ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА
FUEL COMPOSITION OF AIRCRAFT GASOLINE

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, а именно к композиции авиационного бензина.
Авиационный бензин применяется в самолетах авиации общего назначения с небольшими поршневыми двигателями, например, в частных и учебных самолетах, самолетах авиационных клубов и сельскохозяйственной авиации. Основной принцип действия поршневых двигателей тот же, что и в автомобильных двигателях с искровым зажиганием, но при этом требования к рабочим характеристикам гораздо выше.
4
12
6
12
4
12
Известны композиции неэтилированного бензина, используемого в качестве автомобильного и авиационного бензинов, которые включают углеводородные фракции предельных углеводородов нормального и изостроения С-С, и/или бензиновые фракции нефтепереработки, 1-25% ароматических углеводородов С-C, 1-25% олефиновых углеводородов С-C, а также различных эфиров, полученных этерификацией метанолом различных фракций.
4
6
5
Так, в патенте РФ №2167916, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% смеси основания Манниха с фракцией эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом C-C фракции углеводородов, содержащей пиперилен, изоамилены и изобутилен, или смеси основания Манниха и метил-трет-бутилового эфира с фракцией эфиров, полученных этерификацией метанолом изоамиленпипериленсодержащей C фракции углеводородов.
5
В патенте РФ №2167917, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом изоамиленпипериленсодержащей С фракции углеводородов.
4
6
5
В патенте РФ №2167918, 2001 г. в качестве эфиров предлагается 1-25% фракции эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом C-Сфракции углеводородов, содержащей пиперилен, изоамилены и изобутилен, или смешением МТБЭ с фракцией эфиров, полученных в процессе этерификации метанолом изоамиленпипериленсодержащей С фракции углеводородов.
Недостатком указанных композиций топлив является недопустимость их в качестве авиационных топлив из-за многокомпонентного состава, т.к. к авиационным топливам предъявляются более жесткие требования, чем к автомобильным бензинам, в их состав должны входить компоненты ограниченного числа технологических процессов. (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник под редакцией Школьникова В.М. М.: Изд. Центр «Техинформ», 1999, с.39).
Кроме того, недостатком указанных композиций является наличие оксигенатов в виде эфиров, в том числе метил-трет-бутилового эфира, которые влияют на гигроскопичность и антикоррозионные свойства. Также при использовании оксигенатов наблюдается увеличение массового и удельного расхода топлива из-за низкой теплоты сгорания оксигенатов.
Также недопустимо наличие непредельных углеводородов, т.к. они являются источником образования смолистых веществ в бензине.
Известны композиции авиационного бензина, которые выпускались промышленностью до распада СССР для бензинов марок Б-95/130 и Б-91/115 по ГОСТ 1012-72.
(Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник под редакцией Школьникова В.М., М. Изд. Центр «Техинформ», 1999, с.42).
Согласно ГОСТ 1012-72 у авиационных бензинов Б-95/130 и Б-91/115 нормировались, соответственно, следующие основные показатели:
- Содержание тетраэтилсвинца, г/1 кг бензина, не более
3,1
2,5
- Детонационная стойкость:
октановое число по моторному методу, не менее
95
91
сортность по богатой смеси, не менее
130
115
- Фракционный состав:
Температура начала перегонки, °С, не ниже
40
40
10%
82
82
50%
105
105
90%
145
145
97,5%
180
180
остаток, %, не более
1,5
1,5
- Кислотность, мг КОН/100 см<sup>3</sup>, не более
0,3
0,3
- Температура начала кристаллизации, °С, не выше
-60
-60
- Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более
35
35
- Содержание фактических смол, мг/100 см<sup>3</sup> бензина, не более
4,0
3,0
- Массовая доля серы, %, не более
0,03
0,03
- Период стабильности, ч, не менее
12
12
Однако в настоящее время авиационный бензин по ГОСТ 1012-72 не выпускается вследствие закрытия и сноса ряда установок, производивших его необходимые компоненты, а именно тетраэтилсвинец. Самолеты авиации общего назначения с небольшими поршневыми двигателями вынуждены летать на автомобильных бензинах, что приводит к поломкам самолетов и различным аварийным ситуациям.
Наиболее близкой к заявляемой является топливная композиция, предназначенная для использования в качестве авиационного бензина. (Пат. РФ №2212432, 2003 г.).
Топливная композиция содержит в качестве основы не более 70% смеси фракции бензина риформинга и/или изомеризата, выкипающих в интервале 40-135°С, и фракции бензина риформинга, выкипающей в интервале 80-190°С, взятых в соотношении 50-80:20-50, и не менее 30% алкилбензина. Топливная композиция может содержать в своем составе добавки: антиокислительная присадка, тетраэтилсвинец, краситель.
Из таблицы, представленной в пат. РФ №2212432 следует, что содержание тетраэтилсвинца в г на 1 кг бензина составляет 2,02-2,2, ОЧМ 96,2-98,0, сортность по богатой смеси 115-117.
Недостатком такой композиции является наличие в ней высокоароматизованных компонентов бензина риформинга, выкипающих в интервале 80-190°С, что приводит к увеличению в бензине высококипящих ароматических углеводородов. Это увеличивает экологическую нагрузку выхлопных газов, образующихся при сгорании бензина.
Задачей изобретения является получение топливной композиции авиационного бензина с октановым числом не менее 91 и сортностью по богатой смеси не менее 115, которая отвечала бы техническому регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» Таможенного союза от 18 октября 2011 г. (ТР ТС 013/2011), ГОСТ 1012-72, а также требованиям к перспективным топливам типа Авгаз-100 LL и др.
Согласно указанному регламенту, авиационный бензин может содержать тетраэтилсвинец, однако количество тетраэтилсвинца не регламентируется.
Авиационный бензин должен соответствовать требованиям, изложенным в приложении 6 п.4.10 ТР ТС 013/2011 и иметь следующие характеристики:
- Октановое число по моторному методу, не менее
91
- Сортность (богатая смесь), не менее
115
- Температура начала кристаллизации, °С, не выше
- 60
- Содержание механических примесей и воды
отсутствие
- Давление насыщенных паров, кПа
29,3-49
- Фракционный состав:
10% отгоняются при температуре, °С, не выше
82
50% отгоняются при температуре, °С, не выше
105
90% отгоняются при температуре, °С, не выше
170
- Остаток от разгонки, %, не более
1,5
- Потери от разгонки, %, не более
1,5
- Содержание фактических смол, мг/100 см<sup>3</sup>, не более
3
- Массовая доля общей серы, %, не более
0,05
- Цвет
зеленый
5
6
3
4
Поставленная задача решается предлагаемой композицией авиационного бензина, включающей изомеризат, алкилбензин и тетраэтилсвинец, которая отличается тем, что в качестве изомеризата используют изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C-C, в качестве алкилбензина используют алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C-C, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Изомеризат легкой фракции бензина
7-30
Тетраэтилсвинец
до 0,1
Алкилбензин
до 100
5
6
В качестве изомеризата легкой фракции бензина, преимущественно C-C, используют изомеризат, полученный путем изомеризации в один проход без рецикла н-гексана, и/или изомеризат, полученный путем изомеризации с рециклом н-гексана.
7
8
Композиция может содержать концентрат ароматических углеводородов C-C в количестве до 20 мас.%, в частности толуол или смесь толуола с ксилолами.
Отличие предлагаемого технического решения состоит в выбранном соотношении определенных фракций изомеризата и алкилбензииа, причем основу композиции составляет алкилбензин (~70-93 мас.%), количество изомеризата в композиции соответственно составляет ~7-30 мас.%.
Предлагаемое техническое решение позволяет получать авиабензин со значительно меньшим содержанием тетраэтилсвинца - максимум до 0,1 мас.%, в большинстве случаев до 0,05 мас.%, а при оптимизации состава обеспечить сортность и октановое число без тетраэтилсвинца.
В составе композиции используют следующие компоненты:
3
4
- Алкилбензин, полученный алкилированием с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C-C, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля.
5
6
- Изомеризат легкой фракции бензина, состоящий преимущественно из углеводородов C-C, полученный путем изомеризации в один проход без рецикла н-гексана, или изомеризат, полученный путем изомеризации с рециклом н-гексана, или их смесь.
7
8
- Концентрат ароматических углеводородов C-C, состоящий преимущественно из толуола нефтяного (ГОСТ 14710-78) или смеси толуола и ксилолов (ТУ 38.101254-72, ТУ 38.101255-87).
- тетраэтилсвинец в виде этиловой жидкости, например, фирмы INNOSPEK (Великобритания).
Предлагаемую композицию авиационного бензина готовят с использованием стандартного оборудования путем смешения компонентов до получения однородного раствора.
Характеристика компонентов предлагаемой композиции авиационного бензина приведена в таблице 1.
Для иллюстрации заявляемого технического решения было приготовлено 7 образцов предлагаемой композиции авиационного бензина (табл.2). Результаты испытаний приготовленных образцов представлены в табл.3.
Из результатов, приведенных в табл.3, следует, что испытанные образцы композиций авиационного бензина имеют октановое число по моторному методу от 91,9 до >100 и сортность по богатой смеси 120-140.
По другим показателям заявленные композиции авиационного бензина также соответствуют требованиям к авиационному бензину по ТР ТС 013/2011 и ГОСТ 1012-72, добавлять краситель, при этом можно улучшать эксплуатационные свойства авиабензина добавлением известных антиокислителей, антикоррозионных, антистатических и других присадок, а также добавлять краситель.
Образец по примеру 3 является сравнительным и не соответствует ГОСТ 1012-72 по температуре начала кипения.
Следует отметить, что:
- снижение содержания изомеризата в образце 1 менее 7% невозможно, т.к. приведет к нарушению показателей 10% и 50% температуры выкипания.
- дальнейшее увеличение толуола выше 20 мас.% в авиабензине в образце 7 невозможно из-за нарушения (завышения) показателя - 10%температуры выкипания.
Определение октанового числа по моторному методу композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ Р52946-2008 (ЕН ИСО 5163:2005).
Настоящий стандарт устанавливает метод оценки детонационных характеристик авиационных бензинов для двигателей с искровым зажиганием с помощью условной шкалы октановых чисел, используя одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель с переменной степенью сжатия типа УИТ-85М. Определение октанового числа по моторному методу предусматривает измерение детонационных характеристик авиационных топлив в авиационных поршневых двигателях, применяя уравнение корреляции к октановому числу по авиационному методу.
Определение сортности по богатой смеси композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ 3338-68, который характеризует детонационную стойкость авиационного бензина на богатой смеси.
Сущность метода заключается в сравнении мощности двигателя, ограниченной начальной детонацией, при работе на испытуемом и эталонном топливах в стандартных условиях испытания на установке ИТ9-1.
Таким образом, заявленная композиция авиационного бензина соответствует всем требованиям к авиационному бензину по ТР ТС 013/2011 и по ГОСТ 1012-72, главными из которых является октановое число не менее 91 и сортность по богатой смеси не менее 115, а также позволяет производить перспективные авиационные бензины типа «Авгаз-100 LL».
Таблица 2
Состав образцов предлагаемой композиции авиационного бензина
№ п/п
Наименование компонентов
Содержание компонентов,  мас.%
Образец 1
Образец 2
Образец 3 сравнительный
Образец4
Образец 5
Образец 6
Образец7
1
Изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно С<sub>5</sub>-С<sub>6</sub> однопроходного без рецикла н-гексана
7
30
35
-
20
-
-
2
Изомеризат легкой фракции бензина, преимущественно C<sub>5</sub>-C<sub>6</sub> с рециклом н-гексана
-
-
-
-
-
20
30
3
Смесь изомеризата легкой фракции бензина, преимущественно C<sub>5</sub>-C<sub>6</sub> однопроходного без рецикла и с рециклом н-гексана
-
-
-
20
-
-
-
4
Концентрат ароматических углеводородов, в том числе:
-
толуола
-
-
-
20
5
20
20
суммарных ксилолов
5
5
Тетраэтилсвинец в виде этиловой жидкости, в пересчете на тетраэтилсвинец
0,07
0,05
0,06
-
0,04
0,056
0,1
6
Алкилбензин, полученный алкилированием фракции углеводородов C<sub>3</sub>-C<sub>4</sub> продукта каталитического крекинга вакуумного газойля с применением катализатора фтористого водорода
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
Таблица 3
Результаты испытаний композиций авиационного бензина
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Номер образца
1
2
3
4
5
6
7
1
Фракционный состав:
°C
42,5
40,2
39,4
40,7
40,7
40,7
40,2
НК*
-«-
81,5
79,0
76,0
81,5
81,5
81,5
82,0
10%
-«-
103
92,0
90,0
100
100
104
102
50%
-«-
116
109
107
115
120
112
115
90%
-«-
163
153
151
155
158
155
155
97,5%
2
Октановое число (моторный метод)
пункты
95,9
91,9
91,5
93,1
95,5
99,9
>1()0
3
Сортность по богатой смеси
137
120
117
131
134
137
140
* НК - начало кипения