ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО УНИФИЦИРОВАННОЕ ВСЕСЕЗОННОЕ

Изобретение относится к жидким углеводородным топливам на основе смесей углеводородов для воспламенения от сжатия, в частности, к дизельному топливу, и может быть использовано в технике, в том числе и судовой, в летнее, межсезонное и зимнее время на всей территории Российской Федерации при температуре окружающей среды не ниже минус 45°С.

В июле 2006 г. введен в действие ГОСТ Р 52368 [1 - ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»], в котором дизельные топлива для умеренного климата представлены шестью сортами: А, В, С, D, Е, F, а для холодного и арктического климата - пятью классами: 0, 1, 2, 3, 4 (стр. 4-5). Низкотемпературные свойства этих дизельных топлив определяются двумя показателями: температурой помутнения (Тп) и предельной температурой фильтруемости (ПТФ).

В ГОСТ Р 52368 (Приложение Г) приведена таблица с рекомендациями по сезонному применению дизельных топлив. Например, дизельное топливо класса 4 с температурой помутнения «не выше минус 34°С» и предельной температурой фильтруемости «не выше минус 44°С» рекомендуется применять с 15 октября по 15 мая в таких районах как Якутия, Магаданская обл., острова Северного Ледовитого океана и др., с 15 мая по 15 июня - класс 1, с 15 июня по 31 августа сорт D, с 1 сентября по 15 октября опять класс 1, а с 15 октября нужно снова перейти на класс 4. Недостатком вышеуказанных топлив является то, что в течение года для обеспечения надежной эксплуатации техники необходимо не менее пяти раз произвести замену одной марки топлива на другую, соответствующую рекомендациям по сезонному применению марки дизельного топлива.

Большие осложнения возникают при применении дизельных топлив в межсезонье, связанные с заменой марок дизельного топлива для умеренного климата (сорта: А, В, С, D, Е, F) на дизельные топлива для зимнего (классы: 0, 1, 2, 3) и арктического климата (класс 4), а также раздельного транспортирования и хранения различных марок дизельного топлива при разных условиях.

Перед авторами стояла задача разработать унифицированное всесезонное дизельное топливо, которое могло бы обеспечить надежную работу двигателей техники, в том числе и судовой (обязательным требованием к топливам для судовой техники является значение температуры вспышки в закрытом тигле не ниже 62°С), в течение всего года независимо от сезонных изменений температуры окружающего воздуха. Такое топливо также должно иметь низкотемпературные характеристики на уровне требований: температура помутнения - не выше минус 35°С, предельная температура фильтруемости - не выше минус 45°С, температура застывания (Тз) - не выше минус 55°С.

Учитывая вышеизложенное разрабатываемое дизельное топливо унифицированное всесезонное (далее - ДТУВ) должно соответствовать следующим требованиям:

В настоящее время дизельные топлива выпускаются по пяти ГОСТ: ГОСТ Р 52368-2005, ГОСТ 32511-2013 [2 - ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»], ГОСТ 305-2013 [3 - ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия»], ГОСТ Р 55475-2013 [4 - ГОСТ Р 55475-2013 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное. Технические условия»], ГОСТ РВ 9130-002-2011 [5 - ГОСТ РВ 9130-002-2011 «Военная техника. Топливо дизельное. Технические условия»], которые предъявляют соответствующие требования к основным показателям, определяющим специфику эксплуатации техники, качественную работу двигателей и сезонность применения. Следует отметить, что практически у всех топлив улучшены значения показателей, характеризующих экологическую безопасность - содержание серы снижено до 10 мг/кг, содержание полициклических ароматических углеводородов - до 8% масс.; для улучшения низкотемпературных характеристик в состав вовлекаются керосиновые фракции и депрессорно-диспергирующие присадки. Для обеспечения надежной работы двигателя и обеспечения требований ГОСТ в дизельные топлива вовлекаются и другие присадки отечественного и зарубежного производства: противоизносные присадки до 0,04% масс, и промоторы воспламенения до 0,30% масс. Тип и концентрация депрессорно-диспергирующих присадок подбирается к конкретному углеводородному составу фракций, вовлекаемых в композицию топлива.

Так, ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590: 2009) и ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) включают по одиннадцать марок каждый, ГОСТ 305-2013 - 8 марок, ГОСТ Р 55475-2013 - 5 марок и ГОСТ РВ 9130-002-2011 - 8 марок.

Требования различных ГОСТ к маркам дизельного топлива, определяющие сезонное применения и вид техники, представлены в таблице 1.

Известно дизельное топливо, которое содержит смесь прямогонной нефтяной фракции, выкипающей в интервале 110-140°С, и прямогонной нефтяной фракции, выкипающей в интервале 200-360°С, взятых в соотношении 2-6:1, соответственно, и депрессорную присадку. Это дизельное топливо обладает улучшенной стабильностью при длительном хранении в условиях низких температур (ПТФ равна минус 47°С) [6 - RU Патент №2205201 C10L 1/08, 2003 г.].

Учитывая, что температура начала кипения у заявленной композиции дизельного топлива 130°С и ниже, значение температуры вспышки в закрытом тигле будет ниже 30°С, что не обеспечит выполнения требований действующих стандартов. Кроме того, топливо содержит депрессорную присадку, что запрещено для топлив, поставляемых по государственному оборонному заказу.

Известна композиция дизельного топлива, состоящая из керосиновой фракции прямой перегонки нефти, 96% которой выкипает до 250°С, фракции, 96% которой выкипает до 320°С, и топлива для реактивных двигателей марки Т-6 при следующем соотношении компонентов: 20-25% керосиновой фракции, 96% которой перегоняется до 250°С, 1-10% фракции, 96% которой перегоняется до 320°С, и 7-74% топлива для реактивных двигателей марки Т-6. Полученный таким образом целевой продукт удовлетворяет требованиям к топливу дизельному арктическому марки А-0,2 по [3] с Тп не выше минус 45°С и Тз не выше минус 55°С и превосходит требования к топливу дизельному ЕВРО класса 4 по ГОСТ Р 52368 по этим показателям [7 - RU Патент №2205862 C10L 1/08, 2003 г.]. Недостатком данной композиции является наличие в составе топлива для реактивных двигателей марки Т-6, которое в настоящее время не производится.

Известно топливо, которое в качестве базового компонента содержит газоконденсатное дизельное топливо широкого фракционного состава или дизельное топливо нефтяного происхождения, а в качестве депрессорно-диспергирующей присадки содержит (% масс.): алкил(С₃-С₁₀)нитрат - не более 75; алкил(С₁-С₂₅) сукцинимид 0,1-15; сополимер высших эфиров С₆-С₂₈ акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером - до 60; непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид - до 100 или сополимер этилена с альфа-олефинами с молекулярной массой 500-30000 - не более 50; непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид - до 100. Дизельное топливо имеет ПТФ минус 50°С и Тз минус 70°С [8 - RU Патент №2320707 C10L 1/188, 2008 г.].

Недостатком этого дизельного топлива является наличие в составе депрессорно-диспергирующей присадки, что запрещено для топлив, поставляемых по государственному оборонному заказу, так как такие топлива расслаиваются при хранении при температурах ниже Тп, но выше ПТФ, что приводит к забивке топливных фильтров кристаллами парафинов и невозможности запуска двигателя.

Известно дизельное топливо, улучшение низкотемпературных свойств которого достигается тем, что в газоконденсатное топливо вводится депрессорная присадка в количестве 0,001-1,0% масс., содержащая алкил(С₃-С₂₀) нитрат, алкил(С₁-С₂₅) сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид, и сульфат кальция. Дизельное топливо, полученное согласно этому изобретению, имеет Тп минус 37°С и ПТФ минус 50°С, что не обеспечивает требования к низкотемпературным характеристикам дизельного топлива унифицированного всесезонного [9 - RU Патент №2378323 C10L1/10, 2010 г.].

Известно дизельное топливо, которое предназначено для использования в быстроходных дизелях в условиях Крайнего Севера и Арктической зоны. Дизельное топливо содержит смесь гидроочищенных нефтяных фракций, выкипающих в интервалах 170-250°С и 180-190°С, полученных раздельно и взятых в соотношении 49:50-50:51% об. и имеет ПТФ минус 69°С и Тз минус 70°С [10 - RU Патент №2552113 C10L 1/04, 1/08, 2015 г.].

Недостатком этого дизельного топлива является использование в качестве компонента узкой дизельной фракции, выкипающей в пределах 180-190°С, что требует высокой точности контроля за технологическим процессом, а малейшее отклонение приводит к ухудшению низкотемпературных характеристик конечного продукта.

Рассмотренные выше дизельные топлива содержат различные фракции вторичных процессов нефтепереработки, газоконденсатное топливо и керосиновые фракции, имеют сложные составы и разрабатываются для улучшения некоторых свойств дизельного топлива, но ни одно из них не обеспечивает применение топлива всесезонно в наземной и морской технике.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является дизельное топливо, которое состоит из базового компонента и присадок: противоизносной присадки в количестве 0,02-0,04% масс. и 0,15-0,30% масс. промотора воспламенения. При этом базовый компонент представляет собой фракцию нефти, выкипающую в пределах 170-340°С, или ее смесь с газойлем замедленного коксования и/или каталитического крекинга, выкипающих в пределах 170-340°С, с последующей гидроочисткой и гидродепарафинизацией или гидроизомеризацией, а также глубокой стабилизацией до температуры начала кипения не ниже 175°С, что позволяет получить показатели качества, удовлетворяющие дизельному топливу как для умеренного климата, так и для холодного и арктического климата:

[11 - RU Патент №2559877 C10L 1/00, 1/04, 1/06,1/08, 2015 г. прототип].

Практически, топливо является всесезонным и удовлетворяет требования [1] и [2], но не удовлетворяет требованиям [3] и [5] по показателю «Температура вспышки в закрытом тигле» (не ниже 62°С), что не позволяет использовать такое топливо в двигателях судовой техники, т.е. оно не является унифицированным.

Технический результат изобретения - сокращение номенклатуры применяемых марок дизельного топлива с 43 до одной и возможность использования такого топлива не только в двигателях наземной, но и судовой техники, а также снижение затрат на производство за счет сокращения содержания в составе топлива противоизносной присадки и исключения из состава топлива промотора воспламенения.

Указанный технический результат достигается тем, что дизельное топливо унифицированное всесезонное на основе среднедистиллятных нефтяных фракций, содержащее базовой компонент и противоизносную присадку, согласно изобретению в качестве базового компонента содержит изодепарафинизированную дизельную фракцию, выкипающую в интервале 174-334°С, противоизносную присадку в количестве 0,015-0,020% масс., добавленную в расчете на базовый компонент.

Отличием заявленного технического решения является использование в качестве базового компонента изодепарафинизированной дизельной фракции, которую получают на установке регенерации катализатора и гидродеароматизации на катализаторах изодепарафинизации на предприятии ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», выкипающей в интервале 174-334°С, которая, преимущественно, состоит из алканов нормального и изостроения, имеющих высокие значения цетановых чисел [12 - Пучков Н.Г, Дизельные топлива - М., ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1953. - 73 с.], с противоизносной присадкой, в количестве 0,015-0,020% масс. Это позволяет не использовать газойль замедленного коксования и/или каталитического крекинга, выкипающего в пределах 170-340°С, с последующей гидроочисткой и гидродепарафинизацией или гидроизомеризацией, а также глубокой стабилизацией и промотор воспламенения в составе композиции топлива. При разработке состава дизельного топлива унифицированного всесезонного были получены образцы изодепарафинизированной дизельной фракции, выкипающие в различных интервалах. Характеристики образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты испытаний изодепарафинизированных дизельных фракций различного фракционного состава

*прототип содержит противоизносную присадку в количестве 0,04% масс. и промотор воспламенения в количестве 0,30% масс.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что все предлагаемые фракции удовлетворяют требованиям по показателям «Содержание серы» и «Цетановое число».

Прототип (обр. 1) не удовлетворяет требованиям к ДТУВ по низкотемпературным характеристикам и показателю «Температура вспышки в закрытом тигле», а также содержит промотор воспламенения.

Из данных, представленных в таблице 2, следует, что фракция 173-356°С (обр. №2) не удовлетворяет требованиям к ДТУВ по низкотемпературным характеристикам и показателю «Температура вспышки в закрытом тигле». У фракции 174-334°С (обр. №5) за счет повышения начала кипения увеличилось значение температуры вспышки в закрытом тигле, а за счет снижения конца кипения у фракций 171-333°С (обр. №3), 172-334°С (обр. №4), 174-334°С (обр. №5) улучшились низкотемпературные характеристики. Значения показателей «Плотность при 15°С» и «Кинематическая вязкость при 40°С» выбранных фракций удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ДТУВ.

Из данных таблицы 2 также следует, что фракция 174-334°С (обр. №5) полностью удовлетворяет требованиям к ДТУВ но указанным показателям, за исключением показателя «Смазывающая способность».

Значения показателя «Смазывающая способность» приведено к требуемой норме добавлением к фракции противоизносной присадки.

Была исследована возможность использования любой (перечень - в таблице 3) противоизносной присадки с фракцией 174-334°С (обр. №5, таблица 2).

На нефтеперерабатывающих заводах Российской Федерации широко используются противоизносные присадки следующих марок: «Комплексал-ЭКО «Д» по ТУ 0257-048-48120848-2010 производства ООО «Новокуйбышевский завод масел и присадок», «Байкат» по ТУ 0257-027-46693103-2016 производства АО «АЗКиОС», «АддиТОП СМ/ AddiTOP L» по СТО 67177647-001-2011 производства ООО «НТЦ Салаватнефтеоргсинтез». Основой новой всех противоизносных присадок являются жирные кислоты в ароматических растворителях. Применяются присадки в дозировке 0,020-0,040% масс. [13 - Данилов A.M., Современное состояние производства и применения присадок при выработке дизельных топлив ЕВРО-3, 4, 5 - М., Спутник, 2009. - 5 с.].

На основе изодепарафинизированной дизельной фракции, выкипающей в интервале 174-334°С (обр. №5, таблица 2), были приготовлены образцы дизельного топлива унифицированного всесезонного, содержащие различные противоизносные присадки.

Состав образцов дизельного топлива унифицированного всесезонного приведен в таблице 3. Все образцы содержат 100% об. изодепарафинизированной дизельной фракцию, выкипающей в интервале 174-334°С (обр. №5, таблица 2). Противоизносную присадку добавляли на 100% об. фракции в концентрациях, приведенных в таблице 3.

Для приготовления образцов разрабатываемого ДТУВ были использованы противоизносные присадки российского производства, применяемые на нефтеперерабатывающих заводах РФ, прошедшие испытания с положительными результатами и допущенные к применению установленным порядком: «Комплексал-ЭКО «Д», «Байкат», «АддиТОП СМ/ AddiTOP L». Результаты испытаний образцов по показателю «Смазывающая способность» представлены в таблице 3.

*норма по показателю согласно нормативным документам [1-5] - «не более 460 мкм».

Результаты, приведенные в таблице 3, свидетельствуют о том, что вовлечение противоизносной присадки в количестве 0,015-0,020% масс. (обр. №№9, 10) обеспечивает требования по показателю «Смазывающая способность» (не более 460 мкм). Дальнейшее увеличение содержания противоизносной присадки экономически нецелесообразно.

Таким образом, оптимальными свойствами обладает дизельное топливо унифицированное всесезонное, состоящее из изодепарафинизированной дизельной фракции, выкипающей в интервале 174-334°С, и противоизносной присадки в количестве 0,015-0,020% масс., добавленной в расчете на фракцию.

Для испытаний на соответствие разработанным тактико-техническим требованиям (ТТТ) к ДТУВ была приготовлена опытная партия следующего состава: 100% масс. изодепарафинизированной фракции 174-334°С (обр. №5, таблица 2) и 0,015% противоизносной присадки «Комплексал-ЭКО «Д» (обр. №9, таблица 3). Результаты испытаний представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели физико-химических и эксплуатационных свойств ДТУВ

Как следует из результатов испытаний, приведенных в таблице 4, заявляемое дизельное топливо унифицированное всесезонное полностью удовлетворяет требованиям ТТТ, требованиям, указанным на странице 2, и, как результат, обеспечивает эксплуатацию дизельных двигателей наземной и судовой техники (таблица 4, строка 8) в умеренном, холодном и арктическом климате (таблица 4 строки 4-6).

Сравнение заявленного изобретения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, не выявило изобретений, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Состав ДТУВ, описанный в изобретении, промышленно реализуем, изобретение осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения, позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Заявленный состав дизельного топлива унифицированного всесезонного имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - сокращение номенклатуры применяемых марок дизельного топлива с возможностью использования ДТУВ в двигателях наземной и судовой техники в умеренном, холодном и арктическом климате, что приведет к значительному снижению затрат на производство, транспортирование, хранение и эксплуатацию техники за счет сокращения содержания в составе топлива противоизносной присадки и исключения из состава топлива промотора воспламенения.

Таким образом, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.