Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки дизельного топлива

Изобретение относится к способу очистки дизельного топлива от дисперсных механических загрязнений.

В процессе получения и транспортировки дизельного топлива высокого качества возникает проблема очистки его от механических примесей. Нефтепродуктопроводы в силу определенной степени изношенности могут служить источником загрязнения: мельчайшие частицы железной окалины (оксида железа), образующиеся на внутренней поверхности трубы вследствие коррозионных процессов, вымываются потоком дизельного топлива. Твердые частицы оксида железа могут быть столь мелкими по размерам (порядка 5 мкм), что способны проникать сквозь фильтры тонкой очистки. При этом, подчиняясь законам броуновского движения, они не оседают на дно резервуара при хранении дизельного топлива. Исследования показали, что несмотря на мельчайшие размеры, такие частицы могут вызывать дополнительный абразивный износ стенок цилиндро-поршневой группы.

Использование центробежных сепараторов для очистки дизельного топлива от механических примесей ограничено высокой стоимостью и энергоемкостью данного типа оборудования, а также сложностью и трудоемкостью их сборки, наладки и обслуживания.

Для очистки жидкости, например, может использоваться фильтрующая центрифуга, описанная в патенте RU 2250804 С2, опубликованном 24.04.2005, в которой под влиянием центробежных сил загрязняющие примеси оттесняются к стенкам фильтрующего элемента. Однако производительность установок по центрифугированию не отвечает масштабам очистки дизельного топлива, транспортируемого по магистральным нефтепродуктопроводам.

Основной проблемой очистки дизельного топлива и отработанного масла является удаление ультрадисперсных металлических частиц. В большинстве известных методов сначала проводят коагуляцию таких частиц в более крупные, а затем их отфильтровывают.

В последнее время быстрыми темпами развивается мембранная фильтрация. Она представляет собой способ физического разделения, и его движущая сила есть разность давлений на мембране. При использовании различных типов мембран можно разделять молекулы различных размеров. Мембранная фильтрация может использоваться для микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса, раскрытая в патенте RU 2638661 С2, опубликованном 15.12.2017. Например, микрофильтрация и ультрафильтрация используются для обработки водных систем для отделения соединений в биологических бульонах или других жидких средах. В индустрии напитков микрофильтрация применяется для очистки пива и вина; в молочной промышленности микрофильтрация и ультрафильтрация могут быть применены для обработки сырной сыворотки и молока. Микрофильтры используются также для осветления воды как следует из описания патента RU 2294794 С1, опубликованном 10.03.2007.

Известен способ очистки масла от ультрадисперсных частиц металла, раскрытый в патенте RU 2255795 С2, опубликованном 10.07.2005. Микрофильтрацию масла осуществляют при 50-60°С через наполненную кизельгуром или бентонитом фторполимерную мембрану с размером пор 0,1-0,5 мкм. Вязкость подогретого до 50°С индустриального масла (3,5-10 мм²/с) вполне сопоставима с вязкостью дизельного топлива (1,5-6 мм²/с), используемого в настоящей заявке. Недостатком способа, как и большинства мембранных технологий, является невысокая производительность, необходимость сооружения специальной фильтрующей установки, а также использования избыточного давления.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ очистки отработанного масла от твердых примесей, описанный в патенте RU 2023005 С1, опубликованном 15.11.1994. Очистку осуществляют обработкой масла органическим спиртом, с последующим отделением очищенного масла. В качестве очистителя используют полифторированный спирт, жидкий при нормальной температуре, имеющий ограниченную растворимость в масле и т.кип. 80-200°С.

Недостатком является трудность промышленного применения из-за сложности технологии и высокой стоимости полифторированного спирта.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка высокопроизводительного способа очистки дизельного топлива от дисперсных механических загрязнений, пригодного для промышленного применения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является повышение качества очистки дизельного топлива за счет выпадения в осадок дисперсных частиц оксида с глицерином, с последующим отстаиванием.

Указанная техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, способ очистки дизельного топлива включает в себя введение глицерина в количестве 5-10 мас. % в дизельное топливо при его перемешивании в течение 80-170 мин с последующим отстаиванием смеси в течение 12 ч.

Сущность изобретения поясняется фиг., на которой приведен график зависимости содержания железа в дизельном топливе, определенное методом рентгено-флуоресцентного анализа, от продолжительности перемешивания.

Содержание железа в дизельном топливе определялось после отстаивания двухфазной системы дизтопливо - глицерин. Отстаивание осуществляли в течение 12 часов.

Многоатомные спирты и некоторые их производные не смешиваются с углеводородами нефти и имеют плотность от 1,11 г/см³ (этиленгликоль) до 1,26 г/см³ (глицерин). Они широко используются в технике (теплоносители, антифризы, гидравлические жидкости, сырье для производства пластиков и др.). Гидроксильные группы спиртов могут образовывать водородные связи с атомами железа частиц оксида, за счет которых последние удерживаются на поверхности капелек полиатомных спиртов. Однако все они, кроме глицерина обладают недостатками: либо они частично растворяются в дизельном топливе (этиленгликоль, эфиры глицерина), либо являются дорогостоящими продуктами (четырех- и пятиатомные спирты).

Рассмотрим подробнее в качестве примера применение полиатомного спирта, а именно глицерина, в качестве тяжелой несмешивающейся жидкости где происходит концентрирование частиц оксида железа.

Экспериментально было установлено, что необходимо введение глицерина в количестве 5-10 мас. %, так как при количестве менее 5 мас. % эффективность очистки дизельного топлива недостаточно высокая, а введение более 10 мас. % - экономически не целесообразно.

Пример 1.

В стеклянную емкость объемом 1000 мл поместили 900 мл дизельного топлива, прошедшего фильтры тонкой очистки. Светло-коричневый цвет топлива свидетельствовал в пользу его загрязнения дисперсными частицами оксида железа. Предварительное тестирование пробы на рентгено-флуоресцентном анализаторе Спектроскан MAKC-GVM показало содержание железа в топливе в количестве 11,2 ppm. Затем включили верхнеприводную лопастную мешалку со скоростью 1500 об/мин и при перемешивании через делительную воронку тонкой струей влили 100 мл глицерина. Перемешивание продолжали 80 мин и после его выключения смеси дали отстояться в течение 12 часов. При этом смесь полностью разделилась на две фазы, где глицерин, имеющий плотность 1260 кг/м³, находился в нижней фазе, а дизельное топливо, имеющее плотность 840 кг/м³, в верхней. Глицерин после перемешивания и отстаивания приобрел «ржавую» окраску, а верхний слой дизтоплива стал прозрачным. Анализ пробы дизельного топлива показал, что содержание железа в нем снизилось до 6,9 ppm.

Пример 2.

Двухфазную систему из примера 1, полученную после отстоя, вновь подвергли перемешиванию в течение 90 мин и дали отстояться в течение 12 часов. Анализ пробы дизельного топлива показал снижение содержания железа до 5,3 ppm.

Таким образом, суммарно после 170 мин перемешивания двухфазной системы содержание железа в дизельном топливе снизилось более, чем в 2 раза.

Из графика следует, что содержание дисперсных частиц оксида железа в верхнем слое дизельного топлива существенно уменьшается.

В процессе отстаивания происходит процесс полного разделения жидкостей, при этом частицы оксида железа концентрируются в нижней глицериновой фазе, чья плотность выше плотности дизельного топлива. Ее отделяют, а очищенное дизельное топливо анализируют на присутствие железа.

По результатам проведенных опытов установлено следующее.

Перемешивании смеси менее 80 мин приводит к недостаточно высокой очистке дизельного топлива, при более 170 мин содержание железа от продолжительности перемешивания изменяется слабо.

Отстаивание смеси менее 12 ч не гарантирует полного отсутствия капелек глицерина в дизельном топливе, которое как раз идентифицируется после 12-часового отстаивания.

Приведенные примеры показывают, что с целью очистки дизельного топлива от взвешенных дисперсных частиц оксида железа необходимо на достаточном расстоянии от приема в резервуарный парк в трубопровод ввести 5-10 мас. % глицерина. Поскольку режим течения дизельного топлива, как правило, турбулентный, глицерин, попадая в зону интенсивного перемешивания, диспергируется на мелкие капли, которые адсорбируют на себя частицы оксида железа. При попадании обработанного дизельного топлива в резервуар капли глицерина с частицами оксида железа достаточно быстро оседают, образуя нижний глицериновый слой. Далее очищенное дизельное топливо направляется потребителю, а глицерин отбирается из нижнего слоя на регенерацию.