композиционная добавка к автомобильным бензинам

Формула изобретения

Композиционная добавка к автомобильным бензинам на основе метилтрет-бутилового эфира с добавлением N-метиланилина, N,N-диметиланилина и спиртов, отличающаяся тем, что в качестве спиртов она содержит смесь этанола, изобутанола и трет-бутанола, изопентанола и дополнительно содержит анилин и нитробензол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

N-метиланилин - 20 - 25

Анилин - 0,5 - 5,0

N,N-диметиланилин - 0,5 - 5,0

Нитробензол - 5 - 6

Этанол - 10 - 15

Изо-бутанол или трет-бутанол - 8 - 12

Изо-пентанол - 5 - 10

Метил-трет-бутиловый эфир - До 100и

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, конкретно к составу композиционной добавки, предназначенной для использования в автомобильных бензинах.

Известно использование N- метиланилина в качестве антидетонационной добавки к моторному топливу (Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. -М.: Химия, 1979. -84 с.). В России допущены к применению как чистый N-метиланилин, так и технический, содержащий до 10% анилина и N,N-диметиланилина (экстралин или присадка АДА). Эти добавки наиболее эффективны для прямогонных бензинов с низким содержанием ароматических углеводородов. Однако, из-за легкой окисляемости их содержание в топливе ограничено 1,3 об.%, при этом прирост основного октанового числа не превышает 4-6 пунктов (Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. /А.М. Данилов. -М.:Химия, 1996. - С.102-105. См. табл. 18 и рис. 66).

В качестве антидетонаторов используются также кислородсодержащие соединения, которые в химмотологической литературе называются оксигенатами. Эта группа антидетонаторов включает низкомолекулярные спирты, простые эфиры и их смеси (Патент РФ N2102437, МКП C 10 L, 1996; Патент РФ N2110561, МКП C 10 L, 1996). Основным недостатком оксигенатов при их самостоятельном использовании является их невысокая антидетонационная активность и необходимость использования в значительных концентрациях (10-15%), приводящая к удорожанию моторного топлива.

Известна также многокомпонентная добавка к углеводородным топливам для двигателей внутреннего сгорания (Патент РФ N2078118, МКП C 10 L, 1995), включающая ароматические амины с 6-8 атомами углерода в молекуле, продукты взаимодействия алифатических аминов с 10-40 атомами углерода в молекуле (или ароматических аминов с 6- 8 атомов углерода в молекуле) с окисленными углеводородами или с высшими жирными кислотами с добавлением метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в смеси с изо-бутанолом, метанолом или этанолом, маслом или спиртами - производными диоксана.

Недостатком, присущим этой присадке, является ее относительно низкая антидетонационная активность (5 единиц - максимальный подъем октанового числа) и чрезмерное содержание N-метиланилина (3-3.7% по массе). Практическое использование диметиланилина ограничивается его содержанием в присадке, составляющим 1.3% (по объему). Кроме того, добавка содержит высокотоксичный и легколетучий метанол. Последний не допущен к применению в России в виде смесей с бензином (Данилов А. М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. -М.: Химия, 1996, стр. 107).

Наиболее близкой по составу к предлагаемой композиционной антидетонационной добавке является беззольная высокооктановая добавка к автомобильным бензинам (БВД) (Патент РФ N2139914 С 1, C 10 L 1/18, 20/10/1999), содержащая до 70% (по массе) N- метиланилина и не менее 30% (по массе) МТБЭ или фэтерола с добавлением моющей присадки АВТОМАГ (прототип). Недостатком этой добавки является ее невысокая антидетонационная активность, составляющая 6 единиц (при добавлении БВД в концентрации 2.5% по массе к эталонной смеси изо-октана (2,2,4-триметилпентана) и н-гептана (70:30 по объему)). Кроме этого, с введением БВД в концентрации 2,5% (по массе) в топливо вводится 1.75% (по массе) N-метиланилина, что выше допустимого уровня на 0.45% (по массе).

Целью предлагаемого изобретения является создание композиционной добавки к автомобильным бензинам, обладающей высоким уровнем антидетонационной активности и в то же время сохраняющей высокие эксплутационные и экологические показатели топлива.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая добавка имеет следующий состав, мас.%:

N-Метиланилин - 20-25

Анилин - 0,5-5

N,N-Диметиланилин - 0,5-5

Нитробензол - 5-6

Этанол - 1,0-15

Изо-Бутанол(трет-бутанол) - 8-12

Изо-Пентанол - 5-10

Метил-трет-бутиловый эфир - до 100

Отличие предлагаемого технического решения состоит в том, что добавка включает до 6% нитробензола, снижающего образование нагара в двигателе, а также в соотношении компонентов.

Повышение антидетонационной активности при использовании предлагаемой композиционной добавки обеспечивается проявлением синергизма в антидетонационном эффекте N-метиланилина и оксигенатов (спирты и МТБЭ) в указанном соотношении. Использование такой смеси позволяет обеспечить прирост октанового числа моторного топлива на 12.5 единиц при введении ее в концентрации 5% (по объему) к эталонному топливу (см. табл. 2). Предлагаемая добавка может вводиться в бензин любых марок в концентрации до 5 об.%. При этом общая концентрация N-метиланилина в топливе не превышает 1,25 мас.%. Снижение концентрации N-метиланилина в бензине, приготовленном с использованием указанной добавки, по сравнению с прототипом позволяет снизить количество отложений в системе подачи топлива и обеспечить более высокий уровень эксплутационных характеристик топлива. В состав предлагаемой добавки может входить и технический N-метиланилин, содержащий примесь анилина (до 5%), который за счет комплексообразования с оксигенатами не снижает химическую и фазовую устойчивость топлива. Использование антиоксидантов в предлагаемой добавке нецелесообразно, так как в составе технического N-метиланилина может содержаться до 5% N.N-диметиланилина.

Включение соответствующих спиртов в состав предлагаемой добавки позволяет расширить сырьевую базу, снизить ее себестоимость и повысить антидетонационные и эксплутационные свойства бензина, за счет комплексообразования с анилином, N- метиланилином и N,N-диметиланилином. Предлагаемая добавка может использоваться без моющей присадки, так как функции последней выполняются компонентами, входящими в состав композиционной добавки.

Технология получения предлагаемой композиционной добавки к автомобильным бензинам заключается в постадийном механическом смешении компонентов, входящих в ее состав, в адиабатических условиях, при температуре 5-30^oC.

В таблице 1 приведены составы предлагаемой добавки, в примерах 4, 5 представлены смеси, содержание компонентов в которых выходит за заявляемые пределы.

Значение октанового числа смесей определяли на установке УИТ-86 по ГОСТ 511-82 и ГОСТ 8226-82 по моторному и исследовательскому методам. Результаты приведены в таблицах 2, 3, 4 и показывают наличие синергетического эффекта при использовании оксигенатов с N-метиланилином и анилином за счет комплексообразования, что обеспечивает высокие антидетонационные свойства композиционной добавки.

Фазовая стабильность добавки и ее смеси с бензином проверялась при их охлаждении до минус 50^oC. После охлаждения добавка и ее смесь с бензином не расслаивались и не выделяли осадка.

Моющие свойства оценивали по коэффициенту на установке ИТ по методу квалификационной оценки.

Определено влияние предлагаемой добавки к товарному бензину на мощность, экономические и экологические показатели двигателя ЗИЛ-508.10.

Программа испытания двигателя включала определение следующих характеристик:

1. Скоростной внешней от 800 до 3200 об/мин.

2. Нагрузочных 2000-3200 об/мин.

3. Холостого хода.

4. Первичной детонационной (по ГОСТ 10373-78).

Анализ токсичности выхлопа двигателя при работе двигателя на различных топливах проводили по концентрации вредных веществ (монооксида углерода, осколков углеводородов и оксидов азота) в отработанных газах и по их удельным выбросам, которые определяли по 13-ти ступенчатому испытательному циклу, в соответствии с методикой ОСТ 37.001.070-94.

Результаты испытаний показали, что при использовании бензина с предлагаемой добавкой, в частности при измерении скоростной внешней характеристики на оптимальном угле опережения зажигания, мощностные показатели двигателя увеличились на 1,5-3,7%, а удельные расходы топлива снизились на 2-4%. При использовании добавки в концентрации 5% (по массе) концентрация монооксида углерода снизилась на 3500-8000 ppm, концентрация осколков углеводородов снизилась на 250-400 ppm, а концентрация оксидов азота практически не изменилась.

Таким образом, предложенный состав композиционной добавки к автомобильным бензинам обладает высокой антидетонационной активностью, необходимой фазовой и химической стабильностью и приводит к снижению уровня токсичных компонентов в отработанных газах.