Способ получения моторного топлива на основе бензина и этанола

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ БЕНЗИНА И ЭТАНОЛА Сийбен Йоханнес Мария Франсискус Раскрыты композиции моторного топлива, содержащие этанол, также известного как газохол, при этом моторное топливо находится, по существу, в одной фазе и содержит 1-50, предпочтительно 2-30 мас.% этанола и количество воды между 1-10 мас.%, исходя из массы этанола. Такие композиции моторного топлива могут быть получены путем смешивания бензина с водным этанолом, таким образом, избегая необходимости применять безводный этанол в качестве исходного сырья. Более того, такие композиции моторного топлива могут быть получены путем смешивания бензина с водным этанолом и безводным этанолом, таким образом избегая необходимости применять безводный этанол в качестве единственного сырья. Эти композиции моторного топлива могут содержать вторую жидкую фазу, которая не образует отдельный слой и где нет отдельной жидкой фазы, которая может быть обнаружена визуально, и, таким образом,соответствует спецификации, которая стала известной как "неэтилированная и прозрачная".(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ШИ БЛЕНДС ХОЛДИНГ Б.В. (NL) 017469 Это изобретение относится к композициям моторного топлива и, в частности, к композициям моторно-топливных смесей бензина и безводного этанола и водного этанола без присадок или других мер для предотвращения возникновения отдельной жидкой фазы. Это изобретение допускает применение водного этанола как часть исходного сырья или как единственное сырье для получения бензино-спиртовых топлив, также известных как газохол (бензоспирт), который отвечает спецификации "неэтилированный и прозрачный". Получение водного этанола требует меньше энергии, чем получение безводного этанола. Более того, получение водного этанола является значительно более дешевым, чем получение безводного этанола. Уровень техники Широко известно, что бензин и вода не смешиваются. Это значит, что вода, если добавлена к бензину, образует отдельную жидкую фазу, которая содержит, в сущности, всю воду и очень небольшое количество бензина, и обычно называется "водная фаза". Другая фаза, "бензиновая фаза", содержит очень небольшое количество воды. Водная фаза имеет физические свойства, которые полностью отличаются от бензиновой фазы. Плотность водной фазы в условиях окружающей среды составляет обычно 1000 кг/м 3, тогда как плотность бензиновой фазы составляет типично 700 кг/м 3. Межфазное натяжение между водной фазой и бензиновой фазой составляет 0,055 Н/м. Это значит, что капли водной фазы в бензиновой фазе имеют сильную тенденцию к объединению. Более того, разница в плотности ведет к быстрому разделению двух жидких фаз на нижний водный слой и верхний бензиновый слой. Обычно известно, что присутствие отдельного водного слоя является вредным для систем хранения и распределения горючего, автомобильных бензобаков, систем впрыска топлива и зависимых систем. Бензин и безводный спирт смешиваются в любом соотношении, т.е. они могут быть смешены без возникновения отдельной жидкой фазы. Однако будет возникать отдельный жидкий слой, если присутствует определенное количество воды. Максимальное количество воды, которое не вызывает появления отдельного жидкого слоя, в настоящем описании понимают как "водостойкость". Возникновение отдельной жидкой фазы в газохоле воспринимают даже как вредное, хотя фазовое поведение смесей бензинэтанол-вода совершенно отличается от смесей бензин-вода. Есть несколько изобретений относительно предотвращения возникновения отдельной жидкой фазы, также известного как "стабилизирование". Патент США 4154580 описывает способ получения стабилизированных бензино-спиртовых топлив путем химического гидратирования алкеновых компонент бензина до спиртов, которые повышают водостойкость. Патенты США 4207076 и 4207077 описывают способ повышения водостойкости газохоловых топлив с помощью добавления этил-трет-бутилового эфира или метил-трет-бутилового эфира,соответственно. Патент США 4490153 описывает технологическую операцию для газохоловых топлив с использованием экстракции жидкость-жидкость, проводимой при -10F (-23,3C). Газохол, полученный при таких низких температурах, является стабильным при всех температурах свыше -10 С. Все способы, такие как описанные способы в вышеупомянутых патентах, используют такие действующие установки, как реакторы, дистилляционные колонны, экстракционные колонны и емкости, и теплообменники. Также они используют значительные количества энергии, такой как пар и электричество, и требуется квалифицированный персонал для ввода в эксплуатацию, поддержания в исправности и остановки такого технологического оборудования. Более того, упомянутое технологическое оборудование производит отходы, такие как сточные воды, которые содержат этанол и бензин и которые должны быть отправлены на оборудование по очистке сточных вод или оборудование по сжиганию отходов перед сбросом в окружающую среду. Необходимость упомянутого оборудования ограничивает производство газохола до зон, где такое оборудование присутствует, например нефтеперерабатывающий завод. Во многих областях предпочитают производить газохол путем простого смешивания на топливораспределительном терминале или других местах, где упомянутое технологическое оборудование не присутствует. Осознаваемая вредность отдельной жидкой фазы побуждает компании, производящие газохол, к применению безводного этанола. Краткое описание чертежей На чертеже показана фазовая диаграмма жидкость-жидкость системы вода(1)-этанол(2)-бензин(3) при 20 С. На этой диаграмме концентрации всех компонент бензина соединены и представлены как отдельное вещество. Подробное описание изобретения Целью этого изобретения является предложить бензино-этаноловые смеси, также известные как"газохоловое" топливо для двигателей внутреннего сгорания без недостатков, обсужденных выше, и предпочтительно использующие водный этанол в качестве исходного сырья. Также целью является применить настоящее изобретение на топливораспределительном терминале или, более широко, в месте, где не присутствует основное технологическое оборудование. Более того, целью изобретения является предложить бензино-этаноловую смесь без необходимости присадок или других мер для предотвращения образования жидкой фазы. В самом широком смысле, изобретение основано на том, что может быть получено моторное топливо, содержащее воду и этанол в очень узких композиционных пределах, по существу, без фазового разделения.-1 017469 Изобретение определяют как моторное топливо, основанное на бензине и этаноле, содержащее воду, при этом моторное топливо находится по существу в одной фазе и содержит 2-50, предпочтительно 30 мас.% этанола и количество воды между 1 и 10 мас.%, исходя из массы этанола. В предпочтительном варианте осуществления моторное топливо содержит 0,02-3 мас.%, предпочтительно 0,05-3 мас.% воды. Преимущества и признаки изобретения станут легче видимыми при рассмотрении чертежа. На чертеже показана тройная фазовая диаграмма жидкость-жидкость. Хотя бензин представляет собой многокомпонентную смесь, массовые содержания всех компонент бензина были соединены и, таким образом, смесь вода-этанол-бензин можно считать тройной смесью, т.е. смесью трех компонентов. Кривые и линии на этой диаграмме представляют композиции, которые были рассчитаны с помощью компьютерной программы, использующей соответствующий метод для оценки фазовых равновесных составов. Все данные на диаграмме относятся к фазовому равновесию при 20 С. Для построения фазовой диаграммы предполагается определенный состав бензина. На тройной диаграмме нарисованы две кривые, названные "кривая А" и "кривая В". Кривая А идет из бензинового угла тройной диаграммы к точке, обозначенной как "точка полного смешения частично смешивающихся жидкостей". Кривая В идет из водного угла тройной диаграммы к точке полного смешения частично смешивающихся жидкостей. Площадь на фазовой диаграмме под "кривой А" и "кривой В" представляет собой двухжидкостную область. Состав смеси, который попадает в эту область, дает две жидких фазы. Составы сосуществующих жидких фаз представлены вершинами так называемых "рабочих линий". Шесть примеров таких рабочих линий показаны на чертеже и обозначены "линия 1"-"линия 6". В контексте настоящего изобретения мы будем обозначать составы на кривой А как представляющие "вторую жидкую фазу", а составы на кривой В - как представляющие "бензиновую фазу". Количество каждой из двух жидких фаз может быть определено из рабочих линий с помощью правила рычага, которое известно любому, знакомому с фазовыми диаграммами. Точка, обозначенная как "точка полного смешения частично смешивающихся жидкостей" представляет состав, где длина рабочей линии - ноль. Следует заметить, что состав бензиновой фракции в сосуществующих жидких фазах будет различаться в некоторой степени. Точное расположение кривых А и В и наклоны рабочих линий зависят от состава бензина. Мы исходили из определенного состава бензина для проведения расчетов фазового равновесия. С этим составом расположение точки полного смешения частично смешивающихся жидкостей является следующим: 29,5 мас.% этанола, 0,6 мас.% воды и 69,9 мас.% бензина. Из фазовой диаграммы можно узнать, что этанол имеет сильную тенденцию оставаться во второй жидкой фазе. При низких концентрациях этанола, которые представлены областью вблизи стороны фазовой диаграммы бензин-вода, практически все композиции попадают в двухжидкостную область, и вторая жидкая фаза является богатой водой, и поэтому характеризуется как "водная фаза". В этой области физические свойства сосуществующих фаз очень различаются, и они будут легко разделяться на нижнюю водную фазу и верхнюю бензиновую фазу. При низких концентрациях воды, которые представлены областью близкой к стороне фазовой диаграммы бензин-этанол, фазовое поведение сильно зависит от концентрации этанола. Вблизи точки полного смешения частично смешивающихся жидкостей состав двух жидких фаз будет достаточно похожим и, как результат, будут похожи физические свойства этих фаз. Двигаясь из точки полного смешения частично смешивающихся жидкостей в направлении водного угла тройной диаграммы, чем дальше от точки полного смешения частично смешивающихся жидкостей,тем больше будет разница между физическими свойствами сосуществующих жидких фаз. Подобие по составу и физическим свойствам будет предотвращать двухжидкостную систему от появления видимо негомогенной смеси. Упомянутое подобие по составу и физическим свойствам делает систему пригодной для топлива со спецификацией "неэтилированное и прозрачное". Фраза "безводный этанол" относится к этанолу, свободному от воды. В промышленной практике есть спецификация для максимального содержания воды в безводном этаноле, которое составляет обычно 0,1-0,3 мас.% "Дегидратированный этанол" является синонимом для безводного этанола. Фраза "водный этанол" относится к смеси этанола и воды. В промышленной практике водный этанол типично содержит 4-5 мас.% воды. "Гидратированный этанол" является синонимом для водного этанола. Фраза "бензин" относится к смеси углеводородов, кипящих в приблизительном интервале 40 С 200 С, и которая может быть применена в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Бензин может содержать вещества различной природы, которые добавляют в относительно небольших количествах, чтобы служить конкретной цели, такие как МТВЕ (Methyl Tertiary Butyl Ether - метил-третбутиловый эфир - МТБЭ) или ЕТВЕ (Ethyl Tertiary Butyl Ether - этил-трет-бутиловый эфир - ЭТБЭ) для повышения октанового числа. Фраза "газохол" относится к смеси бензина и этанола. Обычно содержание этанола заключается между 1 и 20 мас.%. Типично содержание этанола составляет 10 мас.% или более. Фраза "водостойкость" относится к максимальной концентрации воды в бензино-этаноловой смеси,которая не вызывает появления отдельной жидкой фазы. Водостойкость может быть выражена как фракция этанола, присутствующая в смеси.-2 017469 Топливо настоящего изобретения может быть произведено различными путями, причем предпочтительным путем является простое смешивание бензина с водным этанолом. Другими возможностями являются смешивание отдельных компонент, бензина, этанола и воды или других комбинаций, таких как влажный бензин с этанолом, для получения требуемой композиции. Настоящее изобретение, таким образом в целом описанное, будет легче понять со ссылкой на следующие примеры, которые предложены в качестве иллюстраций и не истолковываются как ограничивающие какой-либо аспект настоящего изобретения. Данные в примерах все были рассчитаны с помощью компьютерной программы, использующей соответствующий метод оценки композиций фазового равновесия и физических свойств. Бензин, который мы рассматривали для этих расчетов, имел следующий состав: 18 мас.% нормальных парафинов, 55 маc.% изопарафинов, 1 маc.% олефинов и 25 мас.% ароматических углеводородов. Пример 1. Этот пример относится к смеси 850 кг бензина и 150 кг водного этанола. Водный этанол содержит 5 мас.% воды. Расчеты были проведены для двух температур, а именно 20 и 0 С. Две жидкие фазы сосуществуют как результат способа с перемешиванием. Состав этих фаз и некоторые их физические свойства показаны в табл. 1. Таблица 1 Из табл. 1 можно заключить, что межфазное натяжение между двумя сосуществующими жидкими фазами является небольшим, которое означает, что требуется маленькая работа для создания межфазной поверхности. Более того, разница в плотности между двумя жидкими фазами является небольшой, которая означает, что имеется маленькая тенденция, или нет тенденции, второй жидкой фазы собраться в виде отдельного жидкого слоя. Небольшая разница в плотности, небольшое межфазное натяжение и похожие показатели преломления двух фаз ведут к, по существу, гомогенной жидкой смеси, где нет фазовой границы, которую можно обнаружить визуально, и таким образом будет удовлетворять спецификации"неэтилированная и прозрачная". Пример 2. Этот пример относится к смеси 850 кг бензина и 150 кг водного этанола. Водный этанол содержит 1,5 мас.% воды. Расчеты были проведены для двух температур, а именно 20 и 0 С. При 20 С смесь является гомогенной, при 0 С сосуществуют две жидкие фазы. Состав этих фаз и некоторые их физические свойства показаны в табл. 2. Из табл. 2 можно заключить, что водный этанол, содержащий 1,5 мас.% воды может быть смешан с бензином для получения газохола с 15 мас.% этанола, который не образует вторую жидкую фазу в условиях окружающей среды. При 0 С эта смесь образует небольшое количество второй жидкой фазы приблизительно равной массы бензина и этанола и приблизительно 2 мас.% воды. Присутствие такого небольшого количества второй жидкой фазы с похожими физическими свойствами не будет визуально обнаруживаемым и, таким образом, будет удовлетворять спецификации неэтилированная и прозрачная. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения моторного топлива, содержащего 1-50 мас.% этанола и количество воды между 1 и 10 мас.% исходя из массы этанола, включающий смешение бензина с водным этанолом, причем указанное моторное топливо, по существу, без фазового разделения. 2. Способ по п.1, в котором количество этанола составляет между 2 и 30 мас.%. 3. Способ по п.1 или 2, при этом моторное топливо содержит 0,02-3 мас.%, предпочтительно 0,05-3 мас.% воды. 4. Способ по пп.1-3, при этом водный этанол производят путем смешивания безводного этанола с водным этанолом в соотношении, которое ведет к нормативному водосодержанию. 5. Способ по пп.1-4, в котором количество этанола составляет 10 мас.% или более.