КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА К АВТОМОБИЛЬНЫМ БЕНЗИНАМ
COMPLEX GASOLINE ADDITIVE

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии и может быть использовано для изготовления комплексной добавки к бензину, применяемому в качестве топлива для автомобилей с искровым зажиганием.
Известна комплексная антидетонационная беззольная высокооктановая добавка к автомобильным бензинам, содержащая до 70% (по массе) N-метиланилина и не менее 30% (по массе) фэтерола с добавлением моющей присадки АВТОМАГ [RU 2139914 С1, С10L 1/18, 20.10.1999].
Недостатком этой добавки является ее невысокая антидетонационная активность, составляющая не более 6 единиц.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является композиционная добавка к автомобильным бензинам на основе метил-трет-бутилового эфира с добавлением N-метиланилина, N,N-диметиланилина, анилина, нитробензола и спиртов, в качестве которых используется смесь этанола, изопентанола, изобутанола или трет-бутанола при следующем соотношении компонентов, мас.% [RU 2151169 С1, С10L 1/18, 20.06.2000]:
N-метиланилин - 20-25
Анилин - 0,5-5,0
N,N-диметиланилин - 0,5-5,0
Нитробензол - 5-6
Этанол - 10-15
Изобутанол или трет-бутанол - 8-12
Изопентанол - 5-10
Метил-трет-бутиловый эфир - до 100%
Недостатком этой композиционной добавки является относительно высокое осмоление бензина, поскольку в композиционную добавку входят легко окисляющиеся анилин и диметиланилин, что отрицательно влияет на потребительские свойства топлива.
Кроме того, к недостаткам этой композиционной добавки относится и ее токсичность, поскольку в ее составе присутствует нитробензол.
Еще одним недостатком композиционной добавки является отрицательное воздействие на металлы, вызванное присутствием воды, растворенной в этаноле, что приводит и к ухудшению коррозионных свойств металлов, находящихся с ним в контакте, а также к фазовой нестабильности бензина.
Требуемый технический результат заключается в создании комплексной добавки к автомобильным бензинам, обладающей высоким уровнем антидетонационной активности и в то же время сохраняющей высокие эксплутационные и экологические показатели топлива.
Для решения поставленной задачи предлагается комплексная добавка к автомобильным бензинам с содержанием ее в бензине до 10% массы, содержащая октаноповышающий компонент на основе монометиланилина (как чистого вещества с содержанием не менее 98%), алифатических спиртов и их эфиров, взятых в следующем соотношении, мас.%:
монометиланилин: 15-18
метилбензоат: 5-6
а спирты и эфиры взяты в соотношении между собой, мас.%:
спирты в сумме: 20-40
эфиры в сумме - остальное
В групповой состав спиртов входят: изопропиловый, и/или изоамиловый, и/или изобутиловые спирты в равных пропорциях.
В групповой состав эфиров входят: диизопропиловый, и/или метил-трет-бутиловый, и/или метил-трет-амиловый, и/или этил-трет-бутиловый, и/или этил-трет-амиловые эфиры в равных пропорциях.
Кроме перечисленных компонентов, в состав комплексной добавки к автомобильным бензинам входит метилбензоат, который позволяет увеличить энергетические характеристики автомобильных бензинов с предлагаемой комплексной добавкой и повысить их октановое число.
Содержание комплексной добавки в бензине до 10% массы. Таким образом, общее содержание монометиланилина в бензине составляет не более 1,8%, а кислорода - не превышает 2,7%.
-1
Надо отметить, что в современных двигателях с искровым зажиганием, потребляющих высоооктановые бензины (марок Аи-92, Аи-95 и Аи-98) процесс окисления топлива происходит скоротечно (частота вращения коленчатого вала 3000-5000 мин) под большим давлением (за счет увеличения степени сжатия до е=12÷14) и, следовательно, при более высокой температуре в камере сгорания. Кроме того, атомарный кислород, находящийся в составе оксигенатов, вовлеченных в бензин, способствует дополнительному окислению топлива. В результате этого происходит более полное сгорание, в том числе продуктов осмоления N-метиланилина.
Также обязательным условием является введение в состав современных высокооктановых бензинов моющих добавок, способствующих выносу продуктов осмоления в зону горения и их последующего окисления.
Результаты проведенных исследований на базе Производственно-технологической лаборатории Волгоградской нефтебазы ООО «ЛУКОЙЛ -Нижневолжскнефтепродукт» в феврале 2011 г. показали возможность увеличения содержания N-метиланилина в высокооктановых бензинах марок Аи-92, Аи-95 и Аи-98 до 1,8% (об.) в комплексе с кислородосодержащими и моющими компонентами. Причем в процессе испытаний подтвердился синергетический эффект при использовании оксигенатов с N-метиланилином, что обеспечивает высокие антидетонационные свойства композиционной добавки.
Предлагаемая добавка может использоваться и без моющей присадки, так как функции последней выполняются компонентами, входящими в состав композиционной добавки.
Отличие предлагаемого решения состоит в совокупном содержании указанных выше компонентов, их соотношение является новым и обеспечивает получение добавки, обладающей более высокими свойствами по сравнению с известными добавками.
В результате введения в состав бензинов нескольких высших спиртов происходит стабилизация фазового состава при отрицательных температурах в случае попадания воды в бензин.
Также сохраняются энергетические характеристики бензинов и происходит растворение отложений на топливопроводной системе, впускных и выпускных трактах двигателя.
Кроме того, добавка включает до 6% метилбензоата, который обладает собственным октановым числом по моторному методу, равным 110 единицам.
Предлагаемую добавку готовят путем механического смешения компонентов. Компоненты необходимо вводить в добавку в полном объеме. Температуры кипения вводимых в добавку оксигенатов составляют от 55°С до 199,6°С, что позволяет добавке, как комплексу веществ, равномерно вписываться во фракционный состав бензина.
Указанным способом было приготовлено 6 образцов предлагаемой добавки, состав которых приведен в Таблице 1.
Значение октанового числа смесей определяли на установке УИТ-86 по ГОСТ 511-82 по моторному методу.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов в образцах, мас.%
№
Спирты
Эфиры
1
2
3
4
5
6
1.
изопропиловый
-
5
12
15
20
10
9
2.
изоамиловый
-
5
5
10
10
10
9
3.
изобутиловый
-
10
18
7
-
5
9
4.
-
диизопропиловый
5
20
8
10
10
10
5.
-
метил-трет-бутиловый
35
-
15
42
-
10
6.
-
метил-трет-амиловый
5
-
5
-
10
10
7.
-
этил-трет-бутиловый
10
15
10
-
15
10
8.
-
этил-трет-амиловый
10
20
10
-
10
10
9.
метилбензоат
5
5
5
5
5
5
10.
N-метиланилин
10
5
15
20
25
18
11.
Октановое число по моторному методу на эталонном топливе при добавлении 10% (об.) добавки, единиц
7,4
3,5
12,0
14,4
17,8
12,2
Ниже, в Таблице 2, приведены значения испытаний добавки на антидетонационную эффективность образца №6 из Таблицы 1 с различными композициями топлива по моторному методу ГОСТ 511-82.
Таблица 2
п.п
Исследуемая база
ОЧМ база
Содержание предлагаемой композиционной добавки, об.%
Полученное значение ОЧМ
1.
Эталонное топливо (смесь изооктана с н-гептаном, 70:30, по объему)
70
база+10% добавки
82,2
2.
Прямогонный бензин
52,1
база+10% добавки
65,8
3.
Прямогонный бензин
56,8
база+10% добавки
70,5
4.
Прямогонный бензин
72,5
база+5% добавки
79,6
Повышение антидетонационной стойкости при использовании предлагаемой добавки обеспечивается проявлением синергизма в антидетонационном эффекте N-метиланилина и оксигенатов в указанном соотношении.
Использование такой смеси позволяет обеспечить прирост октанового числа моторного топлива более 12 единиц при введении ее в концентрации 10% (по объему) к эталонному топливу (см. табл.2).
Предлагаемая добавка может вводиться в бензин любых марок в концентрации до 10% (об.). При этом общая концентрация N-метиланилина в топливе не превышает 1,8%.
Данные, приведенные в Таблице 3, подтверждают, что предлагаемая добавка позволяет улучшить антидетонационные свойства современных автомобильных бензинов.
Таблица 3
п.п.
Исследуемая база
ОЧМ база
Содержание предлагаемой композиционной добавки, об.%
Полученное значение ОЧМ
1.
Бензин А-76
77,2
база+10% добавки
82,5
2.
Бензин А-92
84,2
база+5% добавки
86,6
3.
Бензин А-92
83,4
база+10% добавки
88,2
4.
Бензин А-95
85,6
база+7% добавки
88,1
В таблице 4 приведены свойства бензинов с предлагаемой добавкой по ГОСТ Р 51866-2002.
Таблица 4
№ п/п
Наименование показателей
Фактические результаты анализа (значение номера образца из таблицы 3)
НД на методы испытания
1
2
3
4
1.
Детонационная стойкость: октановое число по моторному методу
82,5
86,6
88,2
88,1
ГОСТ 511-82
2.
Фракционный состав, температура начала перегонки, °С
38
38
38
38
ГОСТ 2177-99
3.
- 10% бензина перегоняется при температуре
46
52
55
65
4.
- 50% бензина перегоняется при температуре
85
80
85
85
5.
- 90% бензина перегоняется при температуре
175
185
181
188
6.
- конец кипения бензина
203
201
195
191
7.
Давление насыщенных паров бензина, кПа
78,7
70,0
75,5
70,5
ASTMD 323
8.
Индукционный период на месте производства бензина, мин
600
600
600
600
ASTMD 525
9.
Испытание на медной пластинке
выд.
выд.
выд.
выд.
ГОСТ 6321
10.
Массовая доля серы, %
0,05
0,035
0,04
0,05
ГОСТ 19121
11.
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
0,729
0,733
0,744
0739
ГОСТР 51069-97
Фазовая стабильность добавки и ее смеси с бензином проверялась при их охлаждении до минус 50°С. После охлаждения добавка и ее смесь с бензином не расслаивались и не выделяли осадка.
Анализ токсичности выхлопа двигателя при работе на различных топливах проводили по концентрации вредных веществ (СО, СН) в отработанных газах и определяли в соответствии с методикой ОСТ 37.001.070-94.
x
Результаты испытаний показали, что при использовании бензина с предлагаемой добавкой мощностные показатели двигателя увеличились на 1,0-2,5%, а удельный расход топлива снизился на 2-4%. При использовании добавки в концентрации 10% (по объему) концентрация монооксида углерода снизилась на 3500-8000 ррm, концентрация углеводородов снизилась на 250-400 ррm, концентрация NO в отработанных газах при введении в бензин N-метиланилина в количестве до 2% (об.) не увеличивается.
Таким образом, предложенная комплексная добавка к автомобильным бензинам обеспечивает более высокий уровень антидетонационной активности, эксплутационных и экологических показателей топлива.
В частности, в результате введения в состав бензинов нескольких высших спиртов происходит стабилизация фазового состава при отрицательных температурах, сохраняются энергетические характеристики бензинов и происходит растворение отложений на топливных магистралях двигателя.