ПРИСАДКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕТАНОВОГО ЧИСЛА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
ADDITIVE FOR INCREASING CETANE NUMBER OF DIESEL FUEL

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в данном случае к составу присадок, повышающих цетановое число, которое определяет воспламеняемость дизельного топлива (ДТ): при его оптимальном значении достигается наибольшая экономичность двигателя и улучшаются экологические характеристики (уменьшается дымность отработанных газов, снижается эмиссия продуктов неполного сгорания, СО, сажи и др.).
Известно, что в качестве цетанповышающих присадок - промоторов воспламенения (ЦИП) могут применяться органические соединения различных классов: альдегиды, простые и сложные эфиры, нитросоединения, пероксиды, моно- и полинитраты алифатических и циклических спиртов [Лернер М.О. М.: Химия, 1979, 222 с.]. В силу ряда причин практическое применение нашли нитраты алифатических и алициклических спиртов и, в меньшей степени, некоторые алкилпероксиды [Данилов A.M. Справочник. Применение присадок в топливах для автомобилей. М., Химия, 2000, 227 с.]. Из класса органических нитратов известно применение в качестве промоторов воспламенения циклогексилнитрата (ЦГН) и 2-этилгексилнитрата (2-ЭГН), при этом ЦГН по эффективности и ряду эксплуатационных свойств превосходит 2-ЭГН [Данилов A.M. Справочник. Применение присадок в топливах. М. Мир, 2005, 288 с.] Из класса алкилпероксидов -ди-трет-бутилпероксид (ДТБП), дикумилпероксид (ДКП) и кумилгидропероксид (КГП). При этом эффективность пероксидов по сравнению с алкилнитратами значительно ниже, например, промотирующая эффективность ДТБП составляет около 85% от эффективности 2-ЭГН [Данилов A.M. Отечественные присадки к современным дизельным топливам. Сб. трудов 5-го Международного форума " Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты. 2005, 182 с.] и, по нашим данным, менее 70% от эффективности ЦГН.
9
20
Известна также присадка для повышения ЦЧ ДТ, состоящая из предварительно смешанных ЦГН и фракции парафиновых углеводородов нормального строения от С-С при массовом соотношении указанных компонентов от 4:1 до 1:4, добавляемая в ДТ в количестве 0,05-0,75мас.% (патент № 2309975, РФ, 2007). Присадка обладает синергетическим эффектом и за счет большей растворимости облегчает процесс смешения с топливом.
Целью изобретения является разработка композиционной присадки, эффективно повышающей ЦЧ, снижение ее себестоимости и дополнительно снижение в отработавших газах оксидов азота.
Задача решается путем введения в состав ДТ композиционной ЦПП, содержащей ЦГН и/или 2-ЭГН и пероксиды из группы: кумилгидропероксид, ди-трет-бутилпероксид, дикумилпероксид при массовом соотношении компонентов от 3:1 до 1:3, соответственно.
Замена части ЦГН на пероксиды, кроме того, снижает в отработанных газах содержание оксидов азота, а введение в состав присадки, например кумилгидропероксида, который является полупромышленным продуктом в производстве фенола и ацетона, позволяет при заданном значении прироста ЦЧ ДТ расширить сырьевую базу и снизить себестоимость ЦПП. Композиционную ЦПП присадку согласно данному изобретению готовят путем предварительного смешения нитратов спиртов с алкилпероксидами. Предлагаемая композиция может вводиться в ДТ любых марок в концентрациях 0,1-0,5 мас.% без ухудшения основных эксплуатационных свойств топлив.
Совместное применение в качестве ЦПП нитратов спиртов и алкилпероксидов нам не известно. Поэтому за прототип в заявке взяты нитраты спиртов и соответствующие алкилпероксиды в чистом виде.
В таблице 1 представлены результаты испытаний предлагаемой ЦПП, при этом за базовое ДТ брали топливо марки Л-02-40 по ГОСТ 305-82 производства ООО "Киришинефтеоргсинтез" и ОАО "Славнефть Ярославльнефтеор гсинтез".
ЦЧ определяли по ГОСТ 3122-67 (с изм. 1-4). Эффективность ЦГН на 4-5 пунктов выше эффективности пероксидов и на 2-3 пункта выше эффективности 2-ЭГН. При замене части нитрата спирта на менее эффективные пероксиды следовало бы ожидать снижение эффективности смесевой присадки по сравнению с чистым нитратом. Однако испытания показали, что использование смеси нитратов спиртов и алкилпероксидов в качестве композиционной присадки не приводит к уменьшению эффективности. Прирост ЦЧ композиционной присадки равен или близок к чистому нитрату спирта. Данные представлены в таблице 1.
В зависимости от соотношения компонентов (Таблица 1):
для кумилгидропероксида
примеры 1, 2, 7, 8, 25, 26 при содержании присадки 0,1 мас.%
примеры 3, 4, 9, 10, 27, 28 при содержании присадки 0,2 мас.%,
примеры 5, 6, 11, 12, 29, 30 при содержании присадки 0,5 мас.%
для ди-трет-бутилпероксида
примеры 13, 14, 31, 32 при содержании присадки 0,1 мас.%,
примеры 15, 16, 33, 34 при содержании присадки 0,2 мас.%,
примеры 17, 18, 35, 36 при содержании присадки 0,5 мас.%,
для дикумилпероксида
примеры 19, 20, 37, 38 при содержании присадки 0,1 мас.%,
примеры 21, 22, 39, 40 при содержании присадки 0,2 мас.%,
примеры 23, 24, 41, 42 при содержании присадки 0,5 мас.%.
Такой синергетический эффект вероятно можно объяснить воздействием продуктов начального распада пероксидов, происходящего с постоянной скоростью уже при 110-120°С в условиях камеры сгорания, на инициирование распада нитрата спирта, которое начинается при более высоких температурах. При этом образование необходимой концентрации радикалов за счет распада нитрата спирта для осуществления цепной реакции горения происходит за меньший промежуток времени, чем при использовании компонентов в отдельности. В результате период задержки воспламенения ДТ сокращается и промотирующий эффект сохраняется на уровне чистого спирта. Применение в составе предлагаемой присадки алкилпероксидов дополнительно снижает содержание азота в ДТ, а применение кумилгидропероксида позволяет снизить затраты у потребителя в расчете на 1 пункт прироста цетанового числа. Например, если принять за единицу затраты на 1 пункт прироста цетанового числа при использовании только нитратной присадки, то у композиционной присадки, содержащей кумилгидропероксид, эта величина составит 0,7 для соотношения компонентов 1:1 и 0,5 при соотношении 1:3.
Таблица 1
№ примера
Наименование компонента
Соотношен компонент мас.%
Концентр. присадки мас.%
Цетановое число
Прирост ЦЧ
Относит. стоимость 1 пункта ЦЧ
1
2
3
4
5
6
7
8
Базовое топливо
-
-
-
-
48
-
-
Срав. пример
ЦГН
-
-
0,1
52-53
4-5
1,0
ЦГН
0,2
54-55
6-7
1,0
Срав. пример
-
КГП
-
0,1
49
1
0,25-0,30
КГП
-
0,2
50
2
0,25-0,30
1
ЦГН
КГП
3:1
0,1
52
4
0,8
2
ЦГН
КГП
1:3
0,1
51
3
0,5
ЦГН
КГП
3:1
0,2
54
6
0,8
4
ЦГН
КГП
1:3
0,2
52-53
4-5
0,5
5
ЦГН
КГП
1:3
0,5
53-54
5-6
0,5
6
ЦГН
КГП
3:1
0,5
54-55
6-7
0,8
Базовое топливо
-
-
-
-
51
-
-
Срав. пример
ЦГН
-
-
0,1
57-58
6-7
1,0
ЦГН
-
-
0,2
58-59
7-8
1,0
Срав. пример
-
КГП
0,1
52
1
0,25-0,30
-
КГП
-
0,2
53
2
0,25-0,30
7
ЦГН
КГП
3:1
0,1
57-58
6-7
0,8
8
ЦГН
КГП
1:3
0,1
56-5,7
5-6
0,5
9
ЦГН
КГП
3:1
0,2
58-59
7:8
0,8
10
ЦГН
КГП
1:3
0.2
57-58
6-7
0,5
11
ЦГН
КГП
1:3
0,5
58
7
0,5
12
ЦГН
КГП
3:1
0,5
57-58
6-7
0,8
Базовое топливо
-
-
-
-
45
-
-
Срав. пример
ЦГН
-
-
0,1
51
6
1,0
ЦГН
-
-
0,2
54
9
1,0
Срав. пример
-
ДТБП
-
0,1
47
2
1,5-2,0
-
ДТБП
-
0,2
48
3
1,5-2,0
13
ЦГН
ДТБП
3:1
0,1
51
6
1,5-1,8
14
ЦГН
ДТБП
1:3
0,1
50
5
1,5-1,8
15
ЦГН
ДТБП
3:1
0,2
53-54
8-9
1,5-1,8
16
ЦГН
ДТБП
1:3
0,2
52-53
7-8
1,5-1,8
17
ЦГН
ДТБП
1:3
0,5
53-54
8-9
1,5-1,8
18
ЦГН
ДТБП
3:1
0,5
54
9
1,5-1,8
Базовое топливо
-
-
-
-
48
-
-
Срав. пример
ЦГН
-
-
0,1
53
5
1,0
ЦГН
-
-
0,2
55
7
1,0
Срав. пример
-
ДКП
-
0,1
49
1
1,5-2,0
-
ДКП
-
0,2
50
2
1,5-2,0
19
ЦГН
ДКП
3:1
0,1
53
5
1,3-1,8
20
ЦГН
ДКП
1:3
0,1
51-53
3-5
1,5-2,0
21
ЦГН
ДКП
3:1
0,2
55
7
1,3-1,8
22
ЦГН
ДКП
1:3
0,2
54-55
6-7
1,5-2,0
23
ЦГН
ДКП
1:3
0,5
54-55
6-7
1,5-2,0
24
ЦГН
ДКП
3:1
0,5
56-57
7-8
1,5-2,0
Базовое топливо
-
-
-
-
48
-
-
Срав. пример
2-ЭГН
-
-
0,1
50-51
2-3
1,0
2-ЭГН
-
-
0,2
51-52
3-4
1,0
Срав. пример
-
КГП
-
0,1
49
1
0,3
-
КГП
-
0,2
50
2
0,3
25
2-ЭГН
КГП
3:1
0,1
50
2
0,8
26
2-ЭГН
КГП
1:3
0,1
49
1
0,5
27
2-ЭГН
КГП
3:1
0,2
51
3
0,8
28
2-ЭГН
КГП
1:3
0,2
51
3
0,5
29
2-ЭГН
КГП
1:3
0,5
51-53
3-4
0,7
30
2-ЭГН
КГП
3:1
0,5
52
4
0,8
Базовое топливо
-
-
-
-
45
-
-
Срав. пример
2-ЭГН
-
-
0,1
49
4
1,0
2-ЭГН
-
-
0,2
51
6
1,0
Срав. пример
-
ДТБП
-
0,1
47
2
1,5-2,0
-
ДТБП
-
0,2
48
3
1,5-2,0
31
2-ЭГН
ДТБП
3:1
0,1
49
4
1,5-1,8
32
2-ЭГН
ДТБП
1:3
0,1
48
3
1,5-1,8
33
2-ЭГН
ДТБП
3:1
0,2
50-51
5-6
1,5-1,8
34
2-ЭГН
ДТБП
1:3
0,2
49
4
1,5-1,8
35
2-ЭГН
ДТБП
1:3
0,5
50
5
1,5-1,8
36
2-ЭГН
ДТБП
3:1
0,5
51
6
1,5-1,8
Базовое топливо
-
-
-
-
48
-
-
Срав. пример
2-ЭГН
-
-
0,1
51
3
1,0
2-ЭГН
-
-
0,2
52
4
1,0
Срав. пример
-
ДКП
-
0,1
49
1
1,5-2,0
-
ДКП
-
0,2
50
2
1,5-2,0
37
2-ЭГН
ДКП
3:1
0,1
51
3
1,5-2,0
38
2-ЭГН
ДКП
1:3
0,1
50
2
1,5-2,0
39
2-ЭГН
ДКП
3:1
0,2
52
4
1,5-2,0
40
2-ЭГН
ДКП
1:3
0,2
51
3
1,5-2,0
41
2-ЭГН
ДКП
1:3
0,5
52
4
1,5-2,0
42
2-ЭГН
ДКП
3:1
0,5
53
5
1,5-2,0
Обозначения в таблице:ЦЧ - цетановое число,ЦГН - циклогексилнитрат,2-ЭГН - 2-этилгексилнитрат,КГП - кумилгидропероксид,ДТБП - ди-трет-бутилпероксид.ДКП - дикумилпероксид