Известно, что присадки к топливу могут выполнять различные функции, например, улучшать процесс сгорания топливной смеси (такие присадки называются промоторами воспламенения), улучшать антикоррозионные свойства топлива, играть роль смазки для трущихся частей и т.д. Иногда одна и та же присадка может выполнять несколько функций. В этом случае она называется многофункциональной.

Известны, например, промоторы в виде диметиламина (CH3) ₂ N ₂ и гидрида германия GeH ₄ , небольшие добавки которых (0.1-0.3 %) к метано-кислородно-аргоновой смеси 2%СН ₄ +20%О ₂ +78%Аг при температурах 1320-2040° К приводят к снижению задержек воспламенения в 2-8 раз [см. Зборовский А.Г., Петров Ю.П., Смирнов В.Н., Тереза A.M., Тюрин А.Н. Химическая физика 1987, т.6, N°4, 506-513, Ващенко A.M., Заслонко И.С., Зборовский А.Г., Петров Ю.П., Смирнов В.Н., Тереза A.M., Тюрин А.Н., Цыганов С.А. Химическая физика 1987, т.6, J4°2, 272-277].

Недостатком таких промоторов является то, что они, в случае превышения предельно допустимой концентрации в воздухе (ориентировочно, 1 мг/м ), оказывают вредное воздействие на человека: его нервную систему, печень, почки, слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, диметиламин - пожаро и взрывоопасен. Его температура самовоспламенения равна 402 °С.

Известны также промоторы в виде аланина C ₃ H ₇ ONO ₂ , тетрафторгидразина N ₂ F ₄ , нитроэтана C ₂ H ₅ NO ₂ , метилнитрита CH ₃ ONO и метилнитрата CH ₃ ONO ₂ (см. Борисов А.А., Заманский В.М., Лисянский В.В., Скачков Г.И., Трошин К.Я., Химическая физика, 1987, т.6, 2, 262-271). Добавление любого из этих промоторов к метано-воздушной смеси в количестве 1% также существенно уменьшает время задержки воспламенения. Наиболее сильно время задержки воспламенения уменьшается при добавлении тетрафторгидразина N ₂ F ₄ . Например, при добавлении 0.06% N ₂ F ₄ к стехиометрической метано-кислородной смеси, разбавленной аргоном, задержка воспламенения при температуре 1000° К и давлении 1 атм уменьшается в 30 раз.

Недостатком этих присадок к топливу является относительно невысокое улучшение характеристик сгорания топлива.

Технической задачей данного изобретения является улучшение характеристик сгорания топлива, повышение экономии используемого газообразного углеводородного топлива, а также придание топливу противопожарных свойств.

Поставленная цель достигается прибавлением к газообразному углеводородному топливу, например, топливу на основе метана и/или других углеводородов (в преимущественном варианте простых углеводородов) многофункциональной присадки в виде трифторметана (CF ₃ H). Количество присадки может быть до 3 мае. %, а в предпочтительном варианте не менее 3 мае. % (преимущественно до 10 мае. %). Следует заметить, что в настоящее время не существует твердого единого мнения относительно механизма самовоспламенения горючих смесей в дизелях. Два наиболее известных механизма самовоспламенения - тепловой и цепной, в реальных условиях практически неотделимы друг от друга и, в целом, представляют сложную картину зависимости процесса самовоспламенения от давления, состава газовой смеси и различных примесей. Численное исследование протекающих при самовоспламенении многочисленных химических реакций возможно лишь с привлечением мощной вычислительной техники, а экспериментальная проверка результатов расчета - с привлечением современных средств диагностики.

Применительно к данному изобретению расчетные исследования сгорания углеводородных топлив с присадками на основе фторозамещенных углеводородов, в том числе трифторметана, проводились авторами с использованием пакета программ CHEMKIN П. Экспериментальная проверка результатов расчета проводилась на ударной трубе диафрагменного типа с использованием углеводородного топлива, состоящего из смеси метана и кислорода (20%), аргона (70-80%) и присадки в виде фторзамещенного углеводорода (0-10%).

Интервал температур, до которых в экспериментах нагревалась горючая смесь при прохождении через нее ударной волны, соответствовал значениям 1250 - 2500° К.

Наиболее сильное промотирующее действие наблюдалось при использовании в качестве присадки трифторметана (CF ₃ H). При этом промотирующее действие трифторметана усиливалось при увеличении его начальной концентрации в смеси до 3-4 мае. %. При достижении значений начальной концентрации 3-4 % и выше (вплоть до 10 %) промотирующее действие выходило на насыщение. Данный эффект может быть объяснен влиянием неучтенных реакций окисления фторозамещенных углеводородов, приводящих к повышению температуры реагирующей смеси.

На основании проведенных исследований можно заключить, что присадка к топливу в виде трифторметана (CF ₃ H) является эффективным промотором воспламенения метано-кислородных смесей при температурах самовоспламенения свыше 1100 °С. Для достижения максимального промотирующего эффекта начальная концентрация трифторметана в топливе должна составлять не менее 3 и не более 10 мае. %. Более точное значение этой концентрации должно определяться экспериментальным путем и непосредственно касаться используемого углеводородного топлива. Минимальная концентрация содержания трифторметана в топливе равная 3 мае. % выбрана исходя из того, что при этом значении возникающий промотирующий эффект достигает 90 % своей максимальной величины.

Еще одной отличительной особенностью трифторметана является его чрезвычайно низкая температура кипения и высокое значение давления паров (около 44,6 кг/см ² при 21° С), что позволяет использовать ' его в роли пропеллента в ручных огнетушителях, а также, совместно с другими пламягасящими веществами, имеющими низкое давление паров, одновременно в роли и пропеллента, и пламягасителя). В связи с этим добавка трифторметана к газообразному углеводородному топливу будет оказывать на топливо не только промотирующее действие при его высокотемпературном сгорании, но и ингибирующее действие при нормальной температуре (см. В. В. Азатян, Ю. Н. Шебеко, А. Ю. Шебеко, В. Ю. Навценя, Химическая физика, 2010, Т. 29, N° 9, с. 42- 51).

Ингибирующее действие трифторметана актуально с точки зрения обеспечения пожарной безопасности топлива при его хранении и транспортировки, а также аварийной разгерметизации топливной системы в условиях нормальных температур (патент РФ N° 2066560 «Способ подавления огня в замкнутом воздушном пространстве» и патент РФ JSTe 2180255 «Пожаротушащая композиция, включающая трифторметан»).

Выявленные и экспериментально подтвержденные промотирующие свойства трифторметана (наряду с известными его ингибиторными свойствами), позволяют отнести трифторметан к категории многофункциональных присадок.

Кроме того, трифторметан обладает такими важными с экологической точки зрения особенностями, как:

- отсутствие токсичности (воздействие на живые организмы сравнимо с воздействием на них азота);

- короткий срок его существования в атмосфере с незначительным воздействием на потенциал глобального потепления;

- нейтральность по отношению к озоновому слою Земли.