многофункциональная добавка к автомобильному бензину

Формула изобретения

Многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C₁-C ₂ и окись пропилена, отличающаяся тем, что содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:

метанол или этанол	28,6-55,5
спиртовая фракция капролактама	33,3-57,1
окись пропилена	1,1-13,8

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтехимии и автомобильной промышленности, а именно к составу многофункциональной добавки, которая обеспечивает одновременно снижение вредных выбросов с отработавшими газами, увеличение детонационной стойкости бензина, улучшение моющих свойств, а также стабилизацию бензина при хранении.

Известна добавка к моторному топливу, содержащая обводненный этанол и сорастворитель, представляющая собой алифатические спирты С₃-С₅ (Патент США №4541836, кл. C10L 1/18, 1985). В состав такой топливной композиции может входить от 1 до 12 мас.% обводненного этанола и 0,3-0,4 мас.% алифатических спиртов. Ограниченность ресурсов производства высших спиртов, их высокая стоимость лимитирует возможность применения этой композиции.

Известна также топливная композиция, содержащая бензин, обводненный этанол и добавку для улучшения стабильности композиции, представляющую собой сложный эфир уксусной кислоты, где алкильный радикал имеет от 1 до 6 атомов углерода линейного или разветвленного строения. Содержание такого сорастворителя в композиции 0,1-1,0 мас.% (Патент США №4394133, кл. C10L 1/18, 1983). Недостатком такой композиции является низкая стабилизирующая способность ацетатов в бензиноэтанольных смесях.

Известна композиция углеводородного топлива на основе низкооктанового бензина и кислородсодержащего компонента в виде продуктов дистилляции смеси головной фракции этилового спирта и сивушного масла (Патент РФ №2106391, кл. C10L 1/18, 1998). Недостатком известной композиции является то, что высокие температуры помутнения не позволяют использовать топливо в зимних условиях. Не рассмотрена возможность стабилизации бензино-метанольных смесей.

Известна топливная композиция на основе углеводородной фракции, содержащая монометиланилин и алифатические спирты на основе сивушного масла (Патент РФ 2117690 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 1998). Недостатком является возможность расслаивания при отрицательных температурах.

Известна многофункциональная антидетонационная добавка к моторному топливу, содержащая ферроцен или его производное, ароматический амин и оксигенат, в качестве оксигената рассматривается спиртовая фракция капролактама (Патент РФ 2246527 С1, кл. C10L 1/18, C10L 1/22, 2005). Недостатком известной добавки является то, что ферроцен может приводить к повышенному износу двигателя.

Известна топливная композиция на основе бензина, спиртовой фракции капролактама и гептановой фракции капролактама (Патент РФ 2188847 С2, кл. C10L 1/18, 2002). Данные фракции обезвожены, что значительно повышает трудоемкость процесса и отражается на цене.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является добавка к углеводородному топливу для двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство Болгарии №44137А, кл. C10L 1/18, 1988). Она снижает токсичность отработавших газов, повышает мощность двигателя, снижает расход топлива и уменьшает нагар в цилиндре, то есть является моющей. Добавка содержит алифатические спирты C₁-C₄, бензол и/или алкилзамещенный бензол и окись пропилена.

Недостатком является то, что бензол и/или алкилзамещенный бензол являются токсичными соединениями и их содержание в бензине в настоящее время ограничивается. В описании приведены примеры с метиловым спиртом, который содержит не более 0,1 об.% воды, но не приведены примеры с этиловым спиртом, влажность которого может достигать 4 об.% и не рассмотрены вопросы стабилизации (расслаивания).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка многофункциональной добавки, которая обладает следующими свойствами:

- увеличивает полноту сгорания топлива по принципу рецикла продуктов окисления (промежуточными и конечными продуктами окисления являются окись пропилена, спирты и вода);

- снижает содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;

- увеличивает детонационную стойкость бензина;

- стабилизирует от расслаивания спиртобензиновую композицию;

- улучшает моющие свойства;

- стабилизирует топливо при хранении.

Техническими результатами заявленного технического решения являются:

- снижение содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов;

- увеличение октанового числа бензина;

- стабилизация от расслаивания спиртобензиновой композиции;

- улучшение моющих свойств бензина;

- стабилизация топлива при хранении.

Заявляемые технические результаты достигаются тем, что многофункциональная добавка к автомобильному бензину, содержащая алифатические спирты C₁-С₂ и окись пропилена, согласно изобретению содержит спиртовую фракцию капролактама при следующем соотношении компонентов, об.%:

метанол или этанол - 28,6-55,5%;

спиртовая фракция капролактама или сивушное масло - 33,3-57,1%;

окись пропилена - 1,1-14,28%.

Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину (далее - добавка) имеет комплексный состав. Она имеет спиртовую основу, в качестве которой используются обезвоженный этиловый спирт (C₂) с содержанием воды не более 2% или метиловый спирт (C₁) с содержанием воды не более 0,1%. Для снижения температуры расслаивания топлива и кристаллизации влаги в зимнее время добавляются спирты, содержащие четыре или пять атомов углерода. Такие спирты присутствуют в спиртовой фракции капролактама (СФК), главным компонентом которого является нормальный амиловый спирт. СФК работает как стабилизатор от расслаивания только при высокой степени обезвоживания. Но удаление воды снижает октановое число топливной композиции. В состав добавки вводится окись пропилена (ОП), которая обеспечивает гомогенизацию смеси: спирты C₁-С ₂, СФК и вода вплоть до минус 40-45°С. Помимо этого, ОП улучшает химическую стабилизацию композиции при хранении, выступает в качестве активатора горения и тем самым способствует повышению детонационной стойкости топлива и снижению продуктов неполного сгорания (оксида углерода (II) и углеводородов) в отработавших газах автомобилей, а также повышает моющую способность топлива.

Заявляемая добавка содержит основной оксигенат, об.%, - метанол или этанол в количестве 28,6-55,5%, СФК 33,3-57,1%, ОП 1,1-14,28. По опытным данным был подобран наиболее рациональный состав компонентов в добавке с таким расчетом, чтобы полученный оксигенатный бензин полностью соответствовал ГОСТ Р 51866-2002 (EH 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» (см. таблицу 1).

Таблица 1
Ингредиент	Содержание ингредиента, об.% в примере
	1	2	3	4	5	6
метанол	37,46	37,46	-----	-----	-----	-----
этанол	-----	-----	49,90	49,00	68,10	28,60
спиртовая фракция капролактама	49,85	49,00	39,88	39,20	30,00	57,10
окись пропилена	12,49	12,49	9,99	9,99	1,10	13,80
вода	0,20	1,05	0,23	1,81	0,80	0,50

Оценка токсичности отработавших газов осуществлялась согласно ГОСТ 17.2.2.03-87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями» с помощью газоанализатора АСКОН - 01 на автомобиле ВАЗ-2105 (см. таблицу 2).

Добавка, приведенная в примерах 1 и 2, вводится в количестве до 8 об.% сверх бензина. Добавка, приведенная в примерах 3, 4, 5 и 6, вводится в количестве до 10 об.% сверх бензина.

Таблица 2
Добавка по примеру	Минимально устойчивые обороты холостого хода			Повышенные обороты холостого хода
	СО, %	СН, млн-1	CO 2, %	СО, %	СН, млн-1	CO2, %
АИ-92 (без добавки)	4,77	328	5,4	5,86	1156	5,7
Пример №1	2,86	263	5,7	6,53	1174	5,8
Пример №2	2,52	245	5,7	6,52	1170	5,8
Пример №3	2,12	281	6,3	5,81	1047	6,2
Пример №4	2,03	261	6,4	5,80	1020	6,4

По результатам испытаний видно, что в среднем при добавке в бензин данных оксигенатов происходит снижение оксида углерода (II) до 57%, углеводородов до 25% при работе двигателя в режиме минимально устойчивых оборотов холостого хода. В испытаниях были задействованы также другие типы газоанализаторов и другие автомобили. Полученные результаты характеризуются высокой схожестью.

Детонационная стойкость определялась на установке УИТ-85 по ГОСТ 511-82 «Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа» и ГОСТ 8226-82 «Топливо для двигателей. Исследовательский метод определения октанового числа». Помимо этого были определены фактические октановые числа оксигенатного бензина по ГОСТ 10373-75 «Бензины автомобильные для двигателей. Методы детонационных испытаний». Октановые числа определялись на моторной установке, состоящей из двигателя «Москвич 412ДЭ» и обкаточно-тормозного стенда КИ-2139-ГОСНИТИ. Результаты исследования на детонационную стойкость представлены в таблице 3. По результатам экспериментов выявлен прирост октановых чисел на всех топливных композициях в среднем до 3 единиц.

Таблица 3
Добавка по примеру	Октановые числа (ОЧ), определенные на установке УИТ-85		Октановые числа (ОЧ), определенные по ГОСТ 10373-75
	ОЧ по моторному методу	ОЧ по исследовательскому методу	ОЧ минимальные действительные
АИ-92 (без добавки)	83,5	92,1	89,0
Пример №1	85,7	94,2	91,0
Пример №2	86,0	94,4	91,5
Пример №3	86,1	94,1	90,9
Пример №4	86,3	94,3	92,1
Пример №6	85,9	92,3	89,9

Моющая способность характеризуется свойством композиции удалять (растворять) органические отложения, образующиеся в системе питания двигателей в процессе эксплуатации. В настоящее время такому свойству, как моющая способность, уделяется значительное внимание при разработке топливных композиций, поскольку оно способствует повышению пробега автомобиля без регулировок и промывки системы питания. При помощи натурного эксперимента была исследована добавка на предмет использования ее в качестве моющего раствора для промывки систем питания автомобилей. Для этого первоначально измерили токсичность отработавших газов по ГОСТ 17.2.2.03-87 на товарном бензине АИ-92 на автомобиле ВАЗ-2106, затем слили остатки товарного бензина и залили бензин с оксигенатной добавкой, приведенной в примере №5, в количестве 10 об.% сверх бензина в объеме 5 литров. После выработки этого бензина, снова залили товарный бензин АИ-92 и также измерили токсичность отработавших газов. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4
	Минимально устойчивые обороты холостого хода			Повышенные обороты холостого хода
	СО, %	СН, млн-1	CO2, %	СО, %	СН, млн-1	CO2, %
До промывки	3,37	393	7,52	4,89	1200	8,19
После промывки	1,92	245	8,05	3,66	1150	8,58

Стабилизация топлива при хранении за счет добавки проверялась в лабораторных условиях (см. таблицу 5). Хранили прямогонный бензин с октановым числом 63 по моторному методу при комнатной температуре и рассеянном освещении в стекле. Контролировали содержание ОП химическим методом, цвет и кислотность среды. По результатам таблицы 5 можно говорить о долговременном (до 2 лет) стабилизирующем эффекте ОП, являющейся составной частью добавки для углеводородов прямогонного бензина при ее концентрации даже при уровни 0,1-0,2 мас.%.

Таблица 5
Пробы прямогонного бензина с добавлением ОП			Проба прямогонного бензина без добавления ОП
Начальная среда
Нейтральная			Нейтральная
Цвет
Бесцветный			Бесцветный
Добавка ОП, мас.%
1,8	0,22	0,1
Через год концентрации ОП составили, мас.%
1,52	0,19	0,09
Через два года концентрации ОП составили, мас.%
0,12	0,025	Отсутствие
Конечная среда
Нейтральная			Кислая
Цвет
Бесцветный			Желтоватая окраска

Заявляемая многофункциональная добавка к автомобильному бензину позволяет снизить содержание в отработавших газах автомобилей оксида углерода (II) и углеводородов, увеличить октановое число бензина, стабилизировать от расслаивания спирто-бензиновую композицию, - улучшить моющие свойства бензина, стабилизировать топливо при хранении.