ВЫСОКООКТАНОВЫЙ БЕНЗИН
HIGH-OCTANE GASOLINE

Изобретение относится к высокооктановому бензину, предназначенному для использования в технике, оснащенной поршневыми двигателями внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Автомобильный бензин - один из наиболее крупнотоннажных продуктов нефтеперерабатывающих предприятий. В последние годы в нефтепереработке наблюдается постепенное ухудшение качества перерабатываемой нефти (ее утяжеление и повышение содержания серы), что осложняет выработку из нее большого количества высокооктановых компонентов бензина. В то же время, газоперерабатывающие и нефте-газохимические предприятия обладают высоким потенциалом для выпуска автомобильных бензинов, имея технологическую возможность производства различных бензиновых компонентов, как низкооктановых бензиновых фракций, так и октаноповышающих добавок на основе ароматических и олефиновых углеводородов и оксигенатов.
На данный момент наиболее распространенными высокооктановыми добавками к автомобильному бензину являются ароматические соединения и оксигенаты, содержание которых в стандартном бензине допускается не выше 35-42 и 5-27% об. соответственно, в зависимости от страны применения. Чаще всего ароматические компоненты вводят в состав бензина в виде риформата, содержащего более 50% аренов и обладающего высоким октановым числом. Помимо этого, в бензин могут вводиться индивидуальные углеводороды: толуол, ксилолы и другие, а также гидрированный бензин пиролиза, характеризующийся высоким содержанием ароматических углеводородов.
Оксигенаты, применяемые в составе бензина, как правило, представляют собой либо спирты, либо их простые эфиры. Наиболее распространенными спиртами являются этанол и метанол, а эфирами -метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), метил-трет-амиловый эфир (МТАЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ) и этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ).
Помимо этого, большим потенциалом в качестве компонента бензина обладает изооктен (ди-изобутилен). Промышленное производство изооктена заключается в димеризации изобутилена на гетерогенных кислотных катализаторах. Так как изооктен является олефином, его содержание в бензине ограничивается. Предельные нормы на содержание олефинов в бензине зависят от региона применения топлива и устанавливаются в национальных стандартах на бензин. Современные требования к автомобильному бензину в ведущих странах ограничивают содержание олефиновых углеводородов до 25% об. Например, в стандарте на бензин в Калифорнии (США) норма на содержание олефинов составляет 4% об., в Китае - 24% об., в Бразилии - 25% об. В России, как и в странах ЕС, содержание олефиновых углеводородов в автомобильном бензине не должно превышать 18% об.
Известна топливная композиция, состоящая из, % мас.: изомеризата 15,0-35,0; п-ксилола 30,0-39,0; изобутана 2,0-8,0; метил-трет-бутилового эфира 12,0-14,8; изооктена 1,0-9,5; алкилбензина до 30,0 и антиокислительной присадки Агидол до 0,2. Данная композиция обладает октановым числом 106-109 по исследовательскому методу и является специализированным топливом для гоночных, спортивных автомобилей, скутеров, мотоциклов (RU №2581464, 2016). Вовлечение значительных количеств дорогостоящих высокооктановых компонентов ограничивает целесообразность ее применения на технике, обладающей менее жесткими требованиями к детонационной стойкости бензина. Кроме того, компонентный состав описанной топливной композиции не предполагает возможности ее производства на базе газоперерабатывающего или нефте-газохимического предприятия.
Более близкой к изобретению является топливная композиция, описанная в патенте US №6565617, 2003, содержащая диизобутилен в количестве 5-20% об. и углеводородную фракцию, выкипающую в пределах 30-230°С. Композиция может дополнительно содержать оксигенаты, в качестве которых используют метанол, этанол, изопропанол и изобутанол в количестве от 0 до 10% об. Однако известная композиция не удовлетворяет соответствующим современным и перспективным требованиям по испаряемости (согласно ГОСТ 32513 и EN 228 температура конца кипения должна быть не выше 215°С). При этом, вследствие того, что указанная углеводородная фракция 30-230°С представляет собой смесь компонентов, получаемых на нефтеперерабатывающем заводе (алкилат, платформат, изомеризат, прямогонный бензин, рафинат), данная топливная композиция не может быть получена на базе газоперерабатывающего или нефте-газохимического предприятия.
Техническая проблема данного изобретения заключается в разработке высокооктанового бензина, соответствующего требованиям к бензину для автомобилей классов Евро-5, 6 и получаемого на основе продукции газоперерабатывающих и газохимических предприятий, а также в расширении арсенала высокооктанового бензина.
Указанная техническая проблема решается созданием высокооктанового бензина с температурой кипения не выше 215°C и октановым числом не менее 91 ед. по исследовательскому методу, содержащего в качестве основного компонента низкооктановый бензин газовый стабильный, ароматический компонент, метил-трет-бутиловый эфир и изооктен при следующем соотношении компонентов, % мас.:
ароматический компонент
1,0-41,0
метил-третбутиловый эфир
3,0-21,0
изооктен
0-17,0
низкооктановый бензин
газовый стабильный
42,0-61,0
7
10
При этом высокооктановый бензин в качестве ароматического компонента содержит ароматические углеводороды С-С в виде индивидуальных углеводородов или их смесей, жидкие продукты пиролиза.
Достигаемый технический результат заключается в создании высокооктанового бензина, содержащего вышеуказанные компоненты в количествах, позволяющих максимально эффективно использовать их антидетонационные свойства. Неожиданно высокая антидетонационная эффективность сочетания компонентов описываемого высокооктанового бензина - ароматического компонента, МТБЭ, изооктена и БГС, выявленная в результате проведения экспериментальных исследований, подтверждается высокими значениями октановых чисел смешения октаноповышающих компонентов.
Все компоненты топливной композиции производятся или могут быть произведены на базе предприятий газоперерабатывающего и нефтехимического комплекса.
3
6
Низкооктановый бензин газовый стабильный (БГС) представляет собой смесь предельных углеводородов С-С и выше. Его выделяют при переработке различных нефтяных газов (природного, попутного, нефтезаводских и др.) или газового конденсата. БГС представляет собой прозрачную бесцветную жидкость и имеет октановое число порядка 55-70 ед. Для применения в составе товарного автомобильного бензина требуется предварительная гидроочистка БГС в случае, если содержание серы в исходном сырье не позволяет получить БГС с содержанием серы не более 10-18 мг/кг без стадии гидроочистки.
9
10
7
10
3
3
4
В качестве ароматического компонента могут быть использованы толуол, этилбензол, ксилолы, ароматические углеводороды С-С в виде индивидуальных углеводородов или их смесей, а также в составе гидростабилизированных фракций бензина пиролиза (жидких продуктов пиролиза). На газо- и нефтехимических предприятиях ароматические компоненты получают в процессе пиролиза с последующим их выделением из гидростабилизированных жидких продуктов пиролиза. Таким способом можно получить толуол и смесь ксилолов, а также гидростабилизированный бензин пиролиза, содержащий преимущественно ароматические углеводороды С-С. Необходимо отметить, что бензин пиролиза можно подвергать гидростабилизации совместно с БГС, оптимизируя, таким образом, капитальные и эксплуатационные затраты на производство высокооктанового бензина. Бензин пиролиза является побочным продуктом данного процесса, в то время как целевыми продуктами являются простейшие олефины: этилен, пропилен и бутилены. Дополнительное количество этилбензол а и изопропилбензола может быть получено путем алкилирования бензола, выделенного из смолы пиролиза, олефинами - этиленом и пропиленом соответственно. В качестве катализаторов в данном процессе могут быть использованы комплексы AlCl с HCl, либо НРО, либо цеолиты. Также предприятия могут закупать ароматические компоненты со стороны.
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) получают взаимодействием изобутилена с метанолом в присутствии кислых катализаторов. Источниками изобутилена на газоперерабатывающих и нефте-газохимических предприятиях могут быть либо процесс пиролиза, либо процесс дегидрирования изобутана. Наиболее распространенным в промышленности способом получения метанола является его синтез из оксида углерода (II) и водорода, получаемых из природного газа, угля или биомассы.
Изооктен (ди-изобутилен) в настоящее время не производится на российских предприятиях, однако вырабатывается в промышленном масштабе за рубежом. Суть процесса его получения заключается в димеризации изобутилена на твердокислотных катализаторах. Для проведения данного процесса могут быть использованы установки получения МТБЭ после незначительного переоборудования. Также известны технологии, позволяющие совместное получение как МТБЭ, так и изооктена.
Примеры 1-10.
Фактические показатели качества образцов компонентов высокооктанового бензина, приведены в таблице 1.
В качестве примеров предлагаемого изобретения готовят 10 образцов высокооктанового бензина, составы которых приведены в таблице 2, а результаты испытаний - в таблице 3. В таблице 3 приведены, также, нормы показателей качества автомобильного бензина по межгосударственному стандарту ГОСТ 32513, который разработан на основе российских стандартов ГОСТ Р 51105 и ГОСТ Р 51866 и соответствует Техническому регламенту TP ТС 013/2011, а также по европейскому стандарту EN 228. Указанные стандарты распространяются на бензины, предназначенные для автомобилей с нормами выбросов Евро-5/6.
Как видно из таблицы 3, описываемый состав высокооктанового бензина возможно получить на основе компонентов - низкооктанового бензина газового стабильного (БГС) с добавлением ароматических компонентов, МТБЭ и изооктена, взятых в вышеописанных количествах. Из данных указанной таблицы также следует, что на основе БГС возможно получать как высокооктановый бензин по ГОСТ 32513 (ГОСТ Р 51105, ГОСТ Р 51866) (образцы №№3-10), так и бензин по EN 228 (образцы №№1-4, 6-10), которые могут поставляться, в том числе, на экспорт.
Результаты испытаний показывают, что образцы высокооктанового бензина отвечают требованиям, предъявляемым к качеству высокооктанового автомобильного бензина по ГОСТ 32513 (ГОСТ Р 51105, ГОСТ Р 51866) или EN 228. Октановое число образцов по исследовательскому методу, составляющее от 91,0 до 98,1 ед., достигается благодаря использованию сочетания компонентов состава указанного бензина, а именно, БГС, ароматических компонентов, МТБЭ и изооктена, взятых в заявленных количествах.
Согласно предлагаемому изобретению, сочетание ароматических компонентов, МТБЭ и изооктена при их добавлении в низкооктановый бензин газовый стабильный позволяет максимально эффективно использовать их антидетонационные свойства. Неожиданно высокая антидетонационная эффективность сочетания ароматических компонентов, МТБЭ и изооктена в составе БГС, выявленная в результате проведения экспериментальных исследований, подтверждается высокими значениями октановых чисел смешения октаноповышающих компонентов, приведенных в таблице 4. Так ОЧИ смешения составляет 115,6-124,6 ед., а ОЧМ 104,4-111,0 ед. Данные значения существенно превышают известные из литературы октановые числа индивидуальных компонентов, приведенных в таблице 1.
Таким образом, описываемый высокооктановый бензин удовлетворяет всем требованиям к современным бензинам для автомобилей Евро-5/6. Производство данного бензина может быть организовано на газоперерабатывающем или нефте - газохимических предприятиях, а также на терминале смешения, на который необходимые компоненты будут поступать со стороны.