (от светло-желтого до темно-коричневого цвета). Чем больше единиц АСТМ, тем темнее цвет продукта. Из результатов, представленных в таблице 2, следует, что после 1 года хранения цвет образцов добавки визуально остался без изменения или слегка потемнел (от светло-желтого до желтого). По методу АСТМ Д 1500 установлено, что цвет соответствует от 1 до 4 единиц. С использованием предлагаемой добавки были приготовлены лабораторные образцы на основе 70% об. и-октана и 30% об. н-гептана.
Результаты испытаний образцов на ОЧ.
Таблица 2
№ п/п
Испытуемый образец (моторный метод)
Состав испытуемого образца
ОЧ, ед
Прирост ОЧ, ед
1
Стандартная смесь ЭТС
70% об. и-октана
70,0
-
30% об. н-гептан
2
Стандартная смесь +АДА
70% об. и-октана
76,0
6,0
30% об. н-гептан1,5% мас. АДА
3
Стандартная смесь + АДА+УНТ+Х<sub>2</sub>
70% об. и-октана30% об. н-гептан1,5% мас. АДА10<sup>-4</sup> мас. УНТ
81,3
11,3
4
Стандартная смесь + АДА + УНТ
70% об. и-октана30% об. н-гептан1,5% мас. АДА10<sup>-6</sup> мас. УНТ
79,5
9,5
Из данных, представленных в табл.2, видно, что разработанная добавка в заявленном интервале и соотношении компонентов обладает высокими антидетонационными свойствами. Наибольшую эффективность по антидетонационным свойствам показал образец 3. В то же время при значительном уменьшении - почти в 100 раз - содержания УНТ (образец 4) эффективность повышения 04 снизилась на 25%.
Таким образом, многофункциональная добавка к автомобильному бензину и содержащая ее топливная композиция обеспечивают повышение 04 на 9-11 ед. и повышает эксплуатационные свойства бензина.