Результат интеллектуальной деятельности: Способ улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов, в том числе дизельного топлива и рабочих жидкостей гидросистем

Изобретение относится к нефтепереработке, а в частности - к изготовлению нефтепродуктов с улучшенными низкотемпературными свойствами для Северных и Арктических регионов с холодным климатом.

В России холодная климатическая зона занимает около 80% территории, поэтому проблема улучшения низкотемпературных свойств топливо-смазочных материалов является актуальной.

Большая часть нефтей России являются парафинистыми, т.е. содержит значительное количество алканов (углеводородов парафинового ряда) нормального или малоразветвленного строения. Им присуща повышенная температура застывания, что ухудшает реологические свойства (подвижность, текучесть и др.) нефти и нефтепродуктов. Это осложняет добычу, транспортировку и применение нефтепродуктов. Так, например, по данным государственной статистики более 50% всех дизельных транспортных средств испытывают проблемы с запуском ДВС в холодное время года из-за неудовлетворительных низкотемпературных свойств основного ассортимента дизельных топлив, имеющих предельную температуру фильтруемости в пределах минус 5°С … минус 15°С.

Известны, например, следующие марки дизельного топлива:

З - зимнее, применяемое при температурах до - 20°С, топливо должно иметь температуру застывания ниже - 35°С и температуру помутнения ниже - 25°С

З - зимнее, применяемое при температурах до - 30°С, топливо должно иметь температуру застывания ниже - 45°С и температуру помутнения ниже - 35°С;

А - арктическое, температура применения которого до - 50°С.

К низкотемпературным свойствам нефтепродуктов относят:

- наивысшую температура помутнения или температуру фильтруемости, т.е. температуру массовой кристаллизации парафинов, когда молекулы н-парафинов начинают соединяться и образуют кристаллическую решетку. Визуально топливо мутнеет, а в топливной системе автотракторных дизелей затрудняется подача топлива в топливный насос высокого давления;

- температуру застывания (потери текучести) - температуру, при которой топливо превращается в желе и его невозможно подавать в камеру сгорания дизеля.

Зимнее дизельное топливо получают смешиванием прямогонных, гидроочищенных углеводородных фракций вторичного производства с температурой выкипания 180-340°С. Углеводороды парафиновой группы при этом из топлива удаляются. Этот способ сложный и дорогой, поэтому производство зимнего дизельного топлива покрывает менее 10% потребности России.

Улучшение низкотемпературных свойств летнего дизельного топлива производят уменьшением кристаллизации парафинов, что возможно разными способами:

- нагревом нефтепродуктов до 50-60°С; недостатком этого способа является невозможность его широкого применения и то, что это экономически не оправданно;

- смешиванием с низкопарафинистыми нефтепродуктами, или с растворителями; недостатком этого способа является его не экономичность.

Основным способом улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив является введение в них депрессорных присадок [Соколов В.Г., де Векки А.В. Современное состояние и перспективы развития синтеза и применения депрессорных присадок к топливам // Нефтепереработка и нефтехимия. 1996, N 5, с. 27-31. http://www.findpatent.ru/patent/213/2137813.html].

Присадками, как и депарафинизацией, достигается существенное снижение температуры помутнения, застывания и улучшение текучести топлив при низких температурах. Под действием присадок происходит модификация кристаллов парафинов и предотвращение роста их агрегатов, которые являются причиной застывания нефтепродуктов.

Недостатком использования депрессорных присадок, является то, что эти химические соединения обладают узким спектром действия, т.е. для каждого вида нефтепродукта нужны химические соединения с различными свойствами и разной структурой.

Кроме того, применение депрессорных присадок заметно повышает стоимость топлив и требует организации химического производства присадок.

Имеются аналогичные затруднения и в производстве низкозамерзающих рабочих жидкостей для гидравлических систем различных машин и оборудования.

Известно множество способов улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов путем многоступенчатой их перегонки, растворения парафинов, диспергированием тяжелых фракций углеводородов с использованием различных растворителей, катализаторов и электрического поля.

Так в способе, например, по патенту РФ №2535492, МПК C10G 65/14 (2006) проводят перегонку нефтепродуктов с выделением керосиновой и дизельной фракций, каталитическую гидроочистку, каталитическую депарафинизацию фракций дизельного топлива, компаундирование фракций, введение депрессорной присадки.

Недостатком известного способа является сложность, трудоемкость процесса, сложность и громоздкость используемого оборудования.

Известно много других более простых способов депарафинизации нефтепродуктов, например, по патенту РФ №2288942 МПК C10G 73/30 (2006) на «Способ депарафинизации нефтепродуктов», а также по патентам РФ: №2321616 МПК C10G 73/04, C10G 73/30 (2006); №2353645 МПК C10G 73/30 (2006); №2353646 МПК C10G 73/30 (2006). В известных способах смешивают нефтепродукты с поверхностно-активным веществом, полученную смесь подвергают термообработке, далее охлаждают смесь до температуры депарафинизации и выделяют парафиновые углеводороды воздействием постоянного электрического поля. В качестве поверхностно-активного вещества используют, например, продукт взаимодействия стеариновой кислоты, полиэтиленполиаминов и формальдегида, продукт взаимодействия высших жирных спиртов, пиромеллитового диангидрида, этиленгликоля и толуилендиизоцианата, а в качестве модифицирующей присадки применяют продукт конденсации пентаэритритовых эфиров жирных кислот C₁₆-С₃₀ с пиромеллитовым диангидридом.

Недостатком известных способов является их сложность и необходимость использования специфических химических продуктов.

Кроме этого, недостатком депарафинизации является то, что удаление парафиновых фракций уменьшает объем производства, например, дизельного топлива, вызывает потерю его антиизносных свойств, снижение цетанового числа, повышение температуры самовоспламенения и ухудшение воспламеняемости топлива в камерах сгорания дизельных двигателей.

Известен способ улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов, реализованный с помощью фильтра для процесса депарафинизации масел по патенту РФ №2137525 МПК B01D 9/00, B01D 29/44 (1995), заключающийся в том, что нефтепродукт прокачивают в гидромеханическом устройстве, винтообразно перемешивают, продавливают через щели фильтра и выпускают в приемник нефтепродукта. Способ осуществляют в вертикальном цилиндрическом устройстве, где в полый вал с коническим шнеком по оси устройства нагнетают промывочную жидкость, в полость между шнеком и конусным щелевым стержневым фильтром нагнетают очищаемый от парафинов нефтепродукт, вращают вал, винтовым поступательным перемещением перемешивают шнеком нефтепродукт с промывочной жидкостью, промывают от парафинистых фракций, продавливают промытый нефтепродукт через щели фильтра и выдают через штуцер за фильтром устройства, а парафинистую массу срезают шнеком со щелей фильтра, подают на дно, продавливают через щели решетки в коническое днище и выпускают из него через штуцер.

Недостатком известного способа является громоздкость устройства, необходимость механического привода, промывочной жидкости и последующего ее выделения из очищенного нефтепродукта.

Наиболее близким к заявляемому является способ механического смешивания и структурирования жидкофазных систем, осуществляемый в комбинированном статическом прямоточном смесителе-активаторе (Патент РФ №2411074, МПК B01F 13/10, 2009 г.), заключающийся в том, что нефтепродукт прокачивают через три секции гидромеханического устройства, перемешивают в первой секции между внешней и внутренней пружинами, подают в вихревую зону, нагнетают в микроканалы, впрыскивают во вторую секцию разрежения, продавливают через ломанные микрощели фильтра третьей секции, подают в приемник или в топливную систему двигателя.

Активатор по патенту №2411074 содержит цилиндрический корпус, в котором последовательно секциями I, II и III расположены три смесителя, в первом осуществляют кинематическое воздействие на поток жидкости, во втором - кавитационное, в третьем - разделение потока на пересекающиеся микроструи.

Недостатком способа, реализуемого в устройстве по патенту №2411074, является отсутствие управления процессами смешивания и структурирования нефтепродуктов для повышения эффективности процессов.

Технической задачей предполагаемого изобретения является улучшение низкотемпературных свойств минеральных нефтепродуктов, в т.ч. дизельного топлива и рабочих жидкостей гидравлических систем, используемых в условиях эксплуатации автотракторной техники.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов, в том числе дизельного топлива и рабочих жидкостей гидросистем, заключающимся в том, что нефтепродукт прокачивают через три секции через три секции рабочего гидромеханического устройства, перемешивают в первой секции между внешней и внутренней пружинами, подают в вихревую зону, нагнетают в микроканалы, впрыскивают во вторую секцию разрежения, продавливают через ломанные микрощели фильтра третьей секции и подают в приемник или в топливную систему двигателя, согласно изобретению, предварительно на модели устройства с прозрачным корпусом второй секции определяют давление на входе активатора при максимальном объеме пены, фиксируемом по потере светопотока, и задают найденное значение давления в рабочем устройстве.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 схематически представлен активатор для реализации способа.

Способ улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов, в том числе дизельного топлива и рабочих жидкостей гидросистем заключается в том, что предварительно на модели устройства, выполненной с прозрачным корпусом второй секции, определяют давление на входе при максимальном объеме пены, которая фиксируется денситометром по потере светопотока, подаваемоего через пену. Далее задают найденное значение давления в реализующем способ устройстве, в котором нефтепродукт прокачивают через три секции гидромеханического устройства, перемешивают в первой секции между внешней и внутренней пружинами, подают в вихревую зону, нагнетают в микроканалы, впрыскивают во вторую секцию разрежения, продавливают через ломанные микрощели фильтра третьей секции, и подают в приемник или в топливную систему двигателя, отличающийся тем, что предварительно на модели устройства с прозрачным корпусом второй секции определяют давление при максимальном объеме пены и задают найденное значение давления в реализующем способ устройстве.

Устройство для улучшения низкотемпературных свойств нефтепродуктов (активатор), реализующий способ, содержит три секции I, II и III в корпусе 1.

У активатора для предварительного определения оптимального значения давления на входе корпус второй секции II выполнен прозрачным, а световой поток от излучателя, пропускаемый через эту секцию, контролируют денситометром (на фиг. не показано).

В первой секции I активатора смонтированы пружины 2 и 3. Пружина 2 прилегает к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 и имеет навивку правостороннюю или левостороннюю. Внутри пружины 2 с малым зазором находится пружина 3 с противоположной навивкой. Внутри пружины 3 с малым зазором смонтирован цилиндрический стержень 4, выполненный заодно с диском 5, имеющим со стороны, противоположной стержню 4, направляющий конус 6.

В диске 5 выполнены микроканалы 7, оси которых располагают в зазоре между витками пружин 2 и 3. За диском 5 смонтирована вторая секция разрежения 8.

За секцией II смонтирована секция III, в которой установлен щелевой фильтр 9 из перекрещивающихся решеток со щелями шириной 0,1-0,5 мкм.

Нефтепродукт под установленным опытным путем давлением прокачивают через три секции рабочего активатора с не прозрачным корпусом 1, в первой его винтообразно поступательно перемешивают между внешней и внутренней пружинами, подают в вихревую зону в конце секции и нагнетают в микроканалы, из них впрыскивают в камеру разрежения второй секции, а в третьей продавливают через ломанные щели фильтра, окончательно диспергируют длинноцепочечные молекулы на короткоцепочечные, а их поток на мелкие струи и подают нефтепродукт в приемник или в топливную систему дизельного двигателя внутреннего сгорания.

В итоге операциями в трех секциях I, II и III активатора производят механическое смешивание и структурирование нефтепродуктов.

Обработка нефтепродуктов по предложенному способу приводит к более полному диспергированию молекул исходных парафинистых углеводородов и заметному улучшению их низкотемпературных свойств, в т.ч. для дизельного топлива, рапсового масла, рабочих жидкостей гидравлических систем.

Пример реализации способа.

Дизельное топливо марки JI-0,05-62, ГОСТ 305-82 в количестве 400 мл под давлением 2,5 кгс/см², заранее определенным в модели активатора, было подвергнуто прокачиванию через «Комбинированный статический смеситель-активатор» по патенту РФ №2411074. После этого оно, вместе с исходным дизельным топливом, также в количестве 400 мл, было подвергнуто охлаждению в климатической камере КХТВ-0,08 в лаборатории ОАО «Тамбов-Терминал» и контролю на низкотемпературные свойства в ФБУ «Тамбовский ЦСМ» (Заключение директора ФБУ «Тамбовский ЦСМ» Левчук И.Н. о повышении морозоустойчивости активированного дизельного топлива НК «Роснефть», приложение 1).

В результате охлаждения топлива в климатической камере КХТВ-0,08 и контроля его результатов выявлено, что товарное не активированное дизельное топливо марки Л-0,05-62, ГОСТ 305-82 при температуре минус 30°С полностью потеряло текучесть. Дизельное топливо той же марки, обработанное заявляемым способом, сохранило текучесть при минус 45°С без признаков образования кластеров».

Использование предложенного способа позволяет улучшить низкотемпературные свойства минеральных нефтепродуктов, в т.ч. дизельного топлива и рабочих жидкостей для гидравлических систем и позволяет применять их при эксплуатации автотракторной техники в условиях пониженных температур, а также уменьшить дымность отработавших газов автотракторных дизелей.