КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩАЯ АНТИДЕТОНАЦИОННАЯ ПРИСАДКА К АВТОМОБИЛЬНЫМ БЕНЗИНАМ
OXYGEN-CONTAINING ANTIDETONATION ADDITIVE TO MOTOR GASOLINES

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к производству высокооктановых бензинов, предназначенных для использования в качестве автомобильного топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Аналогом рассматриваемого изобретения является присадка, представляющая собой металлоорганическое соединение - тетраэтилсвинец [патент РФ № RU 2581829 С1, патент РФ № RU 2111233 С1]. Однако в настоящее время из-за высокой токсичности данного компонента, его использование в качестве присадки в автомобильных бензинах на территории Российской Федерации запрещено.
Кроме того, к аналогам предлагаемого изобретения относятся азотсодержащие ароматические вещества, такие как анилин и его производные (N-метиланилин и N,N-диметиланилин), которые широко используются в различных композициях с другими антидетонационными компонентами [патент РФ № RU 2110561 С1, патент РФ № RU 96120755 А, патент РФ № RU 2151169 С1, патент РФ № RU 2203310 С1, патент РФ № RU 2569311 С1]. Однако их содержание в автомобильных бензинах подлежит ограничению из-за их повышенной канцерогенной активности.
В качестве кислородсодержащих антидетонационных присадок используются спирты различной молекулярной массы и их смеси друг с другом [патент РФ № RU 99104324 А]. Несмотря на удовлетворение спиртами экологических стандартов, они обладают низкой теплотой сгорания. Вследствие этого повышенное содержание спиртов в автомобильных бензинах приводит к перерасходу топлива.
Прототипом изобретения является кислородсодержащее органическое соединение - метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Данное вещество может использоваться в качестве антидетонационной присадки как самостоятельно, так и в смеси с другими октаноповышающими веществами [патент СССР № SU 1838383 A3]. Добавление МТБЭ в бензиновые фракции в количестве 10-15% позволяет существенно повысить октановое число топлива и удовлетворить экологическим требованиям. Однако из-за низкой температуры кипения и высокого давления насыщенных паров, вовлечение МТБЭ может ограничиваться при производстве некоторых марок автомобильных бензинов. При хранении топлива в летние периоды возможна потеря его октанового числа в результате испарения эфира, что также может создать трудности при эксплуатации автотранспорта.
Задачей предлагаемого изобретения является создание октаноповышающей присадки к автомобильным бензинам, обладающей высокими антидетонационными свойствами, стабильностью при хранении топлива и эксплуатации автотранспорта в летние периоды.
Поставленная задача решается формированием кислородсодержащей антидетонационной присадки (КАДП) путем смешения МТБЭ и изобутилового спирта (ИБС) друг с другом и получением смеси следующего состава: ИБС - 20-80% масс., МТБЭ - остальное.
КАДП состоит из веществ, не обладающих повышенной канцерогенной активностью. Продуктами полного сгорания КАДП являются углекислый газ и вода, не являющимися токсичными соединениями.
Использование КАДП в составе автомобильных бензинов характеризуется следующими существенными признаками, отличающими ее от рассмотренного выше прототипа и позволяющими достичь заявленных технических результатов:
1. Наличие синергетического эффекта от взаимодействия МТБЭ и ИБС друг с другом при вовлечении КАДП в основы автомобильных бензинов позволяет получить больший прирост октанового числа по сравнению с приростом, достигаемым при раздельном использовании индивидуальных компонентов с той же объемной концентрацией, что и вовлекаемая КАДП.
2. Нормальная температура кипения чистого ИБС (107,7°С) выше по сравнению с температурой кипения чистого МТБЭ (55°С). В этой связи наличие ИБС в составе КАДП снижает давление ее насыщенных паров, что позволяет уменьшить потерю октанового числа вследствие испарения присадки при хранении топлива и эксплуатации автотранспорта в летние периоды, а также вовлекать КАДП в большем количестве в автомобильные бензины по сравнению с чистым МТБЭ.
На фигуре 1 изображена зависимость давления насыщенных паров КАДП от содержания МТБЭ в ней при различных температурах.
КАДП представляет собой жидкую смесь МТБЭ и ИБС, следующего состава: ИБС - 20-80% масс., МТБЭ - остальное.
Экспериментальные исследования, подтверждающие заявленный технический результат, были выполнены на базе Испытательного центра - Управления контроля качества АО «АНХК». Для этого была приготовлена искусственная топливная база, состоящая из изооктана - 70% об. и н-гептана - 30% об. В данную смесь в количестве 10% об. общего объема добавлялись различные варианты КАДП и ее отдельные составляющие компоненты. У полученных топливных композиций измерялись октановые числа по моторному и исследовательскому методам. Результаты исследований приведены в таблице 1 (фигура 2).
Из приведенных в таблице 1 данных видно, что добавление к топливной базе КАДП дает несколько большее повышение октанового числа как по моторному, так и по исследовательскому методам, чем добавление индивидуальных МТБЭ или ИБС того же объема. Полученные результаты доказывают существование синергетического эффекта, позволяющего повысить октановое число автомобильных бензинов.
В летние периоды хранения топлива и эксплуатации автотранспорта возможна потеря октанового числа бензина вследствие испарения из него такого низкокипящей компонента, как МТБЭ. На фиг. 1 представлена зависимость давления насыщенных паров КАДП в зависимости от содержания в ней МТБЭ при различных температурах. Данная зависимость была рассчитана в соответствии с моделью фазового равновесия NRTL для бинарной смеси МТБЭ и ИБС.
Видно, что увеличение доли ИБС и, соответственно, уменьшение доли МТБЭ приводит к существенному снижению давления насыщенные паров и, как следствие, уменьшению потерь антидетонационных компонентов в результате их испарения из бензинов.
Для подтверждения заявленных технических результатов на базе АО «АНХК» были выработаны опытно-промышленные партии бензинов неэтилированных марок АИ-92-К5 и АИ-95-К5 с вовлечением КАДП в количестве до 13% об. Результаты оценки физико-химических и эксплуатационных свойств показали, что качество опытно-промышленных образцов полностью отвечает требованиям Технологического регламента ТС 013/2011 и ГОСТ 32513-2013 для экологического класса 5. В таблице 2 (фиг. 3) приведены значения коэффициента распределения детонационной стойкости образцов по фракциям (ГОСТ 26370-84) в сравнении с вариантами вовлечения в качестве антидетонационных добавок индивидуального МТБЭ. Видно, что вовлечение КАДП в состав автомобильных бензинов характеризуется более равномерным распределением октанового числа. Это, в свою очередь, положительно сказывается на стабильности антидетонационных свойств бензина при испарении легкой части топлива.
Кроме того были выполнены анализы каждого из опытно-промышленных образцов бензинов АИ-92-К5 и АИ-95-К5 в течение длительного срока их хранения. Результаты анализов, представленные в таблице 3 (фиг. 4), показали, что в течение двух месяцев существенных изменений по качеству продуктов не зафиксировано.
Для подтверждения качественных и эксплуатационных характеристик бензина АИ-92-К5, приготовленного с вовлечением КАДП, и определения его влияния на эффективность работы топливной системы двигателя автомобиля, на базе АО «АНХК» были проведены натурные испытания. Для этого в течение двух летних месяцев были выделены автомобили, которые заправлялись только автомобильным бензином с КАДП из специально отведенной топливораздаточной колонки. Ежедневно проводилась оценка технического состояния автомобилей. За весь период проведения натурных испытаний нарушений в работе двигателей (топливной системы) не выявлено. В течение двух месяцев эксплуатации качество автомобильных бензинов с КАДП осталось неизменным. Отложений на топливных фильтрах не обнаружено.