Топливная композиция

 

Изобретение относится к получению топлива для автомобильного транспорта. Целью изобретения является разработка универсальной топливной композиции для карбюраторных и дизельных двигателей, имеющей улучшенные антидетонационные, антинагарные и антидымные характеристики. Указанная цель достигается использованием топливной композиции, содержащей, мас.%: бензин А-76 или АИ-93 или дизельное топливо 99, 995-99,980; 3,5,3^',5^' -тетра-трет-бутил-4,4 -дигидроксидифенилметан 0,004-0,016; 3,5,3^',5^'-тетра-трет-бутилиндофенол 0,0001-0,0004; ферроцен 0,0009-0,0036. 5 табл.

Изобретение относится к топливам для карбюраторных и дизельных двигателей и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где вырабатываются или применяются автобензины или дизельное топливо.

Изобретение относится к композициям на основе дизельных топлив или промышленных автомобильных бензинов, не содержащих тетраэтилсвинца и выносителей окислов железа и содержащих антидетонационную, антинагарную и антидымную присадки.

Известна топливная композиция (ТК) для дизельных двигателей, содержащая в качестве антидымной присадки циклопентадиенилтрикарбонилмарганец, лицетин и дегидрированное касторовое масло (патент РФ 2009175, кл. C 10 L 1/10, 1994). Композиция обеспечивает дымоподавление до 36%, но недостаток ее состоит в том, что она токсична ввиду содержания циклопентадиенилтрикарбонилмарганца и не может быть рекомендована для бензиновых двигателей из-за содержания в ней дегидрированного касторового масла.

Известны топливные композиции для бензиновых двигателей, содержащие в качестве антидетонационных присадок ферроцен или его производные (патент США N 4336033, кл. C 10 L 1/18, 1982; патент США N 4389220, кл. C 10 L 1/08, 1983). ТК обеспечивают повышение октанового числа базовой углеводородной композиции, но недостатком при использовании является образование в камере сгорания отложений окислов железа, не выносимых продуктами сгорания, что приводит к постоянному их накоплению и уменьшению искрового зазора до пределов, приводящих к перебоям в работе двигателя. Композиция не применима для дизельных двигателей.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является топливная композиция на основе углеводородного топлива для двигателей внутреннего сгорания, не содержащая соединений свинца и выносителей окислов железа и содержащая в качестве антидетонационной присадки (α- гидроксиизопропил) ферроцен (патент РФ 2019559, кл. C 10 L 1/18, 1994).

Использование добавки в количестве 0,01-0,20 мас.% обеспечивает прирост октанового числа на 1,8-2,0 ед., но проявляется склонность к значительному нагарообразованию по сравнению с базовой углеводородной смесью. Уменьшение количества добавки до 0,001 мас.% почти устраняет нагарообразование, но октановое число возрастает лишь на 0,3 единицы. Кроме того, добавка не рекомендована для дизельных двигателей.

Целью изобретения является разработка универсальной топливной композиции для карбюраторных и дизельных двигателей, имеющей улучшенные антидетонационные, антинагарные и антидымные характеристики.

Указанная цель достигается использованием топливной композиции, содержащей в качестве базового углеводородного компонента неэтилированный автобензин А-76 или АИ-93 для карбюраторных или дизельное топливо по ГОСТ 305-82 для дизельных двигателей, а в качестве антидетонационной, антинагарной и антидымной добавок: 3,5,3', 5'-тетра-трет- бутил-4,4-дигидроксидифенилметан; 3,5,3', 5'-тетра-трет- бутилиндофенил и дициклопентадиенил железа (ферроцен) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Бензин (А-76 или АИ-93, ГОСТ 2084-77) или дизельное топливо (ГОСТ 305-82) - 99,995 - 99,980 3,5,3',5'-Тетра-трет-бутил-4,4-дигидроксидифенилметан - 0,004 - 0,016 3,5,3',5'-Тетра-трет-бутилиндофенол - 0,0001 - 0,0004 Эффективность композиции (тройственный эффект) обеспечивается по мнению авторов, обнаруженной ими зависимостью между временем жизни феноксильных свободных радикалов и их эффективностью при взаимодействии с коксообразными многоядерными ароматическими углеводородами.

Поэтому для исследований были выбраны экранированные фенолы, генерирующие эти радикалы при аутоокислении, предшествующем горению.

Наиболее эффективными оказались 3,5,3',5'-тетра-трет-бутил-4,4-дигидроксидифенилметан: и 3,5,3',5'-тетра-трет-бутилиндофенол соответственно генерирующие гальваноксил в соединении (1):

и радикал Коопингера в соединении

Время жизни каждого из указанных свободных радикалов намного превышает соответствующий параметр других пространственно-затруднительных фенолов (ПЗФ).

Очевидно тройственный эффект заявляемой топливной композиции обусловлен тем, что в присутствии ферроцена происходит быстрое дегидрирование ПЗФ (соединений 1 и 2). С образованием вышеуказанных радикалов, согласно литературным данным не существует других ПЗФ с соизмеримым временем жизни соответствующих радикалов, так же как подобный эффект не может быть достигнут при использовании алкилированных ферроценов, довольно часто используемых в качестве присадок в ТК, так как их дегидрирующая способность на порядок ниже.

Суммарное содержание в ТК компонентов антинагарной, антидимной, октаноповышающей добавок составляет 0,005-0,02 мас.%.

Состав, используемой в конкретных случаях топливной композиции, определяется состоянием двигателя.

ТК с минимальным содержанием компонентов добавки состава, мас.%:
Бензин или дизельное топливо - 99,995
3,5,3',5'-Тетра-трет-бутил-4,4-дигидроксидифенилметан - 0,004
3,5,3',5'-Тетра-трет-бутилиндофенол - 0,0001
Дициклопентадиенил железа (ферроцен) - 0,0009
рекомендуется для двигателей с малым пробегом, незначительным нагаром на свечах и небольшим смолоотражениями на форсунках, малым износом гильз цилиндров дизельного двигателя, т.е. при хорошем состоянии карбюраторных и дизельных двигателей.

Композиция с максимальным содержанием компонентов добавки состава, мас. %:
Бензин или дизельное топливо - 99,98
3,5,3',5'-Тетра-трет-бутил-4,4-дигидрооксидифенилметан - 0,016
3,5,3',5'-Тетра-трет-бутилиндофенол - 0,0004
Дициклопентадиенил железа (ферроцен) - 0,0036
рекомендуется для сильнодымящих двигателей или для двигателей с большим нагаром на свечах карбюраторных двигателей или значительными смолоотложениями на форсунках и щелевых фильтрах дизельных автомобильных двигателей.

Использование топливной композиции с содержанием компонентов присадки менее указанных количеств не рекомендуется из-за снижения ее эффективности.

При содержании 3,5,3',5'-тетра-трет-бутил-4,4- дигидроксидифенилметана менее 0,004 мас. % в ТК не обеспечивается деструкция ранее образовавшегося иона, эффективность ТК снижается. При его содержании более 0,016 мас.% возрастает показатель фактических смол в исходном топливе.

При содержании 3,5,3',5'-тетра-трет-бутилиндофенола менее 0,0001 мас.% не обеспечивается концентрация свободного стабильного радикала, участвующего в процессе ингибирования детонации, его содержание более 0,0004 мас.% нецелесообразно по экономическим соображениям.

При содержании ферроцена менее 0,0009 мас.% не обеспечивается требуемая степень дегидрирования первых двух компонентов присадки, ТК неэффективна по своим антинагарным и антидетонационным свойствам, увеличивается период задержки воспламенения топлива в дизеле, а содержание ферроцена в ТК в количестве более указанного верхнего предела потребует введения в нее железовыводящих компонентов, например алкилгалогенов. Кроме того, использование ТК с содержанием компонентов присадки более указанных количеств нецелесообразно по экономическим соображениям.

Заявляемая ТК очень удобна в использовании. Компоненты присадки смешиваются предварительно и таблетируются. Сухие твердые таблетки могут быть введены в бензин или дизельное топливо на любой стадии - от их производства до автозаправочных станций и баков автомобилей.

Композиция нетоксична, так как для 3,5,3',5'-тетра-трет-4- дигидроксидифенилметана, LD - не установлен (Вредные вещества в промышленности. Химия, изд. 7, т.1, 1976, с.430).

Индофенол по данным Башкирского медицинского института относится к веществам малотоксичным, его LD также не установлен.

Ферроцен относится к соединителям 4-ой группы опасности (Вредные вещества в промышленности, т.2, 1977).

В табл. 1 представлены составы (в мас.%) заявляемой композиции, в табл. 2,3 - некоторые эксплуатационные свойства, улучшаемые при использовании ТК по отношению к базовому топливу, в табл. 4,5 - физико-химические свойства заявляемой ТК и базового топлива.

Базовый бензин в композиции - неэтилированный автобензин марки А-76 или АИ-93 по ГОСТ 2084-77, или дизельное топливо (д/т) по ГОСТ 305-82 (конкретно примеры выполнены с использованием д/т марки
Л-0,5-40 - ГОСТ 305-82
3-0,5 минус 45 - ГОСТ 305-82
А-0,2 первый сорт - ГОСТ 305-82
т.е. выбраны марки топлива с худшими показателями по содержанию серы).

Содержание СО в отработавших газах бензиновых двигателей определяли в дорожных условиях с помощью переносных газоанализаторов ГАИ-1.

Эксплуатационные характеристики топливной композиции (табл. 2, 3) оценивались квалификационным межведомственными методами оценки (КММО) (Гуреев А. А. , Серегин А.П., Азев В.С. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М.: Химия 1984).

Анализ данных, приведенных в табл. 2, показывает, что топливная композиция имеет октановое число на 1,8-2,3 единицы (в зависимости от количественного содержания в ней добавки) выше, чем базовый бензин, однако при этом проявляется и существенный эффект снижения склонности ТК к нагарообразованию (на 5-8% выше показателя базового бензина).

Добавка по прототипу обеспечивает в пять раз больший прирост нагара по отношению к базовому бензину при том же увеличении октанового числа, что и в заявляемой композиции (пример 8 по прототипу), и лишь при снижении концентрации добавки до 0,001 мас.% нагарообразование остается на уровне исходной углеводородной фракции (пример 11 по прототипу), но октановое число возрастает только на 0,3 единицы.

Исследования характера поверхности нагара на свечах зажигания бензинового двигателя ВАЗ 2103 с помощью микроскопа МИН-8 показали, что образующаяся поверхность нагара микропористая, рыхлая и это обеспечивает, видимо, легкий вынос окислов железа из системы сжигания продуктами сгорания топлива.

Кроме того, взвешивание нагарника через 30 и 60 мин работы установки УД-15 показали, что на 1/2 ч происходит отложение приблизительно 2/3 массы нагара на его поверхности, т.е. за вторые 1/2 ч работы двигателя рост массы нагара замедляется и стабилизируется зазор между электродами зажигания, определяемый в ходе 60-часовой работы двигателя ВАЗ 2103 (5-часовыми циклами) при различных режимах и показателях его работы в лабораторных условиях.

Замеры производили с использованием проектора "Свет" с увеличением х 100. Причем, если при максимальном количестве добавки по прототипу (0,02 мас.% через 60 ч уменьшение зазора достигает 33% (пример 8 по прототипу), то при использовании заявляемой композиции при том же содержании добавки максимальное уменьшение зазора 12 отн.% (пример 10, табл.2).

Введение добавки по прототипу в количестве 0,01 мас.%, обеспечивает снижение содержания СО в отработавших газах на 18 отн.% (пример 4, табл.2), заявляемая ТК с тем же содержанием добавки в ней имеет вдвое меньшее содержание СО в отработавших газах по отношению к базовому бензину (пример 9, табл. 2). Анализ эксплуатационных показателей ТК на основе дизельного топлива (табл. 3) показывает, что дымность отработавших газов снижается в среднем на 38% по отношению к исходному дизельному топливу.

Улучшаются все показатели, характеризующие склонность дизельного топлива к нагарообразованию. Масса отложений на щелевых фильтрах через 15 ч испытаний топливной композиции в среднем на 32% меньше, чем при сгорании базового д/т, толщина смолисто-лаковых отложений на игле распылителя форсунки при использовании композиции снижается в среднем на 36 отн.%.

Масса нагара на съемном нагарнике, помещенном в камеру сгорания одноцилиндровой установки ИТ 9-3 при испытании заявляемой композиции в среднем на 30 отн.% меньше, чем базового д/т.

Заявляемая композиция на основе д/т позволяет примерно на 7% снизить расход топлива (табл.3).

Физико-химические показатели заявляемой композиции находятся на уровне.

Таким образом, заявляемая топливная композиция обеспечивает одновременный тройственный эффект улучшения эксплуатационных показателей: увеличивается октановое число, снижается дымность (содержание СО в отработавших газах), снижается склонность к нагарообразованию.

Формула изобретения

Топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания на основе углеводородного топлива, не содержащая соединений свинца и выносителей окислов железа, с добавлением антидетонационной, антидымной и антинагарной присадки, отличающаяся тем, что в качестве антидетонационной, антидымной и антинагарной присадки композиции содержит 3,5,3',5'-тетра-трет-бутил-4,4-дигидрокси-ди-фенилметан; 3,5,3',5'-тетра-третбутил-индофенол и ферроцен и в качестве топлива содержит бензин с октановым числом 76 или 93, или дизельное топливо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
3,5,3',5'-Тетра-третбутил-4,4-дигидрокси-дифенил-метан - 0,004 - 0,016
3,5,3',5'-Тетра-третбутил-индофенол - 0,0001 - 0,0004
Ферроцен - 0,0009 - 0,0036
Бензин с октановым числом 76 или 93, или дизельное топливо - 99,995 - 99,98е

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9