Результат интеллектуальной деятельности: АРКТИЧЕСКОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Изобретение относится к жидким углеводородным топливам на основе смесей углеводородов для воспламенения от сжатия, конкретно к дизельному топливу, предназначенному для использования в быстроходных дизелях в условиях Крайнего Севера и Арктической зоны.

Большие осложнения возникают при применении дизельных топлив в арктических условиях и районах Крайнего Севера, где при продолжительности зимы до 300 дней морозы могут достигать минус 65÷минус 70°C. На трассе БАМ наблюдались температуры воздуха минус 52÷минус 59°C [1 - Бакуревич Ю.Л., Толкачев Р.С., Шевелев Ф.Н. Эксплуатация автомобилей на севере. М., Транспорт, 1973. 18 с.]. Сложности применения дизельных топлив при отрицательных температурах окружающего воздуха связаны с выпадением из топлива кристаллов высокоплавких углеводородов с одновременным или последующим образованием кристаллической сетки, в результате чего топливо застывает или теряет свою подвижность. Также наблюдается резкое возрастание вязкости топлива.

В июле 2006 г. введен в действие ГОСТ Р 52368 «Топливо дизельное ЕВРО» [2], в котором дизельные топлива для холодного и арктического климата представлены пятью классами: 0, 1, 2, 3, 4. Низкотемпературные свойства этих дизельных топлив, выпускаемых по ГОСТ Р 52368, определяются двумя показателями - температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости (без определения температуры застывания).

В ГОСТ Р 52368 (Приложении Г) приведена таблица с рекомендациями по сезонному применению дизельных топлив. Например, дизельное топливо класса 4 с температурой помутнения «не выше минус 34°C» и предельной температурой фильтруемости «не выше минус 44°C» рекомендуется применять с 15 октября по 15 мая в таких районах как Якутия, Магаданская обл., острова Северного Ледовитого океана и др., хотя, согласно ГОСТ 16350 «Климат СССР», эти районы относятся к очень холодному климатическому району I₁, где число дней в году с минимальной температурой воздуха ниже минус 45°C составляет от 10 до 100 суток.

В то же время абсолютный минимум температуры воздуха в этом климатическом районе, согласно ГОСТ 16350, может достигать минус 64°C÷минус 71°C.

Из приведенного выше следует, что ГОСТ Р 52368 не содержит марки дизельного топлива, применение которой в дизельных двигателях обеспечит их надежную эксплуатацию в климатическом районе I₁.

Перед авторами стояла задача разработать такое арктическое дизельное топливо, которое могло бы обеспечить бесперебойную работу двигателя при температуре окружающего воздуха до минус 65°C, для этого необходимо обеспечить температуру помутнения не выше минус 64°C, предельную температуру фильтруемости не выше минус 65°C, температуру застывания не выше минус 70°C и кинематическую вязкость при 20°C в пределах 1,5-4,0 мм²/с. Температура применения дизельных топлив определяется значением его предельной температуры фильтруемости согласно требованиям и положениям ГОСТ Р 52368.

Практически существует два способа улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив - это использование различных дизельных и керосиновых фракций прямой и вторичной перегонки и применение депрессорно-диспергирующих присадок.

Отечественные и зарубежные специалисты путем компаундирования дизельных и керосиновых фракций, прошедших гидроочистку и процессы глубокого гидрирования, а также, вовлекая в композиции фракции риформинга, пытаются расширить ассортимент зимних и арктических топлив.

Известно дизельное топливо, которое состоит из прямогонных фракций НК-185°C и НК-180°C, или смесей после вторичной перегонки смесей фракций НК-185°C и НК-180°C с выделением из нее фракций НК-62°C, 62-180°C и кубового остатка, выкипающего в интервале 180°C-КК, и прошедшей гидроочистку и риформинг фракцию 62-180°C. Выделенные фракции компаундируют с прямогонной фракцией, выкипающей в интервале 140-240°C, в соотношении 80-85:20-15 соответственно с получением дизельного арктического топлива, имеющего температуру застывания минус 58°C [3 - Патент RU №2185419, C10L 1/04, 2001 г.].

Известна композиция дизельного топлива, состоящая из керосиновой фракции прямой перегонки нефти, 96% которой выкипает до 250°C, фракции, 96% которой выкипает до 320°C, их компаундирование с добавлением товарного реактивного топлива марки Т-6 при следующем соотношении компонентов, 20-25% керосиновой фракции, 96% которой перегоняется до 250°C, 1-10% фракции, 96% которой перегоняется до 320°C, и 7-74% товарного реактивного топлива марки Т-6. Полученный таким образом целевой продукт удовлетворяет требованиям на топливо арктической марки А-0,2 по ГОСТ 305 с температурами помутнения не выше минус 45°C и застывания не выше минус 55°C и превосходит требования марки класса 4 по ГОСТ Р 52368 [4 - Патент RU №2205862, C10L 1/08, 2003 г.].

Дизельные топлива, полученные на основе вышеуказанных изобретений, не удовлетворяют требованиям к современному арктическому топливу.

Известно изобретение, которое в качестве базового топлива содержит газоконденсатные дизельные топлива широкого фракционного состава или дизельные топлива нефтяного происхождения, а в качестве присадок содержит, масс.%: алкил(C₃-C₁₀)нитрат не более 75, алкил(C₁-C₂₅) сукцинимид 0,1-15%, сополимер высших эфиров C₆-C₂₈ акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером до 60, непредельной жирной кислоты, выбранной из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид до 100 или сополимер этилена с альфа-олефинами с мол. массой 500-30000 не более 50, непредельной жирной кислоты, выбранной из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид до 100. Дизельное топливо, полученное на основе этого изобретения, имеет температуру предельной фильтруемости минус 50°C и температуру застывания минус 70°C [5 - Патент RU №2320707, C10L 1/188, 2008 г.].

Известно дизельное топливо, где улучшение низкотемпературных свойств достигается тем, что в газоконденсатное топливо вводится присадка в количестве 0,001-1,0% масс, содержащая алкил(C₃-C₂₀)нитрат, алкил(C₁-C₂₅) сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид и сульфат кальция. Дизельное топливо, полученное на основе этого изобретения, имеет температуры помутнения минус 37°C и температуру застывания минус 50°C [6 - Патент RU №2378323, C10L 1/10, 2010 г.].

Известен способ, который описывает дизельное топливо, полученное выделением из стабильного конденсата дизельной фракции и введение в нее раствора депрессора с диспергатором, взятых в виде 40-55%-ного массового раствора в ароматических углеводородах в соотношении, масс.%: депрессор - 67-80 и диспергатор - 20-33. В качестве диспергатора используют полимер из монозвеньев на углеводородной основе, содержащих карбонильные, алифатические и ароматические группировки, причем соотношение алифатических протонов и ароматических протонов колеблется в интервале 60:1-10:1. Полученное модифицированное дизельное топливо имеет температуру предельной фильтруемости минус 42°C и температуру застывания минус 52°C [7 - Патент RU №2174146, C10L 1/08, 1/18 2001 г.].

Рассмотренные выше дизельные топлива с улучшенными низкотемпературными свойствами также не обеспечивают надежную эксплуатацию дизельных двигателей в климатическом районе I₁, т.к. ни одно из них не имеет требуемых значений температур помутнения, предельной фильтруемости и застывания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является дизельное топливо, которое предназначено для использования в быстроходных дизелях в зимних условиях и в условиях Крайнего Севера. Дизельное топливо содержит смесь прямогонной нефтяной фракции, выкипающей в интервале 110-140°C и прямогонной нефтяной фракции, выкипающей в интервале 200-360°C, взятых в соотношении 2:1-6:1 соответственно, и сополимерную присадку (сополимер этилена, винилацетата и алкилметакрилата в количестве 0,005-0,05 масс.). Дизельное топливо, полученное на основе этого изобретения, имеет температуры помутнения, предельной фильтруемости и застывания, соответственно: минус 36°C, минус 47°C и минус 57°C [7 - Патент RU №2205201, C10L 1/08, 1/18,2003 г. (прототип)]. Полученный таким образом целевой продукт удовлетворяет требованиям на низкотемпературные характеристики арктического топлива марки A-0,2 по ГОСТ 305 (предельная температура фильтруемости не выше минус 45°C и температура застывания не выше минус 55°C) и превосходит требования марки класса 4 по ГОСТ Р 52368 (температура помутнения не выше минус 34°C и предельная температура фильтруемости не выше минус 44°C).

Указанных низкотемпературных свойств дизельного топлива в рассмотренных изобретениях и у прототипа недостаточно для обеспечения надежности эксплуатации дизельных двигателей в арктических условиях и районах Крайнего Севера, где при продолжительности зимы до 300 дней морозы могут достигать минус 65÷минус 70°C.

Технический результат изобретения - повышение надежности эксплуатации дизельных двигателей в арктических условиях и районах Крайнего Севера, где при продолжительности зимы до 300 дней морозы могут достигать минус 65÷минус 70°C, путем снижения значений предельной температуры фильтруемости и температура застывания без введения депрессорно-диспергирующих присадок с одновременным снижением себестоимости конечного продукта.

Указанный технический результат достигается тем, что арктическое дизельное топливо на основе среднедистиллятных нефтяных фракций согласно изобретению содержит смесь среднедистиллятных гидроочищенных фракций, выкипающих в интервалах 170-250°C и 180-190°C, полученных раздельно и взятых в соотношении 49:50-50:51% об.

Отличием заявленного технического решения является использование в качестве арктического дизельного топлива смеси узких среднедистиллятных гидроочищенных фракций, выкипающих в интервалах 170-250°C и 180-190°C, полученных раздельно и взятых в соотношении 49:50-50:51% об., что позволяет не использовать депрессорно-диспергирующие присадки.

Известно, что наиболее высококипящие парафины содержатся в фракциях дизельного топлива, выкипающих выше 250°C [9 - Энглин Б.А. Применение жидких топлив при низких температурах, 3-е изд. пер. и доп. - М., Химия, 1980. - 20 с.].

При проведении исследований для приготовления образцов разрабатываемого арктического дизельного топлива из смесей Западно-Сибирских и Пермских нефтей были отогнаны по ГОСТ Р ЕН ИСО 3405 различные фракции из гидроочищенной фракции дизельного топлива, выкипающей в пределах 170-285°C, имеющие характеристики, представленные в табл. 1, которые прошли испытания по некоторым физико-химическим показателям.

Представленные в табл. 1 результаты подтверждают положения, опубликованные в работе Б.А. Энглина, если сравнить значения низкотемпературных характеристик гидроочищенной фракции 170-285°C (ст. 2) и выделенной из нее фракция 170-250°C (ст. 3).

Как видно из данных табл. 1, лучшие значения низкотемпературных характеристик имеет фракция 180-190°C (ст. 5).

С использованием выделенных фракций было приготовлено 7 образцов арктического дизельного топлива.

Состав образцов арктического дизельного топлива и результаты оценки низкотемпературных свойств и отдельных физико-химических показателей, характеризующих возможность использования этого топлива в районах Крайнего Севера, приведены в табл. 2.

Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что предлагаемые обр. №4 и №5, взятые в заявленном соотношении, имеют лучшие низкотемпературные свойства, обеспечивающие надежную эксплуатацию дизельных двигателей в арктических условиях и районах Крайнего Севера при температурах окружающего воздуха минус 65÷минус 70°C. Температура применения техники с дизельными двигателями, согласно ГОСТ Р 52368, определяется по значению предельной температуры фильтруемости дизельного топлива. Увеличение в составе композиции фракции 180-190°C (обр. №6) приводит к несоблюдению требования для кинематической вязкости при 20°C, которая по требования ГОСТ 305 должна быть не менее 1,500 мм²/с, а вовлечение 50% об. фракции 190-200°C (обр. №7) приводит к недостаточному снижению низкотемпературных характеристик. Вовлечение в состав композиции фракции 170-180°C (обр. №1) также приводит к несоблюдению требования для кинематической вязкости при 20°C, а уменьшение в составе композиции фракции 180-190°C (обр. №2-3) не обеспечивает требований к низкотемпературным характеристикам.

Таким образом, оптимальными и достаточными признаками обладает арктическое топливо, состоящее из фракций 170-250°C и 180-190°C, полученных раздельно и взятых в соотношении 49:50-50:51% об.

Несмотря на то что фракция 180-190°C входит в состав фракции 170-250°C, при производстве арктического дизельного топлива необходимо отдельно получить фракцию 180-190°C и фракцию 170-250°C, и только после этого провести их смешение в определенных соотношениях.

По образцу №4 (оптимальный вариант) была приготовлена опытная партия арктического дизельного топлива из отдельно отогнанных фракций 180-190°C и 170-250°C, которая прошла лабораторные и стендовые испытания на соответствие разработанным тактико-техническим требованиям (ТТТ) к арктическому дизельному топливу, утвержденным установленным порядком, обеспечивающим надежную эксплуатацию дизельных двигателей в арктических условиях и районах Крайнего Севера при температурах окружающего воздуха выше минус 65. Результаты представлены в табл. 3.

Как видно из результатов испытаний, приведенных в табл. 3, арктическое дизельное топливо полностью удовлетворяет требованиям к арктическому топливу и может применяться в арктических условиях и районах Крайнего Севера при температурах окружающего воздуха выше минус 65°C. Предлагаемое арктическое топливо также позволяет обеспечить бесперебойный холодный запуск и тем самым еще больше повысит надежную эксплуатацию техники в районах Крайнего Севера.

Применение изобретения обеспечит надежную эксплуатацию техники двойного назначения в этих районах.