Способ получения высокооктанового топлива

Главное достоинство этанолсодержащего топлива – уменьшение количества монооксида углерода, оксидов азота и сажи в отработавших газах двигателей и, конечно же, производство из биологически возобновляемого сырья. Производство и использование этанола в качестве добавки в бензин динамично увеличивается.

В качестве добавки в бензин (упрощенная формула - С7Н14) широкое применение получил этанол (этиловый спирт С2Н5ОН), или иначе называемый «биоэтанол». Биоэтанол – этанол (этиловый спирт, этанол, винный спирт, C2H5OH), производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива [Распоряжение Европейского парламента и Совета Европейского союза от 8 мая 2003 года №30 «О мерах по стимулированию использования биологического топлива и других видов возобновляемого топлива в транспортном секторе»].

Главное достоинство этанолсодержащего топлива – уменьшение количества монооксида углерода, оксидов азота и сажи в отработавших газах двигателей и, конечно же, производство из биологически возобновляемого сырья. Производство и использование этанола в качестве добавки в бензин динамично увеличивается.

Необходимое сокращение вредных выбросов в атмосферу с отработанными газами автомобильного транспорта ведет к ужесточению экологических требований к моторному топливу. В первую очередь это касается ограничения использования свинецсодержащих присадок. Возможные пути ограничения – замена их менее токсичными октаноповышающими, например кислородсодержащими добавками, разработка октаноповышающих технологий модификации топлива.

Для получения высокооктанового топлива используются различные технологии обработки бензина и добавки к бензинам. В частности, для получения высокооктанового топлива в его состав вводят многокомпонентные добавки, содержащие спирт.
Одним из существенных недостатков октаноповышающих технологий получения топлива с использованием этилового спирта является его малая фазовая стабильность в присутствии воды, что приводит к нарушению гомогенности фаз при понижении температуры.

Разделение композиции на бензиновый и водноспиртовой слои затрудняет работу двигателя внутреннего сгорания вследствие частичного замерзания топлива в баках.

Для устранения указанного недостатка из  спиртово-бензиновой смеси удаляют воду, используют различные сорастворители и стабилизаторы.

Имеются технологии получения высокооктанового топлива без использования этилового спирта и свинцовосодержащих добавок.
Например, известен способ получения высооктанового бензина путем каталитического риформинга прямогонной бензиновой фракции, фракционирование 30-90 масс. % бензина каталитического риформинга с выделением фракции, выкипающей в интервале 35-1500С, и последующего смешения выделенной фракции с бензином каталитического риформинга и алкилатом 40-70, 10-30, до 100% от массы смеси соответственно (патент СССР №2009167, МКИ С G 59/0, 1992).

Однако этот способ не позволяет получить бензин с октановым числом 95 и выше без добавления этиловой жидкости. Кроме того, новыми ГОСТами на топливо количество ароматических углеводородов, особенно бензола, образующихся в процессе каталитического риформинга, ограничено.

Известен способ получения высокооктанового бензина, включающий каталитический риформинг бензиновой фракции, фракционирование части бензина каталитического риформинга с последующим получением целевого продукта смешением выделенных фракций с алкилатом. Перед осуществлением каталитического риформинга прямогонную бензиновую фракцию НК-1600С предварительно подвергают гидроочистке и фракционированию с получением фракций НК-850С и НК-850–КК, затем фракцию НК-850С подвергают изомеризации с образованием изомеризата, 10-40 мас.% бензина каталитического риформинга подвергают фракционированию с получением фракции, выкипающей в интервале НК-1100–КК, и целевой продукт получают смешением фракции бензина каталитического риформинга НК-1100–КК, бензина каталитического риформинга, алкилата и изомеризата, взятых в определенных соотношениях (патент РФ №2078792, МКИ C 10 G 63/00, 1997).

Недостатком этого способа так же, как и в предыдущего, является повышенное содержание ароматических углеводородов в целевом продукте, в частности, бензола, что ухудшает его экологические характеристики.

Известен способ получения высокооктанового бензина, заключающийся в том, что прямогонную бензиновую фракцию НК-1600 подвергают гидроочистке и затем фракционированию с получением фракций НК-850  и -850–КК, фракцию НК-850 подвергают изомеризации с образованием изомеризата, а фракцию 850–КК подвергают каталитическому риформингу, затем 10-60 мас.% бензина каталитического риформинга фракционируют с получением фракций НК-850С, 85-1400С, 140-2000С, 2000С–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 определенное количество алкилбензина и/или прямогонной фракции НК-850С, и/или бензина каталитического крекинга, и/или до 15% простых эфиров спиртов С1-С5 или их смесей с низшими спиртами С1-С4 . Без добавления этиловой жидкости может быть получен только бензин А-76 и АИ-80 (патент РФ№ 2153523, от 27.07.2000 МКИ С 10 L 1/04, С 10 G 69/08).

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

Известен способ получения высокооктанового автомобильного топлива, включающий смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловой жидкостью. Причем в качестве этиловой жидкости берут этиловый спирт концентрацией 92-96%, смешение бензина и этилового спирта проводят в соотношении 75-85 об.% и 15-25 об.% или 15-25 об.% и 75-85 об.% соответственно, полученную смесь нагревают до 40-900С и выдерживают при этой температуре 20-30 минут, затем охлаждают и выдерживают в течение 10-15 минут (патент РФ №2246526 МКИ C 10 L1/18, от 05.11.2003).

Недостатком известного изобретения является недостаточно высокая устойчивость спиртово-бензиновой смеси.
Перед учеными ИжГТУ была поставлена задача не только получить высокооктановое топливо, но и улучшить фазовую стабильность спиртово-бензиновой смеси. По результатам работы был получен патент (от 07.06. 2006, заявка № 120048).
Изобретение относится к производству моторных топлив (а именно - к технологии получения высокооктановых автомобильных топлив) и может быть использовано как на технологических линиях по получению автомобильных топлив, так и на отдельных стандартных установках, обеспечивающих простое перемешивание компонентов.

Предлагаемый способ получения высоко-октанового топлива характеризуется параметрами бензино-спиртовых смесей, приведенными в таблице.

Получение высокооктанового топлива осуществлялось следующим образом.

Этиловый спирт концентраци ей 92-96 % смешивался с поверхностно-активным веществом. Смешение композиции бензина с алифатическими спиртами С3-С12 и этилового спирта с поверхностно-активным веществом проводят в соотношении 70-80 об.% и 20-30 об.% соответственно. Полученную смесь диспергируют с помощью ультразвукового генератора в течение 5-20 минут для повышения устойчивости ее фазового расслоения. Время фазовой стабильности смеси составляет более 6 месяцев.

В результате был разработан способ получения топлива с более высокими октановыми числами и низким содержанием ароматических углеводородов, в котором содержится меньшее количество СО2 и окислов азота в отработанных газах. При этом значительно увеличилось время фазовой стабильности и гомогенности спиртово-бензиновой смеси. К несомненным преимуществам спиртосодержащего бензина относится и возможность увеличения степени сжатия (до ? = 12-14), а, следовательно, и КПД двигателя.

Полученные смеси исследовались общеизвестными способами в соответствии с ГОСТ 8226-82, ГОСТ 2177-99, ГОСТ 511-82, ГОСТ 2084-77.

Представленные результаты показывают, что для получения топлива с высокими октановыми числами разработан способ, который может быть использован в условиях больших производств, а также на автозаправочных станциях, производящих спиртзаводах и т.д. Кроме получения бензина с высокими октановыми числами, при этом возрастает время фазовой стабильности расслоения смеси, что в свою очередь позволяет увеличить время хранения и сохранения гомогенности фаз.