способ получения высокооктанового автомобильного топлива

Классы МПК:C10L1/18 содержащие кислород 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Сабиров Рустам Наилович (RU),
Иванов Борис Николаевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-11-14
публикация патента:

Изобретение относится к способам получения жидких углеводородсодержащих топлив улучшенного качества путем введения кислородсодержащих соединений, а именно спиртов. Описан способ получения высокооктанового автомобильного топлива подачей в смеситель в ламинарном режиме (Re=1000÷1200) нагретых до 50÷70°С прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96% в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.% и смешением их при прохождении потоком смесителя при Re=1000÷1200, температуре в смесителе 50÷70°С, полном заполнении его объема в течение 20÷30 мин. Можно также использовать облегченный бензин А-76 с пределами выкипания 42-155°С или облегченный прямогонный бензин с пределами выкипания 42-150°С. Технический результат изобретения - получение высокооктанового автомобильного топлива с улучшенными характеристиками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл. способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732

способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732

Формула изобретения

1. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива, включающий смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96%, отличающийся тем, что компоненты берут в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.% перед подачей в смеситель компоненты топлива нагревают до температуры 50÷70°С, подачу компонентов в смеситель, в котором поддерживают ту же температуру, осуществляют в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 при полном заполнении объема смесителя и при прохождении его потоком смеси в том же ламинарном режиме в течение 20÷30 мин.

2. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива по п.1, отличающийся тем, что используют облегченный бензин А-76 с пределами выкипания 42-155°С.

3. Способ получения высокооктанового автомобильного топлива по п.1, отличающийся тем, что используют облегченный прямогонный бензин с пределами выкипания 42-150°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к технологии получения высокооктановых автомобильных топлив, содержащих оксигенаты.

Получение товарных топлив обычно осуществляют смешением продуктов процессов нефтепереработки и различных добавок (антидетонаторов, оксигенатов, антиоксидантов и др.), улучшающих их эксплуатационные характеристики.

До сих пор в качестве антидетонаторов наиболее широко применяются металлсодержащие присадки (добавки). В результате использования подобных добавок автомобильный транспорт дает почти половину всех вредных выбросов в атмосферу.

Одним из решений проблемы сокращения вредных выбросов является разработка технологии получения более экологичного высокооктанового топлива (далее - топливо) с заменой или ограничением применения вредных добавок. В качестве замены при производстве топлива предложено использовать индивидуально или в смеси (для получения синергетического антидетонационного эффекта) металлорганические соединения, например ферроцен и его производные, ароматические амины, например N-метиланилин, и их смеси, оксигенаты (A.M.Данилов. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996 г., с.102-108).

Известен способ получения автомобильных бензинов смешением прямогонного бензина или бензина А-76 с многокомпонентной добавкой, содержащей N-метиланилин, антиокислитель, ферроцен, анилин, моющую присадку «Автомаг» и алифатические С 15-спирты нормальные или разветвленные, или их смеси, и/или простые эфиры формулы R-O-R 1, где R=C13 -алкил первичный или вторичный, R1 35-алкил нормальный или разветвленный, или их смеси (RU, патент №2132359, МПК 6 C10L 1/18, 1/22, опубл. 27.06.99).

Недостатки этих способов обусловлены сложностью приготовления присадки, дефицитом и дороговизной таких присадок и топлива с их использованием, также недостатками каждой составляющей этой присадки.

Недостатками использования, например, ферроцена при получении топлив являются плохая растворимость в топливе и низкая стабильность растворов из-за склонности ферроцена к окислению, что обусловливает относительно невысокий срок хранения как добавки, так и получаемого топлива из-за выпадения продуктов окисления в осадок (осаждения продуктов окисления). Кроме того, в камере сгорания образуются отложения оксидов железа, что приводит к перебоям в работе двигателя. К этому нужно добавить дефицитность ферроцена, поэтому несмотря на хорошо известную еще с 40-х годов XX века его высокую эффективность в промышленном масштабе ферроцен так и не применялся.

Применение при получении автомобильных топлив добавок ароматических аминов, например N-метиланилина, и их смесей, повышает смолообразование на деталях цилиндропоршневой группы, что увеличивает их износ и не способствует уменьшению эмиссии оксидов азота (NOx) в выхлопе. Эти недостатки ограничивают количество используемой в топливе добавки, следовательно, повышение октанового числа относительно невысоко. Кроме того, с 2005 года концентрация ароматических соединений ограничена по экологическим соображениям.

Использование кислородсодержащих соединений, к которым относятся низкомолекулярные спирты (метанол, этанол и др.), простые эфиры (например, метил-трет.-бутиловый эфир) и их смеси, позволяет улучшить характеристики горения, что существенно снижает вредные выбросы, увеличивает ресурс двигателей, повышает октановое число топлива. При этом наличие в составе добавок к бензину низших спиртов снижает теплотворную способность, приводит к обеднению топливо-воздушной смеси, а использование простых эфиров, обладающих плохой способностью к биоразложению, приводит к просачиванию их в грунтовые воды и ухудшению экологической обстановки.

В то же время получение топливных композиций на основе бензина и оксигенатов, например низших спиртов (метанола и этанола), благодаря значительным экологическим преимуществам и возможности использования возобновляемого сырья как одного из компонентов топлива, является несмотря на отдельные недостатки перспективным направлением разработки технологии получения высокооктановых автомобильных топлив.

Известен способ получения высокооктанового бензина, заключающийся в том, что прямогонную бензиновую фракцию НК - 160°С подвергают гидроочистке и затем фракционированию с получением фракций НК - 85°С и 85°С - КК, фракцию НК - 85°С подвергают изомеризации с образованием изо-меризата, а фракцию 85°С - КК подвергают каталитическому риформингу, затем 10-60 мас.% бензина каталитического риформинга фракционируют с получением фракций НК-85°С, 85-140°С, 140-200°С, 200°С - КК и для получения целевого продукта выделенные фракции смешивают с изомеризатом в определенных соотношениях. Для снижения доли высокоароматизированных компонентов в этом способе предлагается дополнительно вводить определенные количества алкилбензина, и/или прямогонной фракции НК-85°С, и/или бензина каталитического крекинга, и/или до 15% простых эфиров спиртов C15 или их смесей с низшими спиртами C1 4. Без добавления этиловой жидкости могут быть получены только бензины А-76 и АИ-80 (патент РФ №2153523, МКИ C10L 1/04, C10G 69/08, 27.07.2000).

Недостатками этого способа являются многостадийность, относительно небольшое повышение октанового числа и относительно невысокое снижение доли ароматических углеводородов, в том числе бензола.

Основной недостаток известных топлив с определенным содержанием метанола и этанола - фазовая нестабильность при попадании воды (например, из влажного воздуха). При хранении и транспортировке топливо, содержащее этанол, поглощает воду. При этом нарушается фазовая стабильность топлива, на дне емкости образуется водно-спиртовый слой, содержание спирта в топливе сокращается, что затрудняет работу двигателей внутреннего сгорания, ведет к уменьшению октанового числа, коррозии оборудования. Поэтому использование топлива, полученного с добавлением низших спиртов в небольших концентрациях, требует обязательного включения в его состав стабилизирующих добавок, позволяющих гомогенизировать эту систему.

Известен способ получения композиции моторного топлива смешением бензиновых компонентов, ароматического компонента, азотароматической присадки, простых эфиров и/или алифатических спиртов C1-C5 (не более 20%), причем смешение осуществляют циркуляционно-акустическим перемешиванием конечной смеси компонентов при генерации в компаундирующем узле акустических колебаний в интервале частот от 12 Гц до 30 кГц (RU, патент №2214444, МПК 7 C10L 1/06, C10L 1/18, опубл. 20.10.2003).

Недостатками способа являются усложненность технологии получения, обусловленная многокомпонентностью получаемой смеси, длительностью ее циркуляционной и акустической обработки, применением специального оборудования, а также достаточно высокие концентрации ароматических соединений, являющихся канцерогенами и ядами крови.

Известен способ получения высокооктанового автомобильного топлива смешением прямогонного бензина или бензина А-76 и этилового спирта концентрацией 92-96% в соотношении 75-85 об.% и 15-25 об.% или 15-25 об.% и 75-85 об.% соответственно, нагреванием полученной смеси до 40-90°С с последующей выдержкой при этой температуре 20-30 мин с последующим охлаждением и повторным нагреванием до той же температуры и выдержкой в течение 10-15 мин (RU, патент №2246526, C10L 1/18, опубл. 20.02.2005).

Недостатками этого способа являются невысокая фазовая стабильность получаемого топлива и ухудшение ее при длительном хранении, особенно в условиях низких температур, недостаточное повышение детонационной стойкости (октанового числа) в реальных эксплуатационных условиях.

Задачей изобретения является разработка непрерывного процесса получения экологичного автомобильного топлива на основе бензина и спирта, обладающего повышенной детонационной стойкостью в реальных условиях, проявляющего высокую фазовую стабильность при длительном хранении и транспортировке, особенно в условиях низких температур, при сохранении относительно высокой теплотворной способности.

Поставленная задача решается способом получения высокооктанового автомобильного топлива, включающим смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловым спиртом концентрации 92-96%. Причем компоненты берут в соотношении спирт : бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.%, перед подачей в смеситель компоненты топлива нагревают до температуры 50÷70°С, подачу компонентов в смеситель, в котором поддерживают ту же температуру, осуществляют в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 при полном заполнении объема смесителя и при прохождении его потоком смеси в том же ламинарном режиме в течение 20÷30 мин. Способ получения топлива может быть осуществлен и при использовании облегченного бензина А-76 с пределами выкипания 42-155°С или облегченного прямогонного бензина с пределами выкипания 42-150°С.

В таблице 1 представлены характеристики используемых компонентов. В таблицах 2, 3 представлены результаты испытаний композиций топлива, полученных в соответствии с заявленными режимами и соотношениями. Технологический процесс получения топлива представлен на схеме.

Приводим пример осуществления заявляемого способа.

Пример 1. Предварительно нагретые до 50°С этиловый спирт концентрацией 92 об.% из сырьевой емкости 1 и бензин А-76 из сырьевой емкости 2 в соотношении 55 об.%: 45 об.% (2,75 л/мин: 2,25 л/мин) непрерывно в ламинарном режиме (Re=1000) подают насосами 3 и 4 в общий смеситель 5, представляющий собой трубопровод, полностью заполняя его объем. В смесителе компоненты соединяются, смешиваясь, в один ламинарный поток (Re=1000), причем этанол подают сверху как более тяжелый компонент, после чего общий поток в том же ламинарном режиме подают в товарную емкость 6. Время прохождения смесителя 30 мин.

Одинаковый ламинарный режим разных потоков можно поддерживать, например, с помощью различных сечений сырьевых патрубков для подачи компонентов на смесителе, диаметр одного из них может быть постоянен, а диаметр другого варьируют с помощью диафрагмы.

При Re более 1200 возможны «проскальзывание» и уменьшение контакта потоков компонентов. При Re менее 1000 процесс недостаточно технологичен.

Остальные примеры осуществляли аналогично примеру 1, изменяя условия в заявленных интервалах способа. Характеристики полученного целевого продукта приведены в таблицах 2, 3.

Исследуемые характеристики сырья и полученных топлив определяли в соответствии со следующими ГОСТами:

- температура помутнения ГОСТ 5066-91
- фракционный состав ГОСТ 2177-82
- октановое числоГОСТ 511-82
- содержание фактических смолГОСТ 1567-97
- плотностьГОСТ 3900-85

Испытания проведены на ОАО «Татнефтепродукт».

Представленные в таблицах экспериментальные данные показывают, что предлагаемый способ получения топлива на основе бензина и этанола, позволяет снизить температуру помутнения топлива до -65°С с одновременным повышением октанового числа до 90 и более по моторному методу.

Таким образом, предлагаемый способ получения высокооктанового автомобильного топлива содержит новую совокупность существенных признаков, а именно: подача компонентов в соотношении спирт: бензин от 55:45 об.% до 70:30 об.%, предварительно нагретых до 50-70°С, их смешение в течение 20÷30 мин. в ламинарном режиме при Re=1000÷1200 в смесителе при условии полного заполнения его объема, которая позволяет повысить фазовую стабильность и детонационную стойкость получаемого топлива.

Таблица 1
Характеристики исходных компонентов (бензинов и этанола)
  Образцы
Наименование показателей Бензин А-76Бензин А-76 облегченныйБензин прямогонный Бензин прямогонный облегченныйЭтанол
1. Плотность при 20°С, г/см 30,72370,7128 0,71430,7097 0,805
2. Детонационная       
стойкость:       
- октановое число по7372 5554 751
моторному методу;       
- октановое число по       
исследовательскому78 7760 60952
методу       
3. Фракционный состав топливного компонента:       
      
       
- температура начала 424241 4276
перегонки, °С;       
- температура перегонки 10%, °С;6161 7161 77
       
- температура перегонки 50%, °С;9595 11095 77
       
- температура перегонки 85%, °С;155155 150150 77
       
- температура перегонки 90%, °С;163- 152- 78
       
- конец кипения, °С; 182155 16515078
- остаток в колбе, % 1,01,01,0 1,01,0
- остаток и потери, %2,02,1 2,02,0 1,6
4. Концентрация фактических смол, мг/100 см31,5 1,41,0 1,02,6
5. Содержание механических примесейОтсут. Отсут.Отсут.Отсут. Отсут.
1 От исходного бензина отогнано 85-86 об.%.

2 Для этилового спирта определение октанового числа по гостированному методу не совсем корректно

Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний составов топлива, полученных по предложенному способу (Re=1200, t=70°С, способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732 =20 мин)
Топливная композицияСоотношение спирт: бензин, % об.ПОКАЗАТЕЛИ ТОПЛИВА
Октановое число по моторному методу Граница фазовой устойчивости, °С Продолжительность фазовой устойчивости (при нормальном давлении) Теплотворная способность, кДж/л (расчетная)
Этанол - бензин А-76 0:10073 ниже -80не нормируется 34200
15:851 815 ˜2-х месяцев31700
50:5081-25 2-3 месяца29400
55:4586-35 >3-х месяцев29200
60:4089-40 >6-х месяцев28700
70:3092-67 >6-х месяцев27800
85:15178 ниже -80˜2-х месяцев 26200
100:0 753-114 4

-36
не нормируется

˜2-х месяцев
24200

28700
60:40 584
Этанол - бензин А-76 облегченный2 0:10072ниже -80 не нормируется34500
15:851 826˜2-х месяцев 32100
50:50 79-25 2-3 месяца30500
55:4586-34 >3-х месяцев29700
60:4088-41 >6-х месяцев29100
70:3092-66 >6-х месяцев28100
85:15176 ниже -80

-35
˜2-х месяцев

˜2-х месяцев
26400

29100
60:40 585
Этанол - бензин прямогонный0:100 55ниже -80не нормируется 37100
15:85 18031 ˜2-х месяцев34300
50:50777 2-3 месяца31400
55:4585-1 >3-х месяцев30800
60:4087-5 >6-х месяцев29800
70:3091-25 >6-х месяцев29300
85:15178 -40

-1
˜2-х месяцев

˜2-х месяцев
26800

29800
60:40 582
Этанол - бензин прямогонный облегченный2 0:10054 ниже -80не нормируется 37500
15:851 7725 ˜2-х месяцев34900
50:50765 2-3 месяца32300
55:4583-3 >3-х месяцев31800
60:4086-7 >6-х месяцев30200
70:3092-28 >6-х месяцев29800
85:15177 -32

0
˜2-х месяцев

˜2-х месяцев
26900

30200
60:40 583
1 Компоненты взяты в соотношениях прототипа.

2 От исходного бензина отогнано 85-86% объемных.

3 Для этилового спирта определение детонационной стойкости по гостированному методу (без его модификации) затруднено и не совсем корректно.

4 Справочная температура начала кристаллизации обезвоженного этанола.

5 Топливо, полученное в условиях прототипа (t=90°С, способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732 1=20 мин, способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732 2=15 мин).

Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний составов топлива, полученных по предложенному способу (Re=1000, t=50°С, способ получения высокооктанового автомобильного топлива, патент № 2327732 =30 мин.)
Топливная композицияСоотношение спирт: бензин, % об.ПОКАЗАТЕЛИ ТОПЛИВА
Октановое число по моторному методу Граница фазовой устойчивости, °С Длительность фазовой устойчивости (при нормальном давлении) Теплотворная способность кДж/л, (расчетная)
Этанол - бензин А-76 0:10073 ниже -80не норм-ся 34200
15:851 82+5 ˜ 2-х месяцев31700
50:5080-26 2-3 месяца29400
55:4587-35 >3-х месяцев29200
60:4089-41 >6-х месяцев28700
70:3092-66 >6-х месяцев27800
85:15177 ниже -80

-1144
˜ 2-х месяцев

не норм-ся
26200

24200
100:0 753
Этанол - бензин А-76 облегченный2 0:10072ниже -80 не нормируется34500
15:851 81+7˜ 2-х месяцев 32100
50:50 79-24 2-3 месяца30500
55:4586-32 >3-х месяцев29700
60:4087-40 >6-х месяцев29100
70:30

85:151
91

77
-65

ниже -80
>6-х месяцев

˜ 2-х месяцев
28100

26400
Этанол - бензин прямогонный0:100 55ниже -80не нормируется 37100
15:85 180+32 ˜ 2-х месяцев34300
50:5076 +72-3 месяца31400
55:4584 0>3-х месяцев30800
60:4086 -4>6-х месяцев 29800
70:30

85:15 1
91

78
-25

-40
>6-х месяцев

˜ 2-х месяцев
29300

26800
Этанол - бензин прямогонный облегченный20:100 54ниже -80 не нормируется37500
15:85177 +26˜ 2-х месяцев 34900
50:50 75+52-3 месяца 32300
55:45 82-3 >3-х месяцев31800
60:4085-6 >6-х месяцев30200
70:30

85:151
92

77
-27

-32
>6-х месяцев

˜ 2-х месяцев
29800

26900
1 Компоненты взяты в соотношениях прототипа.

2 От исходного бензина отогнано 85 - 86% объемных.

3 Для этилового спирта определение детонационной стойкости по гостированному методу (без его модификации) затруднено и не совсем корректно.

4 Справочная температура начала кристаллизации обезвоженного этанола.

Класс C10L1/18 содержащие кислород 

композиция жидкого топлива -  патент 2526620 (27.08.2014)
способы получения и применения топливных композиций -  патент 2525239 (10.08.2014)
методы производства топлива для реактивных двигателей из натурального масла как исходного сырья с помощью реакций обмена -  патент 2522436 (10.07.2014)
модификатор горения твердого, жидкого и газообразного топлива -  патент 2515988 (20.05.2014)
топливная композиция с улучшенными низкотемпературными свойствами -  патент 2515238 (10.05.2014)
жидкие топливные композиции -  патент 2512083 (10.04.2014)
совмещенный способ получения биотоплив из различных типов сырья и родственных продуктов -  патент 2503714 (10.01.2014)
композиция оксигенированного бензина с хорошими дорожными эксплуатационными характеристиками -  патент 2503710 (10.01.2014)
котельное топливо -  патент 2500792 (10.12.2013)
многофункциональная добавка к автомобильному бензину и содержащая ее топливная композиция -  патент 2494139 (27.09.2013)
Наверх