МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРИСАДКА К БЕНЗИНУ

Н.С. Родионов, канд. хим. наук, доцент, С.В. Назаров, канд. техн. наук, А.В. Игнатенко, Р.В. Пидченко

Анализ ситуации в области разработки и применения присадок к топливам показывает, что она находится в прямой зависимости от потребностей производства топлив, которые должны соответствовать современным мировым требованиям по уровню качества. Из более сорока известных типов присадок на первый план выдвинулись промоторы воспламенения и противоизносные присадки, необходимые для выработки малосернистых дизельных топлив по Евро-4 и выше, многофункциональные моющие присадки для автомобильных бензинов по Евро-3 и более высоким категориям.

В Европе разработки моющих присадок к бензинам проводятся менее активно, чем в США, так как в европейских странах наиболее предпочтительным автомобильным топливом считается дизельное, а в США – бензин [1].

Внутри каждого типа присадок происходят структурные изменения. Если моющие присадки, разрабатывавшиеся в 1950-1970-е годы, предназначались преимущественно для предотвращения образования отложений на заслонке карбюратора, то в следующее двадцатилетие они уступили место присадкам, очищающим впускные клапаны инжекторных двигателей. Сейчас же растёт количество разработок, в которых объектом являются присадки, удаляющие нагар из камеры сгорания двигателей с прямым впрыском бензина. При этом основное количество патентов на присадки, отмывающие карбюратор, принадлежит России и, как правило, в композициях с аминосодержащими антидетонаторами. Присадки, отмывающие впускные клапаны инжекторных двигателей, представлены композициями, содержащими хорошо известные полибутен- и полиэфирамины.

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания наблюдается образование твердых частиц и смолистых веществ в топливном баке, топливопроводах, впускной системе, на впускных клапанах и в карбюраторе двигателя. Особенно сильно образование отложений в высокофорсированных двигателях с замкнутой системой вентиляции картера.

Известны различные присадки к бензинам, в некоторой степени решающие указанную проблему. Наибольшее распространение получили амины. В частности, известно использование в качестве антиокислительных присадок аминофенолов и некоторых аминов, например, n-фенилендиамина [1].

Недостатки таких присадок: ограниченность сырьевой базы, дороговизна получения и невысокая эффективность. Последняя объясняется однофункциональным действием указанных соединений, заключающимся в диспергировании частиц вследствие адсорбции на них поверхностно-активных веществ присадки либо возникновения моющего эффекта, проявляющегося в смешении образовавшихся на деталях двигателя отложений.

Известна присадка «Автомаг» [ТУ 38.401-58-33-92], [1]. В состав присадки входят, мас.%: продукт конденсации диэтилентриамина с синтетическими жирными кислотами (СЖК) 5,0, алифатический спирт С₃-С₄ (н-бутанол) 30,0, полиоксиэтилированный алкилфенол (неонол) 5,0, углеводородная фракция 180-350°С (денормализат) 60,0.

Недостатками указанной присадки являются невысокая эффективность, так как она эффективна для устаревших карбюраторных двигателей и практически непригодна для современных двигателей с непосредственным впрыском топлива из-за низкой способности по устранению смолистых отложений на впускных клапанах и инжекторах, ограниченность отечественной сырьевой базы композиций, используемых для получения указанных присадок, сложность и дороговизна их получения.

Известна добавка к автомобильным бензинам, содержащая, % мас.: 6,5-70 N-MA, 0,2-27 третичного бутилового спирта, не более 6,0 моющей присадки, 0,1-25 эфиров уксусной кислоты и сивушного масла и до 100 МТБЭ. В качестве моющей присадки используют присадку, содержащую продукт конденсации полиамина общей формулы NH₂-(CH₂)₂-(NH-CH₂-CH₂)n-NH₂, где n=0-4, с С₇-С₂₀ жирными кислотами. Добавка предназначена для использования в автомобильных бензинах в концентрации до 20% мас. [2].

Недостатком добавки является наличие моющей присадки с низкой термостабильностью, не обеспечивающей возможность ее применения при эксплуатации инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Существенным недостатком добавки также является склонность к изменению цвета при хранении от светло-желтого до темно-коричневого (цвет по АСТМД 1500 от 0,5 до 8,0), а также к повышению количества отложений на впускных клапанах, особенно при использовании добавки в составе бензинов, содержащих продукты крекинга.

Нами создана многофункциональная присадка к автомобильным бензинам, которая, обладая антиокислительными, антикоррозионными и другими свойствами, обеспечивает высокую эффективность моющего действия и тем самым улучшает эксплуатационные и экологические характеристики топлива, снижая содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобилей.

Присадка к автомобильным бензинам, содержит, мас.%:

тетраборат гексаметилендиаммония 8,0-10,0;

стеариновая кислота 35,0-40,0;

углеводородная фракция 180-350°С до 100.

Подобранная композиция компонентов позволяет получить высокоэффективную присадку.

Синтез тетрабората гексаметилендиаммония

Ингредиент тетраборат гексаметилендиаммония синтезируется при комнатной температуре. Для этого в 500 мл дистиллированной воды добавляют 70 гексаметилендиамина, затем маленькими порциями при интенсивном помешивании растворяют 50 г борной кислоты. Полученный раствор должен иметь реакцию среды рН 10-11. Кристаллизация соединения, брутто-формула которого C₆H₂₈B₄N₂, происходит при комнатной температуре.

Твердую фазу отфильтровывают после полного перевода вещества в

кристаллическое состояние. Фильтруют через воронку Бюхнера под вакуумом, промывая несколькими порциями дистиллированной воды. Просушивают синтезированное вещество при комнатной температуре.

Технология получения присадки

В углеводородную фракцию 180-350°С добавляют при интенсивном

перемешивании стеариновую кислоту, а затем тетраборат гексаметилендиаммония. Композицию нагревают до 60-70°С и при данной температуре перемешивают в течение 1,5-2 часов. Затем смесь фильтруют и охлаждают.

Полученная таким образом присадка представляет собой однородную массу, хорошо растворяется в бензине и не выпадает в осадок.

Моющая эффективность приготовленных образцов присадки определяется межведомственным лабораторно-моторным методом оценки моющих свойств бензинов и присадок.

Эффективность моющего действия присадок по указанному методу оценивается последующим параметрам:

- по среднему уровню загрязнения контрольной поверхности при заданном режиме чередования процессов накопления и смыва отложений, так называемый интегральный показатель моющих свойств (A_с, %);

- по влиянию присадки на среднюю скорость загрязнения контрольной поверхности в режиме накопления отложений (V_н, %/мин);

- по показателям способности присадки смывать накопившиеся отложения: эффективность смыва (Э, %) и расчетное время очистки контрольной поверхности в режиме смыва от образовавшихся в режиме накопления отложений (Т, мин).

Интегральный показатель A_с является комплексным показателем для сравнения присадок. Остальные показатели позволяют оценивать, на какие процессы (V_н, Э или Т) присадка оказывает наибольшее влияние. Чем меньше значения A_с, V_н и Т и больше значение Э, тем большей эффективностью моющего действия обладает присадка.

Антикоррозионную эффективность приготовленных образцов присадки оценивали по ГОСТ 18597.

Склонность бензина, содержащего присадку, к образованию эмульсии при контакте с водой оценивали по методу DIN 51415 с использованием буферного раствора, приготовленного по ГОСТ 27154-86 «Топливо для реактивных двигателей. Метод испытания на взаимодействие с водой (буферным раствором) с последующей оценкой состояния фаз топливо-вода и состояния поверхности их раздела. Результаты взаимодействия оцениваются в баллах. Четкое разделение фаз, чистая прозрачная поверхность раздела, отсутствие эмульсии внутри каждого слоя соответствует 1 баллу.

Результаты испытаний образцов разработанной присадки приведены в таблице. Как видно из представленных данных, добавление разработанной присадки в автомобильные бензины в концентрации 0,01-0,03 мас.% значительно улучшают их моющие и антикоррозионные свойства.

Введение присадки в концентрации до 0,06 мас.% не оказывают отрицательного влияния на другие физико-химические и эксплуатационные свойства моторных топлив.

Кроме автомобильных бензинов, разработанная присадка может быть использована для улучшения моющих и антикоррозионных свойств и других моторных топлив, например, дизельных.

Использование разработанной присадки позволит получать экологически чистые моторные топлива, обладающие высокими моющими и антикоррозионными свойствами.

Результаты испытаний образцов предлагаемой присадки
Эффективность действия присадок	Автомаг	Пример 1 Концентрация 0,06 мас. %	Пример 2 Концентрация 0,01 мас. %	Пример 3 Концентрация 0,03 мас. %
Моющие свойства: VH, % / мин Э, % Е, мин Ас	0,57 69 31 3,0	0,29 67,9 24,8 1,9	0,15 73,7 20,3 1,75	0,09 79 18,7 1,45
Антикоррозионные свойства: изменение массы стальной пластины, г на м²	1,15	0	0	0
Эмульгируемость	1 балл	1 балл	1 балл	1 балл

ЛИТЕРАТУРА

1. А.М.Данилов. Применение присадок в топливах. Справочное издание. - М.: Химия, 2000.

2. Патент РФ № 2155793, 2000.