Результат интеллектуальной деятельности: АНТИДЕТОНАЦИОННАЯ ДОБАВКА К БЕНЗИНУ

Предлагаемое изобретение относится к добавкам, повышающим антидетонационную стойкость углеводородных горючих (топлив, бензинов), и может быть использовано в области нефтепереработки, переработке газа для создания высокооктановых топлив.

С появлением двигателей внутреннего сгорания, работающих на повышенных степенях сжатия, возникла проблема повышения октанового числа углеводородных горючих (топлив).

Известно, что октановое число топлив возрастает с увеличением в топливе содержания разветвленных и ненасыщенных углеводородов и углеводородов ароматического ряда. Постоянное развитие и совершенствование авиационной и автомобильной техники требует создания новых высокооктановых видов топлив.

Эту задачу можно решить созданием новых химических процессов реформинга бензинов прямой гонки, каталитического крекинга и каталитического реформинга или добавлением к углеводородным горючим (топливам) специальных антидетонационных присадок (добавок) и высокооктановых компонентов. При этом может возникнуть эффект синергизма.

Самым технологически и экономически выгодным является использование для получения высокооктановых углеводородных горючих антидетонационных присадок.

Известно, что для увеличения октанового числа топлив используют (применяют) как зольные, так и беззольные антидетонационные присадки (добавки) и оксигенаты.

Известными, применяемыми до настоящего времени зольными антидетонационными добавками (присадками) являются органические соединения марганца, железа, меди, хрома, кобальта, никеля, редкоземельных элементов, свинца и др.

Однако все они обладают высокой токсичностью, особенно органические соединения свинца, как сами, так и продукты их сгорания и оказывают отрицательное воздействие на работу двигателей внутреннего сгорания, накапливаясь на электродах свечей зажигания, поршнях и стенках камеры сгорания, значительно сокращая его ресурс [1].

Беззольные антидетонационные присадки (добавки) хотя и менее эффективны, чем зольные, но находят более широкое распространение и применение, особенно в сочетании с другими компонентами.

Наиболее известными и распространенными беззольными антидетонационными добавками (присадками) являются: низкомолекулярные ароматические амины [N-метиланилин (ММА), ксилидин, толуидин].

Известна присадка экстралин ТУ 6.02.571-90, содержащая в процентных массовых соотношениях диметиланилин до 4,5%, анилин до 6% и N-метиланилин до 100%.

Другой известной присадкой аналогичного типа является присадка АДА ТУ 38-401-58-61-93, которая дополнительно содержит в своем составе антиокислительную добавку типа ионола.

Недостатками такого типа присадок является ограничение их по содержанию в связи с увеличением продуктов окисления в топливах, смолообразования при хранении и нагарообразование во время эксплуатации в двигателях при повышенной их концентрации и относительно невысокий прирост октанового числа топлив.

Известно использование в качестве оксигенатов эфиров и спиртов, а также их смесей для повышения детонационной стойкости топлив [2].

Наиболее известными и применяемыми оксигенатами являются метил или этил-трет-бутиловый эфиры (МТБЭ, ЭТБЭ), диизопропиловый эфир, среди спиртов н-бутиловый, изопропиловый, этиловый, метиловый.

Недостатками таких присадок являются небольшое поднятие октанового числа бензинов при высоком их содержании и отрицательное влияние на резинотехнические, полимерные и металлические части автомобиля, снижение энергоемкости бензинов.

Однако широкое применение оксигенатов с высокими октановыми числами смешения в составе топлив дает возможность снизить требования к октановым характеристикам получаемых головных бензиновых фракций и обеспечивает гибкость схем нефтепереработки на нефтеперерабатывающих заводах и сократить капитальные вложения в нефтепереработку.

Предлагаемое изобретение решает вопрос расширения ассортимента оксигенатов для увеличения сырьевой базы, возможностей создания топливных композиций с заданными свойствами.

Известно, что углеводородные горючие (топлива) состоят из смеси различных углеводородов, которые могут при определенном сочетании компонентов приобретать нужные свойства в процессе их использования (применения), а именно как углеводородное горючее (топливо) в двигателях внутреннего сгорания, где для их оптимальной работы требуется одновременное достижения максимального давления паровоздушной смеси в момент прохождения поршнем верхней мертвой точки и разложение (возгорание) этой смеси от электрической искры свечи зажигания. Если эти условия не соблюдаются, возникает детонация, которая отрицательно влияет на работу двигателя, расход топлива и состав отработанных газов.

Общеизвестно, что свойства соединений зависят в основном не только от элементов, входящих в состав их молекул, но и от взаимного расположения этих элементов или групп атомов элементов по отношению друг к другу, а также за счет каких связей проходит их объединение в молекуле вещества, то есть конструкция молекул, их состав и вид связей в них определенным образом влияют на физическое и химическое поведение веществ (соединений) как внутримолекулярное, так и межмолекулярное, включая взаимодействие между молекулами разных веществ (соединений), что в свою очередь может существенно повлиять на свойства всей системы в целом.

Алкоксизамещенные бензолы могут в сочетании с углеводородными горючими (топливами), состоящими из смеси различных углеводородов, образовывать межмолекулярные связи с молекулами веществ, входящих в состав топлив, посредством возникновения комплексов, с переносом заряда, π-комплексов, σ-комплексов, а также свободных стабильных радикалов и других активных промежуточных продуктов с резонансным обменом энергии или новых образований, что и определяет возможность проявления синергетического эффекта.

Возбуждение системы может осуществляться различными и многочисленными факторами одновременно или избирательно только от какого-нибудь одного фактора, например от электрического разряда, что очень важно при протекании процессов определенной направленности, происходящих при данных условиях.

Для регулирования таких процессов используется (применяются) такие соединения (вещества), возбуждение молекул которых может происходить только от одного определенного фактора (электрической искры), и переносить возбуждение сенсибилизированно на всю систему и при этом тормозить другие факторы, преждевременно влияющие на этот процесс, например высокотемпературные воздействия (термическое воздействие) на систему, что является определяющим условием оптимальной работы двигателей внутреннего сгорания.

Такое теоретическое обоснование делает возможным осуществить правильный подход к решению ряда вопросов, например таких как, подбор компонентов топливных композиций с целью получения требуемых качеств (высокое октановое число, снижение окислительных процессов и смолообразования и др.).

Известно применение анизола (метоксибензола и/или его производных в качестве антидетонационной добавки к бензину [3, 4].

Известно применение фенетола (этоксибензола) с той же целью [5]

Известно применение анилина в качестве антидетонационной присадки [6].

Аналогами в данном случае могут быть оксигенаты, ароматические амины, смесевые добавки на основе ароматических аминов и оксигенатов.

Недостатками оксигенатов является необходимость их добавления в бензин в больших количествах 10-25% для поднятия октанового числа на 3-8 единиц, при этом снижается энергетика топлив и увеличивается отрицательное влияние на резинотехнические детали автомобилей [2].

Недостатками присадок, содержащих ароматические амины, является их нестабильность, необходимость их применения в сочетании с антиоксидантами, топливные композиции с их применением отличаются повышенным смолообразованием, вследствие чего допустимые концентрации ароматических аминов в топливе ограничены 1-1,3 мас.%.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является присадка ОДЭ-М марки А (состав ОДЭ-М марки А - 80 мас.% метанола и 8-16,6 мас.% N-метиланилина) [2].

Недостатком данной присадки является небольшое поднятие октанового числа на 4 ед. при введении 5 мас.% в эталонную смесь, нестабильность и повышенное смолообразование при введении ее в топливо в больших концентрациях, понижение энергетики и отрицательное влияние на детали автомобиля.

Эта задача решается использованием антидетонационной добавки к бензину, содержащей один или смесь алкоксизамещенных бензола общей формулы (I),

где R является радикалом С₂Н₅О или СН₃О и дополнительно анилин в их массовом соотношении 1:1.

Технический результат достигается использованием антидетонационной добавки к бензину, содержащей один или смесь алкоксизамещенных бензола общей формулы (I),

где R является радикалом С₂Н₅O или СН₃О и дополнительно анилин, в их массовом соотношении 1:1, введение в бензин которой позволяет достигать повышения октанового числа бензинов при более низких концентрациях.

Примеры, подтверждающие эффективность алкоксизамещенных бензолов в сочетании с анилином, определялась по приросту октанового числа, определяемого моторным методом (ОЧМ) и исследовательским методом (ОЧИ) в эталонной топливной смеси изооктана и нормального гептана (70:30 об.% соответственно).

Пример 1.

Фенетол (этилфениловый эфир), взятый в количестве 5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дал прирост ОЧ на 2 ед. (ОЧМ) и 4 ед. (ОЧИ).

Пример 2.

Анизол (метилфениловый эфир), взятый в количестве 5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дал прирост на 1,5 ед. (ОЧМ) и 3,5 ед. (ОЧИ).

Пример 3.

Анилин, взятый 2,5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дал прирост на 7,5 ед. (ОЧМ) и 9,5 ед. (ОЧИ).

Пример 4.

Смесь фенетола и анилина в соотношении 1:1 соответственно, взятая в количестве 5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дала прирост ОЧ на 10 ед. (ОЧМ) и 14 ед. (ОЧИ).

Пример 5.

Смесь анизола и анилина в соотношении 1:1 соответственно, взятая в количестве 5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дала прирост на 9 ед. (ОЧМ) и 13,5 ед. (ОЧИ).

Пример 6.

Добавка, состоящая из анизола и фенетола в соотношении 1:1, в смеси с анилином в соотношении 1:1, взятая в количестве 5 мас.% по отношению к эталонной топливной смеси, дала прирост на 9,2 ед. (ОЧМ) и 14 ед. (ОЧИ).

Сочетание данных компонентов позволяет эффективно поднять октановое число углеводородных горючих (топлив), причем при этом проявляется эффект синергизма и дольше сохраняются их эксплуатационные свойства.

Сходные результаты получены на образцах бензинов прямой гонки из нефти, бензина газового стабильного (БГС), авиационного бензина, авиационного керосина, товарных бензинов марок АИ 80, АИ 92, АИ 95, АИ 98, причем наибольшая эффективность была получена на наиболее низкооктановых образцах.

Источники информации

1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник. И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др.: Под ред. В.М.Школьникова. Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.: ил.

2. Патент RU 2078118 кл. С10L 1/18, 27.04.1997.

3. Патент US 4312636.

4. Патент US 4412847.

5. Патент RU 2153631.

6. А.М.Данилов. Применение присадок в топливах. - М.: Издательство «Мир», 2005. - 288 с., ил.