АНТИДЕТОНАЦИОННЫЙ КОМПОНЕНТ АВТОМОБИЛЬНОГО БЕНЗИНА И ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ЕГО СОДЕРЖАЩАЯ
ANTIKNOCK COMPONENT OF MOTOR GASOLINE AND FUEL COMPOSITION CONTAINING SAME

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к составу антидетонационного компонента для автомобильных бензинов и к топливной композиции, содержащей данный компонент.
Известна добавка к автомобильным бензинам, содержащая, % масс: 20-40 метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), до 10 моющей присадки, включающей модификатор трения, 0,01-0,2 стабилизатора цвета диэтиламин или триэтилентетрамин и до 100 N-метиланилина. Добавка предназначена для использования в автомобильных бензинах в концентрации 0,3-3,0% масс.
(Пат. РФ №2400529, 2010).
кип
Основным недостатком указанной добавки является использование МТБЭ, - продукта, запрещенного по экологическим причинам для применения в составе моторного топлива в ряде стран. Кроме того высокая летучесть МТБЭ (Т - 55°С) может создавать трудности при эксплуатации автотранспорта в летний период. Помимо этого для производства МТБЭ требуется дефицитная изобутиленовая фракция.
Наиболее близкой к заявляемому антидетонационному компоненту является комплексная добавка к автомобильным бензинам, которая содержит, % масс.: 15-18 N-метиланилина, 5-6 метилбензоата, 20-40 алифатических спиртов (изопропиловый, изоамиловый, изобутиловый), а также до 100% эфиров (диизопропиловый, метил-трет-бутиловый, метил-трет-амиловый, этил-трет-бутиловый или этил-трет-амиловый).
(Пат. РФ №2473670, 2013).
Указанная добавка вводится в бензин в концентрации до 10% масс.
Техническим недостатком комплексной добавки является наличие большого числа исходных ингредиентов и отсутствие в ее составе стабилизатора цвета, что вызывает изменение цвета (потемнение) в процессе хранения. Как известно, N-метиланилин склонен к потемнению, особенно в условиях хранения при повышенных температурах окружающей среды. В результате введение подобной добавки после длительного хранения в автомобильный бензин приводит к значительному изменению цвета топлива, из-за чего бензин становится некондиционным по такому важному потребительскому свойству, как внешний вид.
Следует отметить, что для комплексных добавок, содержащих несколько ингредиентов, важное значение имеет их соотношение и совместимость, что обуславливает различное проявление функциональных свойств в добавке: аддитивность - суммарное действие функциональных свойств; синергизм - увеличение суммарного действия; антагонизм - снижение и, в крайнем случае, потеря функциональных свойств.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка антидетонационного компонента автомобильного бензина на базе изопропилового спирта с добавлением диизопропилового эфира, N-метиланилина, в соотношении, обеспечивающем синергизм антидетонационных свойств, а также разработка топливной композиции, содержащей этот антидетонационный компонент, отвечающей требованиям Технического регламента Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (TP ТС 013/2011).
Для решения поставленной задачи предлагается антидетонационный компонент автомобильных бензинов, содержащий, % масс.:
изопропиловый спирт
59,5-89,5
диизопропиловый эфир
до 10,0
антидетонационная добавка на основе ароматических аминов,
включающая в качестве основного компонента N-метиланилин
10,0-30,0
стабилизатор цвета
0,01-0,3
многофункциональная присадка с моющими и
антикоррозионными свойствами
до 3,0
Также предлагается топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе автомобильного бензина, содержащая вышеуказанный антидетонационный компонент в количестве 2,0-15,5% масс. в зависимости от качественного и количественного состава.
Установлено, что предлагаемое соотношение октаноповышающих ингредиентов, входящих в состав высокооктанового компонента, обеспечивает синергетический эффект. При этом прирост октанового числа топлива выше, чем при раздельном применении данных октаноповышающих компонентов.
Для подтверждения синергетического эффекта сначала была определена антидетонационная эффективность исходных индивидуальных ингредиентов: изопропилового спирта (ИПС), диизопропилового эфира (ДИПЭ) и N-метиланилина (N-MA) в концентрации, соответственно, 9,5:5:1% масс., в эталонной «смеси 70» (70% изооктана и 30% н-гептана по объему), определенная по моторному методу (табл. 1).
Был также приготовлен антидетонационный компонент на базе смеси ИПС, ДИПЭ и N-MA в соотношении 61,3:32,3:6,4% масс., соответственно, который бы обеспечивал при введении в эталонную «смесь 70» в концентрации 15,5% масс. такое же соотношение компонентов ИПС:ДИПЭ:N-МА, как для индивидуальных компонентов - 9,5:5:1% масс.
В таблице 1 представлена антидетонационная эффективность исходных антидетонаторов в эталонной «смеси 70» (70% изооктана и 30% н-гептана по объему), определенные по моторному методу.
Из данных таблицы 1 следует, что при сложении прироста октановых чисел индивидуальных ингредиентов при суммарной концентрации компонентов С=15,5% масс. общий прирост октанового числа в смеси «70» ΔОЧ/ММ составил 11,3 единиц.
По результатам испытаний антидетонационного компонента на базе смеси ИПС, ДИПЭ и N-MA в концентрации С=15,5% масс. в «смеси 70» моторным методом получен прирост октанового числа ΔОЧ/ММ=12,1 единиц, что свидетельствует о наличии синергетического эффекта смеси компонентов.
Также антидетонационный компонент содержит в составе стабилизатор цвета, в качестве которого используется аминоэтилпиперазин или триэтилентетрамин, что обеспечивает стабилизацию цвета компонента в процессе его хранения.
Учитывая склонность N-метиланилина к образованию отложений в топливной системе автомобиля, предлагаемый компонент может дополнительно содержать многофункциональную присадку, например, Хайтек 6470, или Хайтек 6473, или Керопур 3458 N, или присадку аналогичного назначения в количестве до 3% масс.
Введение многофункциональной присадки с моющими и антикоррозионными свойствами в антидетонационный компонент улучшает его экологические и эксплуатационные свойства.
Кроме того антидетонационный компонент из-за наличия изопропилового спирта придает бензину противообледенительные и противоводокристаллизующие свойства, т.е. предотвращает образование кристаллов льда и растворяет из бензина ранее образовавшиеся кристаллы при низких температурах.
Предлагаемый компонент может использоваться для корректировки антидетонационных свойств товарных бензинов в системе обращения, восстановления их качества, а также при разработке технологии производства ассортимента товарных высокооктановых автомобильных бензинов, отвечающих требованиям TP ТС 013/2011.
Используемые в составе антидетонационного компонента вещества являются продуктами промышленного производства.
Изопропиловый спирт, являющийся основным веществом в предлагаемом компоненте, в промышленности получают в процессах прямой или сернокислотной гидратации пропилена, а также в процессе каталитического гидрирования ацетона. В России изопропиловый спирт выпускается по ГОСТ 9805-84. Диизопропиловый эфир производят по ТУ 38.402-62-133-92 прямой гидратацией пропилена или как побочный продукт при производстве изопропилового спирта.
В качестве ароматического амина в предлагаемом антидетонационном компоненте используют N-метиланилин технический улучшенный, вырабатываемый по СТО 00204168-001-2008 с содержанием N-метиланилина не менее 98,0% масс., или антидетонационную добавку на основе ароматических аминов АДА-СУПЕР по СТО 11605031-011-2007, или октаноповышающую добавку АДА-ПРЕМИУМ по СТО 11605031-060-2013, содержащих N-метиланилин не менее 98,5% масс., или другие аналогичные продукты на базе N-метиланилина. В предлагаемом составе антидетонационного компонента предпочтительно использование ароматического амина (N-метиланилина) с минимальной примесью анилина, имеющего более низкую химическую стабильность и требующего применения антиокислителя.
В качестве многофункциональной присадки с моющими и антикоррозионными свойствами, которая дополнительно может вводиться в состав компонента, используют присадки Хайтек 6470, или Хайтек 6473, выпускаемые фирмой Afton Chemical (Великобритания), или присадку Керопур 3458 N, выпускаемую фирмой BASF (Германия) или другие аналогичные по функциональным свойствам продукты.
3
Присадка Хайтек 6470 представляет светло-янтарную жидкость с плотностью при 15°С 0,928 г/см; температурой вспышки (РМС) 56°С; температурой застывания <-36°С; вязкостью при 40°С 19 сСт. Дает прозрачный раствор в органических растворителях, практически нерастворима в воде.
3
Присадка Хайтек 6473 представляет светло-желтую жидкость с плотностью при 15°С 0,923 г/см; температурой вспышки (РМС) 61°С; температурой застывания <-36°С; вязкостью при 40°С 14 сСт.
3
Присадка Керопур 3458 N представляет собой смесь полиизобутилен-моноамина, полиэфира и ингибитора коррозии. Это прозрачная желтоватая вязкая жидкость, имеющая следующие характеристики: плотность при 15°С, около 0,88 г/см; температура вспышки более 55°С. Дает прозрачный раствор в органических растворителях, практически нерастворима в воде.
3
Аминоэтилпиперазин - прозрачная жидкость, имеющая следующие характеристики: плотность при 20°С равна 0,985 г/см; температура плавления минус 12°С; температура вспышки 83°С (открытый тигель); показатель преломления равен 1,500. Дает прозрачный раствор в органических растворителях.
3
Триэтилентетрамин - прозрачная жидкость с плотностью 0,980 г/см; температурой кипения 280°С; температурой вспышки 129°С и показателем преломления 1,497.
Аминоэтилпиперазин и триэтилентетрамин выпускаются фирмой AKZO NOBEL (Швеция). Данные продукты в Россию поставляет Единая торговая система (ETC), г. Санкт-Петербург.
Предлагаемый антидетонационный компонент готовят по безотходной технологии с использованием стандартного оборудования при температуре 15÷45°С путем смешения исходных ингредиентов до получения однородного раствора.
Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 6 образцов предлагаемого антидетонационного компонента, состав которых приведен в табл. 2.
Функциональные свойства приготовленных образцов антидетонационного компонента представлены в табл. 3.
Для образцов антидетонационного компонента, представленных в таблице 3, рассчитано содержание кислорода, которое изменяется от 17,0 до 24,0% масс, а также допустимые концентрации предлагаемого компонента в товарных бензинах.
Учитывая, что по действующей нормативно-технической документации на автомобильные бензины допустимое содержание кислорода в автомобильных бензинах составляет 2,7% масс., а перспективная норма равна 3,7% масс. согласно требованиям Европейского стандарта EN 228:2012, предельно-допустимая концентрация заявляемого антидетонационного компонента может составлять 15,5% масс. в пересчете на топливную композицию.
Сравнительная оценка изменения цветности исходных образцов компонента и после гарантийного срока хранения (6 месяцев) проведена на спектроколориметре Lovibond PFX-195/2 фирмы Tintometer (Великобритания).
Модель прибора PFX-195/2 предназначена для определения цветности по методу АСТМ Д 1500 в цветовых единицах АСТМ от 0,5 до 8,0 (от светло-желтого до темно-коричневого цвета). Чем больше цветовых единиц АСТМ, тем темнее цвет продукта.
Влияние антидетонационного компонента на детонационную стойкость оценивалось на одноцилиндровой моторной установке УИТ-85М по ГОСТ Р 52946-2008 (ЕН ИСО 5163:2005) по моторному методу и ГОСТ Р 52947-2008 (ЕН ИСО 5164:2005) по исследовательскому методу. В качестве базового топлива был использован товарный бензин Регуляр-92 по ГОСТ 51105-97 (АИ-92). Для представленных образцов антидетонационного компонента оценивался прирост октанового числа относительно базового топлива в различных концентрациях. Октановые числа по моторному и исследовательскому методам составляют для исходного бензина АИ-92 - 83,1 и 92,2 единиц соответственно. Чем больше прирост октанового числа, тем выше антидетонационные свойства предлагаемого компонента. Концентрации предложенных образцов антидетонационного компонента выбраны исходя из проведенного расчета допустимых концентраций согласно табл. 3.
В бензине АИ-92 прирост октанового числа по моторному методу составляет от 1,2 до 3,5 единиц, а по исследовательскому методу - от 2,2 до 6,5 единиц.
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 антидетонационного компонента в бензине типа АИ-92 в сравнении с исходным бензином.
Отложения на клапанах при испытании исходного бензина АИ-92, не содержащего предлагаемого компонента, по методу СТО АНН 40488460-001-2004 составляют 94 мг/клапан. В случае добавления компонента, содержащего многофункциональную присадку с моющими и антикоррозионными свойствами, значительно улучшаются моющие свойства бензина АИ-92 и отложения составляют от 7 до 15 мг.
Антикоррозионная эффективность антидетонационного компонента определялась по СТО 11605031-006-2006 «Бензины автомобильные. Методы определения защитных свойств», аналогичному модифицированному методу АСТМ Д 665, 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 и исходного бензина АИ-92); поверхность стержня, свободная от следов коррозии (чистый стержень), оценивается в 0 баллов; промежуточным состояниям присваивается 1 (не более шести темных точек и пятен диаметром не более 1 мм каждое) или 2 (пятна и потускнения занимают не более 5% поверхности) балла. Результаты оценки антикоррозионной эффективности показали, что введение предлагаемого компонента в концентрациях 2-15,5% масс. позволяет существенно улучшить антикоррозионные свойства топлив (0-1 балл).
Таким образом, разработан антидетонационный компонент для автомобильного бензина на базе изопропилового спирта, диизопропилового эфира и N-метиланилина, содержащий стабилизатор цвета и многофункциональную присадку, который сочетает высокие антидетонационные свойства с моющими, антикоррозионными свойствами и обладает стабильностью показателей качества при хранении. Кроме того, разработана топливная композиция, содержащая этот антидетонационный компонент в количестве 2,0-15,5% масс., отвечающая требованиям TP ТС 013/2011.