Топливная композиция
Использование: при получении высокооктановых бензинов. Сущность изобретения: композиция в качестве антидетонационной присадки содержит 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцен в количестве 0,032-0,12 мас.%, предпочтительно в количестве до 0,042 мас.%. Технический результат: улучшение антидетонационных свойств. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.
Данное изобретение относится к топливным композициям на основе бензинов с добавлением антидетонационных присадок и может быть использовано при приготовлении высокооктановых бензинов.
Известна топливная композиция на основе бензина, содержащая в качестве антидетонационной присадки тио-бис-(алкилфенол-феноляты) переходных металлов, например кобальта, железа (US 4536192, 20.08.1985, C10L 1/30).
Недостатком известной композиции является незначительное увеличение октанового числа основы, т.е. всего на 0,4-2 пункта.
Более близкой к предлагаемой топливной композиции по сущности и достигаемому результату является композиция на основе бензина, содержащего в качестве антидетонационной присадки ферроцен (Fc) и его алкилпроизводные с добавлением карбоновых кислот и их сложных эфиров, а также нелетучих полярных соединений (US 4525174, 25.06.1985, а также US 4525174, 24.04.1985, C10L 1/18).
Недостатком этой композиции является сложность приготовления и сложный состав химических продуктов, использование в больших количествах экологически вредных продуктов, а также возможность использования только при достаточно высоких октановых числах бензина и невозможность использования в низкооктановых бензинах.
Целью заявленного изобретения является расширение ассортимента используемых в качестве основы бензинов, а также обеспечение экологической безопасности.
Поставленная цель достигается топливной композицией на основе бензина с добавлением в качестве антидетонационной присадки 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцена (МЖФПФ) в количестве 0,032-0,12 мас.%, предпочтительно до 0,042 мас.%.
Использование МЖФПФ в качестве антидетонационной присадки эффективно тем, что введение изоструктурного заместителя, содержащего алкилароматические радикалы, в формулу ферроцена, с одной стороны, за счет увеличения молекулярной массы самого соединения (421 ед.), позволяет снизить содержание железа почти в 2,5 раза по сравнению с ферроценом. В частности, в МЖФПФ, так же как и в ферроцене, содержится 56 ед. железа, но молекулярная масса ферроцена равна 186 ед., т.е. в 2,5 раза меньше.
С другой стороны, это дает возможность увеличить общий расход самого соединения для достижения цели, т.е. для увеличения октанового числа топлива.
При использовании больших количеств ферроцена возникают серьезные проблемы, связанные с отложением металла и его оксидов в камере сгорания, на поверхностях клапанов и свечах зажигания при сгорании топлива, что тем самым приводит к нарушению их работы, перегрузке и коррозии, поверхностному воспламенению и, в конечном счете, к ухудшению мощностных и экономических характеристик двигателя, преждевременному выходу его из строя.
Таким образом, при допустимой норме железа 37 мг/л возможно увеличение концентрации 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцена почти в 2,5 раза.
Кроме этого, предложенная присадка может быть использована в бензинах с различным октановым числом, равным от 65 до 92.
Предложенная присадка обладает также отличной растворимостью в различных органических растворителях.
Способ получения 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцена. К смеси 1,76 г (0,1 ммоль) ферроцена и 2,16 г (0,1 ммоль) ди-альфа-метилстирола, охлажденной до минус 13-15°С, в течение 20 мин добавляют Н2SO4. Затем температуру смеси медленно поднимают до 25°С и перемешивают в течение 1 часа. Затем реакционную смесь выливают в 10%-ный водный раствор NaHCO3 и экстрагируют петролейным эфиром (3х40 мл). Экстракт упаривают и получают 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцен с выходом 70,8% (считая на ферроцен). Брутто-формула С28Н30Fe. Молекулярный вес 422. Т.плавления 68-69°С. Результаты элементного анализа: вычислено С - 79,6, Н - 7,1, Fe - 13,3; найдено С - 79,1, Н - 7,3, Fe - 13,6. Структурная формула синтезированного соединения С5Н5FeC5Н4ССН3(Ph)СН2С(Pb)(СН3)2
Антидетонационная способность (преемственность) 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцена и ферроцена в различных марках бензинов отражена в табл.1.
В табл.2 приведены оптимальные концентрации использования МЖФПФ для получения стандартных бензинов.
В табл.3 приведены результаты испытаний МЖФПФ.
В табл.4 приведены сравнительные характеристики ферроцена и МЖФПФ в различных марках бензина и органических растворителях.
Как видно из представленных результатов, МЖФПФ превосходит ферроцен по антидетонационным свойствам, почти в 8-40 раз лучше растворяется в бензинах и в 2-50 раз в органических растворителях.
Таблица 1 Преемственность Fe и МДФПФ к различным маркам бензинов | ||||||||
Марки бензинов | Концентрации при нижнем пределе допустимости, мас.% | Концентрации при верхней пределе допустимости, мас.% | Преемственность в % | |||||
нижний предел | верхний предел | |||||||
Fe | МДФПФ | Fe | МДФПФ | Fe | МДФПФ | Fe | МДФПФ | |
Прямогонная Фракция 35-180°С с ОЧ 65 | 0,0124 | 0,0320 | 0,0186 | 0,0421 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Стабильный газобензин с ОЧ 64 | 0,0150 | 0,0380 | 0,0220 | 0,0365 | 80 | 86 | 58 | 84 |
Бензин А-80 | 0,0250 | 0,0390 | 0,0310 | 0,0370 | 88 | 50 | 34 | 86 |
Бензин АИ-82 | 0,0310 | 0,0400 | 0,0370 | 0,0390 | 32 | 89 | 31 | 88 |
Бензин АИ-83 | 0,0550 | 0,0420 | 0,680 | 0,0480 | 24 | 92 | 28 | 92 |
Таблица 2 Оптимальная концентрация МДФПФ, используемая для получения стандартных марок бензинов | |||
№ | Марки бензинов | Количество МДФПФ, мас.% | Марки бензинов после добавления МДФПФ |
1 | Прямогонный бензин с ОЧ 65 | 0,0420 | А-80 |
2 | Стабильный газобензин с ОЧ 64 | 0,0380 | А-80 |
3 | Бензин с ОЧ А-80 (ИМ) | 0,0320 | АИ-82 |
4 | Бензин с ОЧ АИ-82 (ИМ) | 0,0420 | АИ-85 |
Таблица 3 Результаты испытаний топливных антидетонационных присадок на основе моноалкилзамещенного ферроцена - 4-метил-2.4-дифенилпентилферроцена | ||||||
Наименование показателя | Прямогонная фракция 35-180°С | Бензин А-76 | Бензин АИ-92 | |||
Исходный | 0,032% образец-1 | исходный | 0,043% образец-2 | исходный | 0,12% образец-3 | |
Детонационная стойкость | ||||||
Октановое число по моторному методы | 65,2 | |||||
Октановое число по исследовательскому методу | - | - | - | - | ||
Фракционный состав: | ||||||
Температура начала перегонки, °С | 34 | 32 | 29 | 29 | 34 | 34 |
10% бензина перегоняется при температуре, °С | 52 | 52 | 55 | 55 | 72 | 72 |
50% бензина перегоняется при температуре, °С | 95 | 95 | 105 | 108 | 115 | 117 |
90% бензина перегоняется при температуре, °С | 140 | 140 | 105 | 168 | 180 | 180 |
конец кипения, С | 170 | 170 | 200 | 200 | 204 | 204 |
остаток в колбе, об.% | 1 | 1 | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 0,8 |
остаток и потери, об.% | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,2 | 2,2 |
Давление насыщенных паров бензина мм рт.ст. | 585 | 580 | 620 | 620 | 420 | 420 |
Кислотность мг КОН на 100 см3 бензина | 0,05 | 0,05 | 0,07 | 0,07 | 0,03 | 0,03 |
Содержание фактических смол, мг на 100 см3 | 2,1 | 2,1 | 2,4 | 2,4 | 1,9 | 1,9 |
Индукционный период, мин | выше 900 | выше 900 | выше 900 | выше 900 | выше 900 | выше 900 |
Испытания на медной пластинке | выдерж. | выдерж. | выдерж. | выдерж. | выдерж. | выдерж. |
Механические примеси и вода | отсутствие | отсутствие | отсутствие | отсутствие | отсутстви | отсутствие |
Таблица 4 Сравнительная растворимость ферроцена и МДФПФ в различных марках бензинов и других растворителях, мас.% | ||||||||||||
Марки бензинов, бензиновые фракции, органические растворители | МДФПФ | Температуры растворения | ||||||||||
Fe | МДФПФ | 20°С | 40°С | 60°С | 80°С | |||||||
min | max | min | max | Fe | МДФПФ, | Fe | МДФПФ | Fe | МДФПФ | Fe | МДФПФ | |
Стабильный газобензин | ||||||||||||
с ОЧ 64 | 27 | 42 | 135 | 160 | 27 | 140 | 30 | 142 | 33 | 155 | 42 | 160 |
с ОЧ 69 | 27 | 44 | 166 | 195 | 27 | 166 | 29 | 171 | 30 | 188 | 44 | 195 |
Фракция прямогон. | ||||||||||||
бензина | 17 | 25 | 172 | 205 | 17 | 172 | 20 | 185 | 23 | 198 | 25 | 205 |
с ОЧ 54 | 17 | 25 | 175 | 210 | 17 | 175 | 19 | 189 | 24 | 198 | 25 | 210 |
Бензин с ОЧ 70 | 22 | 30 | 220 | 250 | 22 | 220 | 26 | 230 | 28 | 242 | 30 | 220 |
Базовый бензин с ОЧ 76 | 26 | 38 | 350 | 420 | 26 | 350 | 29 | 375 | 36 | 395 | 38 | 350 |
Бензин с ОЧ 80 | 31 | 44 | 550 | 780 | 31 | 550 | 34 | 640 | 40 | 710 | 44 | 780 |
Бензин с ОЧ 83 | 33 | 55 | 780 | 890 | 33 | 780 | 40 | 870 | 48 | 895 | 55 | 890 |
Ацетон | 55 | 120 | 1250 | 1530 | 55 | 120 | 120 | 1250 | ||||
Этанол | 25 | 39 | 780 | 890 | 25 | 780 | 39 | 890 | ||||
Изопропанол + 86% | 29 | 42 | 675 | 855 | 29 | 675 | 40 | 855 | ||||
воды | 20 | 38 | 670 | 850 | 20 | 670 | 38 | 670 |
1. Топливная композиция на основе бензина с добавлением антидетонационной присадки, отличающаяся тем, что в качестве антидетонационной присадки содержит 4-метил-2,4-дифенилпентилферроцен в количестве 0,032-0,12 мас.%.
2. Топливная композиция на основе бензина по п.1, отличающаяся тем, что содержит присадку в количестве до 0,042 мас.%.