КОМПОЗИЦИЯ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА ДЛЯ КАРБЮРАТОРНЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
COMPOSITION OF AVIATION FUEL FOR CARBURATOR AIRCRAFT ENGINES

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, а именно к композиции авиационного бензина для карбюраторных авиационных двигателей.
Авиационный бензин применяется в самолетах авиации общего назначения с небольшими поршневыми двигателями. Основной принцип действия поршневых двигателей тот же, что и в автомобильных двигателях с искровым зажиганием, но при этом требования к рабочим характеристикам гораздо выше, соответственно выше требования и к авиационным бензинам.
Известен ряд топливных композиций, предназначенных для использования в качестве авиационного бензина.
Так, известна топливная композиция, которая содержит в качестве основы не более 70 мас.% смеси фракции бензина риформинга и/или изомеризата, выкипающих в интервале 40-135°C, и фракции бензина риформинга, выкипающей в интервале 80-190°C, взятых в соотношении 50-80:20-50, и не менее 30 мас.% алкилбензина. Топливная композиция может содержать добавки: антиокислительная присадка, тетраэтилсвинец, краситель (Пат. РФ №2212432, 2003 г.).
Из таблицы, представленной в пат. РФ №2212432, следует, что содержание тетраэтилсвинца составляет 2,02-2,2 г на 1 кг бензина, октановое число по моторному методу (ОЧМ) 96,2-98,0, сортность по богатой смеси 115-117.
Недостатком такой композиции является наличие в ней высокоароматизированных компонентов бензина риформинга, выкипающих до 190°C, что приводит к увеличению в бензине высококипящих ароматических углеводородов. Кроме этого бензин содержит значительное количество тетраэтилсвинца - 2,02-2,2 г на 1 кг бензина. Это увеличивает экологическую нагрузку выхлопных газов, образующихся при сгорании бензина.
Наиболее близкой к заявляемой является топливная композиция, предназначенная для использования в качестве авиационного бензина.
3
4
Топливная композиция содержит, мас.%: изомеризат легкой фракции бензина 7-30, тетраэтилсвинец до 0,1 и алкилбензин, полученный алкилированием изобутаном с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C-C, являющейся продуктом каталитического крекинга, до 100.
Композиция может дополнительно содержать концентрат ароматических углеводородов в количестве до 20 мас.% (Пат. РФ №2530901, 2014).
5
6
Недостатком известной композиции является использование более дорогостоящего и менее доступного компонента - изомеризата легких углеводородов С-C.
Однако следует отметить, что продукты, получаемые по данному патенту, полностью соответствуют требованиям на потребляемые авиабензины Б 91/115 и Avgas 100 LL, но требуют иметь при получении авиационного бензина Б 91/115 изомеризат легкой бензиновой фракции с началом кипения не менее 35°C (таблицы 1, 3 пат. РФ №2530901). Это связано с тем, что авиабензин Б 91/115 используется в карбюраторных двигателях, для которых лимитировано начало кипения топливной композиции авиационного бензина не менее 40°C.
5
6
В последнее время большинство автомобильных бензиновых двигателей выпускаются с инжекционным вводом топлива, для которого начало кипения бензина не имеет значения. При этом в современной нормативной документации для автомобильных бензинов показатель начала кипения был изъят (например, ГОСТ Р51866-2002(ЕН-228-2004). Это привело к тому, что большинство нефтеперерабатывающих заводов в целях более полного использования сырьевой базы увеличили вовлечение легкокипящих углеводородов в пул бензинов и понизили начало кипения изомеризатов легких углеводородов (C-C) с 35°C до 28°C, что увеличило выход изомеризатов и его октановые числа. Несмотря на то, что на рынке авиационных бензиновых двигателей также появились модели с инжекционным вводом бензина, модели с карбюраторным бензиновым двигателем составляют значительное количество в составе авиатехники и будут использоваться еще длительный промежуток времени.
5
6
Возникшая на рынке ситуация потребовала раздельного получения изомеризата легких парафиновых углеводородов C-C для автомобильного и авиационного бензинов (при том, что потребность в автомобильном бензине превышает 99% от общего объема бензинов), периодического изменения технологического режима установки изомеризации, создания отдельной системы накопления, хранения, сертификации и отгрузки.
Задачей изобретения является получение топливной композиции авиационного бензина для карбюраторных авиационных двигателей, 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. (TP ТС 013/2011) и ГОСТ 1012-72 при использовании более доступного и менее дорогостоящего сырья.
3
4
Поставленная задача решается предлагаемой композицией авиационного бензина для карбюраторных авиационных двигателей, включающей легкокипящую бензиновую фракцию, алкилбензин, полученный алкилированием изобутаном с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов C-C, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, и тетраэтилсвинец, которая отличается тем, что в качестве легкокипящей бензиновой фракции содержит рафинат бензол-толуольного риформинга, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Рафинат бензол-толуольного риформинга
20-40
Тетраэтилсвинец
до 0,1
Алкилбензин
до 100
Композиция дополнительно может содержать толуол в количестве до 20 мас.%.
Стремление использовать серийные унифицированные компоненты без перехода в режимах их получения, а также удешевить итоговую композицию авиационного бензина Б 91/115 привело к исследованию применения в топливной композиции в качестве компонента рафината бензол-толуольного риформинга.
Рафинат бензол-толуольного риформинга - это остаток от концентрата после извлечения из него бензола (наряду с другими ценными соединениями). Поэтому рафинат является гораздо менее ценным продуктом, чем концентрат ароматики, особенно как компонент автомобильного бензина («Переработка нефти», Уильям Л. Лефлер, ЗАО «ОЛИМП-БИЗНЕС», Москва, 2004, с.169).
Ниже приводится качество используемого рафината бензол-толуольного риформинга:
- Массовая доля углеводородов, мас.%:
ароматические
2,29
в том числе бензол
1,78
нафтеновые
3,59
парафиновые
93,84
олефины
0,28
- Массовая доля тяжелой ароматики
(C<sub>11</sub>+), мас.%
отсутствие
- Плотность при 20°C, г/см<sup>3</sup>
0,6702
- Давление насыщенных паров, кПа
50,1
- Фракционный состав
°С
Начало кипения
45,3
5 об.%
58,1
10 об.%
60,1
20 об.%
62,0
30 об.%
64,1
40 об.%
66,1
50 об.%
68,2
60 об.%
70,5
70 об.%
73,5
80 об.%
77,3
90 об.%
85,2
95 об.%
92,3
Конец кипения
111,1
Остаток, об.%
0,9
- Октановое число (моторный метод)
65,3
В настоящее время рафинат используется в двух направлениях:
5
6
- в качестве компонентов автомобильных бензинов, однако в связи с прекращением производства низкооктановых бензинов (АИ-80) и его низким октановым числом (ОЧМ 65) по сравнению с изомеризатом (ОЧМ 79-87) ценность его как компонента автомобильного бензина значительно ниже изомеризата легких углеводородов С-С;
- как сырье для получения этилена методом пиролиза.
3
4
Однако в связи с резким увеличением производства сжиженных нефтяных газов С-С, связанным с их высоким содержанием в новых газовых месторождениях Западной Сибири, являющихся гораздо более лучшим сырьем для пиролиза (больше выход олефинов, практически нет тяжелых побочных продуктов), ценность рафината как сырья пиролиза снижается.
Авиационный бензин Б 91/115 должен соответствовать ГОСТ 1012-72 и техническому регламенту TP ТС 013/2011 в соответствии с требованиями, изложенными в приложении 6 п. 4.10, и иметь следующие характеристики:
- Октановое число по моторному методу, не менее
91
- Сортность (богатая смесь), не менее
115
- Температура начала кристаллизации, °C, не выше
- 60
- Содержание механических примесей и воды
отсутствие
- Давление насыщенных паров, кПа
29,3-49
- Фракционный состав:
Начало кипения (ГОСТ 1012-72), °C, не менее
40
10% отгоняются при температуре, °C, не выше
82
50% отгоняются при температуре, °C, не выше
105
90% отгоняются при температуре, °C, 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
Авиабензин по ГОСТ 1012-72 содержит тетраэтилсвинец (ТЭС) до 2,5 г/кг, по TP ТС 013/2011 содержание ТЭС допускается, но норма не установлена.
В опытах также использовали:
3
4
- Алкилбензин, полученный алкилированием изобутаном с применением катализатора фтористого водорода фракции углеводородов С-С, являющейся продуктом каталитического крекинга вакуумного газойля, следующего качества:
- Плотность при 20°C, г/см<sup>3</sup>
0,701
- Фракционный состав
°C
Начало кипения
43
10 об.%
93
50 об.%
105
90 об.%
115
97,5 об.%
163
Конец кипения
174
- Октановое число (моторный метод)
94,3
- Толуол (ГОСТ 14710-78)
Плотность при 20°C, г/см<sup>3</sup>
0,867
Содержание основного вещества, мас.%
99,8
- Тетраэтилсвинец в виде этиловой жидкости фирмы INNOSPEK (Великобритания).
Предлагаемое техническое решение состоит в выбранном соотношении рафината бензол-толуольного риформинга и алкилбензина, при том, что ранее рафинат бензол-толуольного риформинга для целей производства авиационного бензина не использовался, содержание рафината в концентрации составляет 20-40 мас.%.
Композиция может содержать до 20 мас.% толуола.
5
6
Предлагаемое техническое решение позволяет получать авиабензин для карбюраторных авиационных двигателей Б 91/115 с сопоставимым с аналогом содержанием тетраэтилсвинца (0,06-0,1 мас.%) при применении более доступного и менее дорогого сырья - рафината бензол-толуольного риформинга вместо изомеризата легких углеводородов C-C, лимитированных по началу кипения (не менее 35°C).
Предлагаемую композицию авиационного бензина готовят с использованием стандартного оборудования путем смешения компонентов до получения однородного раствора.
Соотношение компонентов и качество полученных образцов приведено в таблице 1.
Определение октанового числа по моторному методу композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ Р52946-2008 (ЕН И СО 5163:2005).
Определение сортности по богатой смеси композиций авиационного бензина проводили по ГОСТ 3338-68, который характеризует детонационную стойкость авиационного бензина на богатой смеси.
Результаты, приведенные в табл.1, показывают, что образцы композиций авиационного бензина для карбюраторных авиационных двигателей соответствуют TP ТС 013/2011 и ГОСТ 1012-72, при этом возможно улучшить эксплуатационные свойства авиационного бензина добавлением известных антиокислительных, антикоррозионных, антистатических и других присадок, а также красителя.
Следует отметить, что содержание рафината в композиции авиационного бензина 20 мас.% является граничным, так как готовая композиция имеет температуру выкипания 10 об.% 80,7°C, что уже близко к предельной - не более 82°C.
Также граничным является содержание рафината 40 мас.% в готовой композиции, так как октановое число по моторному методу и сортность по богатой смеси (91,7 и 116,0) находятся у предельно разрешенных значений по ГОСТ 1012-72.
Введение толуола в состав композиции значительно повышает сортность конечного авиационного бензина (примеры 4 и 5).
5
6
Следует также отметить, что новое применение рафината бензол-толуольного риформинга вместо изомеризата легких углеводородов C-С позволит удешевить производство авиационного бензина, а также увеличить выпуск бензина АИ-95 вместо АИ-92 при извлечении его из общего объема бензинов или увеличить выпуск олефинов пиролиза при извлечении его из пула сырья пиролиза.
Таким образом, заявленная композиция авиационного бензина для карбюраторных авиационных двигателей соответствует всем требованиям к авиационному бензину по TP ТС 013/2011 и ГОСТ 1012-72, позволяет найти новое применение побочному продукту нефтепереработки - рафинату бензол-толуольного риформинга, упростить получение компонентов для производства авиационного бензина.