Кислородсодержащее композиционное дизельное топливо Российский патент 2024 года по МПК C10L1/04 C10L1/185 

Изобретение в целом относится к топливам для дизельных двигателей, включающим нефтяные и возобновляемые компоненты, и может быть использовано в качестве топлива для дизельных двигателей без ограничений.

Далее заявителем представлены термины, использованные в заявочных материалах, для исключения неоднозначного толкования заявочных материалов.

Дизельное топливо: жидкое нефтяное топливо для использования в двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, получаемое при переработке нефтей и газовых конденсатов;

Композиционное дизельное топливо: устойчивая топливная смесь, которая состоит из двух или более компонентов дизельного топлива, в том числе может содержать стандартные присадки: противоизносные, антиокислительные, противодымные, повышающие цетановое число, депрессорные, антикоррозионные, диспергирующие агенты, моющие добавки, агенты на основе парафинов, препятствующие оседанию, агенты, улучшающие холодную текучесть, смазывающую способность, снижающие помутнение, стабилизаторы, антивспениватели, красители, маркеры, присадки для интенсификации горения, деактиваторы металлов, агенты, маскирующие запахи и т.д., известные специалистам в данной области техники.

Оксигенат: кислородсодержащее органическое соединение, которое может быть использовано как топливо или добавка к топливу.

Базовое биодизельное топливо (биодизель): топливо из моноалкиловых эфиров длинноцепочечных жирных кислот, полученных из растительных масел или животных жиров, имеющее обозначение B100 по EN 14214 [EN 14214:2019 Liquid petroleum products - Fatty acid methyl esters (FAME) for use in diesel engines and heating applications - Requirements and test methods], ГОСТ Р 53605 [ГОСТ 53605 Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME) для дизельных двигателей. Общие технические требования].

Смеси биодизельного топлива ВХХ: топливные смеси, содержащие базовое биодизельное топливо в количестве ХХ% об. в дизельном топливе [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods].

Паральдегид: органическое вещество, циклический тример ацетальдегида, ограниченно растворимый в воде и неограниченно растворимый в органических растворителях [Потехин А. А. (ред.). Свойства органических соединений: справочник. - Химия. Ленингр. отд-ние, 1984].

Мировая тенденция по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу при производстве и использовании топлив нефтяного происхождения приводит к необходимости вовлечения альтернативных источников сырья [Брагинский О. Б. Альтернативные моторные топлива: мировые тенденции и выбор для России //Российский химический журнал. - 2008. - Т. 52. - №. 6. - С. 137-146]. Одним из таких источников является биомасса (продукты растительного и животного происхождения, отходы сельскохозяйственной, лесохимической промышленности). По данным Статистического Ежегодника мировой энергетики [URL:https://yearbook.enerdata.ru/total-energy/world -consumption-statistics.html] производство энергии на основе биомассы возросло до 9%, на основе природного газа - до 23%, электричества - до 10%. Нефть и уголь в структуре источников энергии в мире по данным на 2019 год составляют 31% и 26% соответственно. На основе биомассы могут быть получены различные кислородсодержащие соединения, которые в дальнейшем используются в качестве топливных компонентов.

Положительным результатом применения оксигенатов в составе дизельных топлив или смесей биодизельных топлив является широкая возобновляемая сырьевая база для их производства и наличие кислорода. За счет увеличения содержания кислорода возможно более полное сгорание топливной смеси, обеспечивается высокая скорость сгорания, обеспечивается единовременное снижение токсичности отработавших газов, дымности, зольности соответственно [Effect of Oxygenated Fuel Additive on Diesel Engine Performance and Emission: A Review A. R. Patil, S. G. Taji], [Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л. Химмотология. - 1986]. Наиболее распространенной добавкой для традиционных дизельных топлив являются моноалкиловые эфиры длинноцепочечных жирных кислот, получаемые в основном из масличных культур (базовое биодизельное топливо). Согласно государственным стандартам известно использование смесей биодизельного топлива в различных соотношениях [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods].

Однако чистый биодизель и его смеси обладают рядом существенных недостатков. В100 и его смеси с нефтяным дизельным топливом имеют:

- плохие низкотемпературные свойства,

- повышенную вязкость по сравнению с нефтяным дизельным топливом.

Это оказывает негативный эффект на работу двигателя, особенно в холодных климатических условиях, и ограничивает применение биодизеля в составе топлив.

Так же дефицит масличных культур препятствует наращиванию объемов производства биодизеля [Kumar S., Singhal M. K., Sharma M. P. Utilization of mixed oils for biodiesel preparation: a review //Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. - 2021. - С. 1-34]. В настоящее время существует потребность поиска новых альтернативных источников сырья для производства компонентов к дизельным топливам.

Широкой ресурсной базой обладает этанол, однако результаты многочисленных исследований подтверждают несоответствие его физико-химических и эксплуатационных свойств дизельным топливам, как, например, низкое цетановое число, низкая температура вспышки в закрытом тигле, низкая фазовая устойчивость этанол-содержащих дизельных топлив, что не позволяет использовать этанол в составе дизельных топлив [Park S. H., Youn I. M., Lee C. S. Influence of ethanol blends on the combustion performance and exhaust emission characteristics of a four-cylinder diesel engine at various engine loads and injection timings //Fuel. - 2011. - Т. 90. - №. 2. - С. 748-755].

Исходя из вышеперечисленного, наиболее перспективным путем вовлечения этанола в состав дизельных топлив является его переработка в паральдегид по схеме (1). При этом паральдегид по физико-химическим свойствам находится ближе к дизельному топливу, чем этанол.

Паральдегид может быть получен одним из известных как таковых способом. Например, дегидрированием этанола может быть получен ацетальдегид [URL:http://epcchemicalplant.com/5-acetaldehyde-plant.html], [Пат. РФ 2558368], [Авт.свидетельство. SU 132216], из которого с использованием кислотных катализаторов может быть синтезирован паральдегид [Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Издание 3-е, переработанное / Н.Н. Лебедев - М.: Химия, 1981 - 592 с.], [Pat. US 2479559], [Pat. US 3627786], [Пат. РФ 2535375], [Pat. US 5527969].

При этом, по мнению заявителя, можно констатировать факт того, что получение паральдегида является одним из наиболее экономичных вариантов получения ограниченно растворимых в воде компонентов из этанола, т.к. выход паральдегида на этанол составляет 95,8% масс. или 76,1% об.

Применение паральдегида в качестве топливного компонента экономически обосновано на базе расчётов себестоимости получения паральдегида, результаты которых представлены далее на фигурах. На Фиг. 1 и Фиг. 2 показано изменение себестоимости получения паральдегида (в зависимости от цены на этанол) и стоимости дизельного топлива в $/галлон без налогов в период с 2017 по 2022 гг. для Германии и США. Выбор стран для оценки экономической целесообразности объясняется высокой долей возобновляемых компонентов на топливном рынке указанных стран. Стоит отметить, что расчетная себестоимость паральдегида значительно ниже стоимости дизельного топлива, за исключением короткого временного промежутка с апреля 2021 г. по январь 2022 г., что объясняется последствиями сложившейся эпидемиологической ситуацией в данный период. Представленные графики динамики цен подтверждает экономическую целесообразность использования топливных композиций по заявленному техническому решению.

Чистый паральдегид не может быть применен в качестве самостоятельного топлива для дизельных двигателей, так как имеет высокую температуру застывания плюс 13 °С, низкую вязкость 0,835 мм2/с, и низкую температуру вспышки 24 °С, что не соответствуют требованиям стандартов [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия] на дизельное топливо, указанных в Таблице 1 на Фиг.3.

Определение низкотемпературных свойств (температуры помутнения, температуры застывания) позволяет оценить возможность использования кислородсодержащих композиционных дизельных топлив при низких температурах. Это наиболее важно для стран, где температура в зимний период сильно снижается, что крайне негативно влияет на возможность транспортировки и использования топлив. Низкотемпературные свойства дизельных топлив, смесей биодизельных топлив должны соответствовать требованиям стандартов EN 590:2009 [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], ГОСТ 32511-2013 [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия], ГОСТ 33131-2014 [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], EN 16734:2022 [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], EN 16709:2022 [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods], представленных в Таблице 1 на Фиг. 3.

Показатель температуры вспышки, определяемой в закрытом тигле, нормируется для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожарной опасности и потерь на испарение, что необходимо для правильной эксплуатации и хранения топлив [Макушев Ю. П., Жигадло А. П., Волкова Л. Ю. Химмотология //Омск: СибАДИ. - 2019]. Температура вспышки дизельных топлив, смесей биодизельных топлив не может быть ниже приведенных значений в Таблице 1 на Фиг. 3, соответствующих требованиям стандартов EN 590:2009 [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], ГОСТ 32511-2013 [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия], ГОСТ 33131-2014 [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], EN 16734:2022 [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], EN 16709:2022 [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods].

Значение кинематической вязкости для дизельных топлив, смесей биодизельных топлив имеет верхнюю и нижнюю границу по требованиям EN 590:2009 [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], ГОСТ 32511-2013 [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия], ГОСТ 33131-2014 [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], EN 16734:2022 [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], EN 16709:2022 [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods], представленных в Таблице 1 на Фиг. 3. При этом изменение вязкости ниже требуемых значений приводит к увеличению износа деталей двигателя из-за недостаточной смазывающей способности, ухудшается процесс смесеобразования, происходит неполное сгорание топлива. Изменение вязкости выше требуемых значений приводит к увеличению дальнобойности факела распыляемого топлива в цилиндре двигателя, неоднородности распыления топлива в цилиндре двигателя, повышению максимального давления перед форсункой, в зимнее время значительно затрудняется пуск двигателя [Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л. Химмотология. - 1986].

Заявителем проведены исследования добавления паральдегида в широком диапазоне концентраций 0,05% до 50% и выявлен наиболее эффективный диапазон. Оптимальное содержание паральдегида в дизельном топливе, смесях биодизельного топлива составляет от 0,05 до 20% масс., так как при этом вязкость, температура вспышки, низкотемпературные свойства топливных композиций остаются в допустимых стандартами пределах [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods], [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия], (см. Пример № 1, Пример № 2, Пример № 3, Пример № 4, Пример № 5, Пример № 6, Пример № 7).

При добавлении паральдегида выше 20% масс. к дизельному топливу, смесям биодизельного топлива, получаемые топливные смеси не соответствуют требованиям стандартов [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods], [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия] по показателю кинематической вязкости, температуры вспышки (см. Пример № 8, Пример № 9, Пример № 10).

Добавление паральдегида к топливу в количестве менее 0,05% масс. является экономически не целесообразным.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлено изобретение по патенту WO03062354 «Углеводородное топливо». Сущностью известного технического решения является получение углеводородного топлива, содержащего в своем составе следующие компоненты в определенной пропорции: a) лимонен от 2% до 60%, б) паральдегид от 1% до 5%, в) этиленгликоль от 1% до 5%, г) глицерин от 5% до 25%, д) тетрагидрофуран от 10% до 40%, е) третичный бутиловый спирт от 10% до 20%, ж) анисальдегид от 5% до 30%, з) фелландрен от 5% до 25%, т.е. циклопентан 2% до 105, и) арабиноза от 2% до 10%, к) этиловый спирт от 22% до 40%.

Настоящее изобретение в целом относится к технологии энергосбережения, к производству новых видов топлива и углеводородного топлива из биомассы.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному техническому решению являются:

- отсутствие возможности получения композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей);

- использование компонентов, не имеющих широкую ресурсную базу;

- содержание компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе (этиленгликоль, глицерин, тетрагидрофуран, третичный бутиловый спирт, арабиноза, этиловый спирт);

- содержание компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, что приводит к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры - добавка к композиционному дизельному топливу не полностью состоит из возобновляемых компонентов.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ № 2544239 «Биотопливная композиция». Сущностью известного технического решения является биотопливная композиция на нефтяном продукте, содержащая биодобавку на основе ацеталей и растительных масел, отличающаяся тем, что она представляет смесь нефтяного дизельного топлива 98-60 об.% и биодобавки 2-40 об.%, в качестве биодобавки используют диэтилформаль 35-40 об.%, остальное глицериды ненасыщенных жирных кислот. Биотопливная композиция на нефтяном продукте по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве глицеридов ненасыщенных жирных кислот используют любые растительные масла.

Заявленное техническое решение относится к дизельным топливам и может быть использовано в народном хозяйстве в качестве моторного топлива, эквивалентного по физико-химическим характеристикам нефтяному моторному топливу.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному является:

- содержание компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, что приводит к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры;

- не используется паральдегид;

- содержание глицеридов ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящей к частой замене моторного масла.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту GB№448446 «Усовершенствования в отношении топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания и для других целей», сущностью которого является получение жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания, улучшающееся путем добавления смеси паральдегида и полициклического углеводорода, например, нафталина или гидрогенизированного нафталина. Смесь также может содержать ацетальдегид, ацетон, ароматический амин, например, анилин, толуидин или аминоцимен, и маслянистый или аналогичный материал, служащий смазкой для верхнего цилиндра. Обычно 1,0% смеси добавляется к дизельному топливу и 0,5% к бензину или заменителям, состоящим из углеводородов и до 25% из спирта. Примеры смесей: 1) 20-50% паральдегида с 50-80% тетрагидронафталина; 2) 50 % веретенного масла с 20 % паральдегида и 30 % тетрагидронафталина.

Настоящее изобретение относится к топливам, которые используются в двигателях внутреннего сгорания, включая двигатели на тяжелой нефти, например, двигатели с воспламенением от сжатия, и для других целей.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному являются:

- содержание полициклических углеводородов, снижающих цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива;

- использование компонентов, не имеющих широкую ресурсную базу;

- добавка к композиционному дизельному топливу не полностью состоит из возобновляемых компонентов.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту GB№1360313 «Топливо двигателя внутреннего сгорания». Сущностью является получение бензина, который содержит от 0,2 до 12 об%. добавки, содержащей, по крайней мере, одно соединение, имеющее общую формулу R₁CН(OR₂)(OR₃), где R₁ = H или CH₃, и R₂ и R₃, представляют собой CH₃, C₂H₅, C₃H₇ или С₄Н_9, а также растворители, и/или вспомогательные компоненты и/или вода. Добавка включает метилаль, диметилацеталь или этилформаль, предпочтительно с дополнительными компонентами, например, метанолом, изопропанолом, изобутанолом, анилином, метиланилином и паральдегидом.

Настоящее изобретение относится к топливу для использования в двигателе внутреннего сгорания, который производит выхлопные газы с пониженным содержанием CO.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному является:

- отсутствие возможности получения композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей);

- использование компонентов, не имеющих широкую ресурсную базу;

- содержание компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе (метилаль, метанол, изопропанол);

- добавка к топливу не полностью состоит из возобновляемых компонентов.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту CA№280524 «Состав топлива», сущностью является использование альдегидов, таких как ацетальдегид и, в частности, паральдегид, который будет легко диффундировать и создавать устойчивые растворы с жидким углеводородным топливом, добавляются к бензину или аналогичному углеводородному топливу; накопление углерода в двигателе при сгорании происходит без какого-либо вредного воздействия для двигателя, а также с небольшим увеличением мощности. После трех проведенных испытаний выяснилось, что эффект усиливается, если добавляется ненасыщенный углеводородный газ, который постоянно остается в растворе в смеси.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к средствам предотвращения осаждения углерода в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному являются:

- отсутствие возможности получения композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей);

- используются в качестве добавки ненасыщенный углеводородный газ, что резко снижает техническую применимость топлива;

- добавка к топливу не полностью состоит из возобновляемых компонентов.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту US№4541837 «Топлива», сущностью которого является использование в качестве топлива смеси двух компонентов (А) метанола или этанола в качестве основного компонента топлива и в качестве добавки для улучшения характеристик сжатия-воспламенения спирта компонента (Б) по меньшей мере еще одного органического соединения который имеет температуру самовоспламенения менее 450 °C.

Соотношения компонентов (А) и (Б) могут варьироваться в широких пределах, например, от 99,9999 до 0,1 частей спирта на 100 частей топливной смеси. При желании может быть добавлено до примерно 15% по массе воды. Конкретными примерами соединений, которые могут быть смешаны с метанолом и/или этанолом, являются ацетальдегид, паральдегид, тетрагидрофуран, нитрометан, пропаналь, 2-этоксиэтилнитрат, 2-бутоксиэтилнитрат, 2'-бутокси-2-этокси-этилнитрат, диэтиленгликольдинитрат, триэтиленгликольдинитрат и динитрат полиэтиленгликоля средней молекулярной массы 400.

При производстве топливо может быть получено путем смешения компонентов. К предложенному составу топлива могут быть добавлены другие органические, металлоорганические или неорганические материалы, например, смазочные материалы (например, касторовое масло), стабилизаторы, ингибиторы коррозии, улучшители зажигания, другие виды топлива, топливные расширители и топливные присадки.

Топливо может впрыскиваться в двигатель через систему впрыска топлива и/или вводиться в двигатель через воздухозаборный коллектор в виде смеси или отдельно. Дизельное топливо может впрыскиваться в виде смеси с топливом по изобретению или отдельно от него.

Недостатками известного технического решения по отношению к заявленному являются:

- содержание компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе (метанол, этанол, ацетальдегид, тетрагидрофуран, пропаналь);

- содержание компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, что приводит к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры.

Таким образом, исследованный заявителем на дату представления заявочных материалов уровень техники показал, что выявленные источники обладают теми или иными, иногда весьма существенными недостатками, которые препятствуют достижению заявленного технического результата.

Выявленный заявителем уровень техники из научно-технической и патентной информации позволяет сделать вывод о том, что известные технические решения не позволяют разрешать полный спектр задач, решаемый заявленным техническим решением, при этом Таблица 2 на Фиг.4 представляет собой систематизированный материал, доказывающий возможность достижения поставленных технических результатов в разных аналогах по отдельности, по сравнению с достижением всей совокупности технических результатов в заявленном техническом решении.

Техническим результатом заявленного технического решения является:

1. Получение композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей).

2. Использование возобновляемых компонентов.

3. Использование компонентов, имеющих широкую ресурсную базу.

4. Исключение содержания компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе.

5. Использование паральдегида.

6. Создание добавки к композиционному дизельному топливу, полностью состоящей из возобновляемых компонентов.

7. Исключение компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, которые приводят к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры.

8. Исключение содержания глицеридов ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящей к частой смене моторного масла.

9. Исключение содержания полициклических углеводородов, снижающих цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива.

10. Исключение использования ненасыщенного углеводородного газа, резко снижающего техническую применимость топлива.

Сущностью заявленного технического решения является кислородсодержащее композиционное дизельное топливо, содержащее от 0,05 до 20% масс. паральдегида, остальное дизельное топливо или смесь дизельного топлива с базовым биодизельным топливом - до 100 % масс.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг.4.

На Фиг. 1 показано изменение себестоимости получения паральдегида (в зависимости от цены на этанол) и стоимости дизельного топлива в $/галлон без налогов в период с 2017 по 2023 гг. для США.

На Фиг. 2 показано изменение себестоимости получения паральдегида (в зависимости от цены на этанол) и стоимости дизельного топлива в $/галлон без налогов в период с 2017 по 2023 гг. для Германии.

Выбор стран (США и Германия) для оценки экономической целесообразности объясняется высокой долей возобновляемых компонентов на топливном рынке указанных стран. Стоит отметить, что расчетная себестоимость паральдегида значительно ниже стоимости дизельного топлива за исключением короткого временного промежутка с апреля 2021 г. по январь 2022 г., что объясняется последствиями сложившейся эпидемиологической ситуацией. Представленные графики динамики цен подтверждают экономическую целесообразность использования топливных композиций по заявленному техническому решению.

На Фиг.3 в Таблице 1 представлены основные требования российских и европейских стандартов на дизельное топливо и смеси биодизельного топлива.

На Фиг.4 в Таблице 2 представлено подробное описание изобретений-аналогов, в которой в первой строке приведены номера патентов с направлениями разработки топливной композиции:

1. Углеводородное топливо (WO № 03062354).

2. Биотопливная композиция (РФ № 2544239).

3. Усовершенствования в отношении топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания и для других целей (GB № 448446).

4. Топливо двигателя внутреннего сгорания (GB№1360313).

5. Состав топлива (CA№280524).

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

Заявленный технический результат достигается путем создания топливной композиции на основе дизельного топлива, смесей биодизельного топлива с добавлением паральдегида.

Паральдегид может быть полностью получен из возобновляемого сырья и способствуют повышению доли кислородсодержащих компонентов из возобновляемого сырья в топливах для дизельных двигателей. Паральдегид неограниченно растворим в дизельном топливе, смесях биодизельного топлива и ограниченно растворим в воде, что повышает фазовую стабильности смеси.

1. В первом столбце Таблицы 2 на Фиг.4 представлен весь спектр технических результатов, решаемых отдельно изобретениями-аналогами и суммарно в заявленном техническом решении: Использование компонентов, имеющих широкую ресурсную базу.

2. Исключение содержания компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе.

3. Использование паральдегида.

4. Создание добавки к композиционному дизельному топливу, полностью состоящей из возобновляемых компонентов.

5. Исключение компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, которые приводят к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры.

6. Исключение содержания глицеридов ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящей к частой смене моторного масла.

7. Исключение содержания полициклических углеводородов, снижающих цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива.

8. Исключение использования ненасыщенного углеводородного газа, резко снижающего техническую применимость топлива.

Сущностью заявленного технического решения является кислородсодержащее композиционное дизельное топливо, содержащее от 0,05 до 20% масс. паральдегида, остальное жидкое нефтяное топливо для использования в двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, получаемое при переработке нефтей и газовых конденсатов или смесь жидкого нефтяного топлива для использования в двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, получаемое при переработке нефтей и газовых конденсатов с базовым биодизельным топливом – до 100 % масс.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 – Фиг.4.

На Фиг. 1 показано изменение себестоимости получения паральдегида (в зависимости от цены на этанол) и стоимости дизельного топлива в $/галлон без налогов в период с 2017 по 2023 гг. для США.

На Фиг. 2 показано изменение себестоимости получения паральдегида (в зависимости от цены на этанол) и стоимости дизельного топлива в $/галлон без налогов в период с 2017 по 2023 гг. для Германии.

Выбор стран (США и Германия) для оценки экономической целесообразности объясняется высокой долей возобновляемых компонентов на топливном рынке указанных стран. Стоит отметить, что расчетная себестоимость паральдегида значительно ниже стоимости дизельного топлива за исключением короткого временного промежутка с апреля 2021 г. по январь 2022 г., что объясняется последствиями сложившейся эпидемиологической ситуацией. Представленные графики динамики цен подтверждают экономическую целесообразность использования топливных композиций по заявленному техническому решению.

На Фиг.3 в Таблице 1 представлены основные требования российских и европейских стандартов на дизельное топливо и смеси биодизельного топлива.

На Фиг.4 в Таблице 2 представлено подробное описание изобретений-аналогов, в которой в первой строке приведены номера патентов с направлениями разработки топливной композиции:

1. Углеводородное топливо (WO № 03062354).

2. Биотопливная композиция (РФ № 2544239).

3. Усовершенствования в отношении топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания и для других целей (GB № 448446).

4. Топливо двигателя внутреннего сгорания (GB№1360313).

5. Состав топлива (CA№280524).

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

Заявленный технический результат достигается путем создания топливной композиции на основе дизельного топлива, смесей биодизельного топлива с добавлением паральдегида.

Паральдегид может быть полностью получен из возобновляемого сырья и способствуют повышению доли кислородсодержащих компонентов из возобновляемого сырья в топливах для дизельных двигателей. Паральдегид неограниченно растворим в дизельном топливе, смесях биодизельного топлива и ограниченно растворим в воде, что повышает фазовую стабильности смеси.

В первом столбце Таблицы 2 на Фиг.4 представлен весь спектр технических результатов, решаемых отдельно изобретениями-аналогами и суммарно в заявленном техническом решении:

1. Получение композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей).

2. Использование возобновляемых компонентов.

3. Использование компонентов, имеющих широкую ресурсную базу.

4. Исключение содержания компонентов содержание компонентов хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе.

5. Использование паральдегида.

6. Создание добавки к композиционному дизельному топливу, полностью состоящей из возобновляемых компонентов.

7. Исключение компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, что приводит к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры.

8. Исключение содержания глицеридов ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящей к частой смены моторного масла.

9. Исключение содержания полициклических углеводородов, снижающих цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива.

10. Исключение использования ненасыщенного углеводородного газа, резко снижающего техническую применимость топлива.

Таким образом, в целом заявителем выявлено 10 базовых направлений по разработке топливной композиции на основе паральдегида.

Далее заявителем представлены примеры конкретного выполнения заявленного технического решения. Все проценты являются массовыми процентами (% масс.), если не указано иное.

Пример 1. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 99,95% летнего нефтяного дизельного топлива и 0,05% паральдегида.

Берут 99,95% (например, 99,95 г) летнего дизельного топлива и 0,05% (например, 0,05 г) паральдегида, смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 65 °С, температура застывания минус 25 °С, температура помутнения минус 7 °С, вязкость: 2,80 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчка 1. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 2. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 99,95% зимнего нефтяного дизельного топлива и 0,05% паральдегида.

Берут 99,95% (например, 99,95 г) зимнего дизельного топлива и 0,05% (например, 0,05 г) паральдегида, смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 56 °С, температура застывания минус 50 °С, температура помутнения минус 38 °С вязкость: 1,73 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчки 2, 3, 4, 5, 6. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 3. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе смеси 79,95% зимнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива и 0,05% паральдегида.

Берут 79,95% (например, 79,95 г) зимнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива (например, 20 г) и 0,05% (например, 0,05 г) паральдегида, смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями:

температура вспышки 69 °С, температура застывания минус 25 °С, температура помутнения минус 6,5 °С, вязкость: 2,78 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на смеси с биодизельным топливом, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчки 7, 9. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 4. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 80% летнего нефтяного дизельного топлива и 20% паральдегида.

Берут 80% (например, 80 г) летнего дизельного топлива и 20% (например, 20 г) паральдегида, смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 58 °С, температура застывания минус 22 °С, температура помутнения минус 4 °С вязкость: 2,10 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчка 1. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 5. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе смеси 74% летнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива и 6% паральдегида.

Берут 74% (например, 74 г) летнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива (например, 20 г) и 6% паральдегида (например, 6 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями:

температура вспышки: 59 °С, температура застывания минус 23 °С, температура помутнения: минус 5 °С, вязкость: 2,55 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на смеси с биодизельным топливом, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчки 7, 9. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 6. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе смеси 60% летнего дизельного топлива, 20% биодизельного топлива и 20% паральдегида.

Берут 60% (например, 60 г) летнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива (например, 20 г) и 20% паральдегида (например, 20 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями:

температура вспышки 56 °С, температура застывания минус 2°С, температура помутнения минус 3 °С вязкость: 1,92 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на смеси с биодизельным топливом, указанным в Таблице 1 на Фиг.3 №п/п 7, 9. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 7. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 85% зимнего дизельного топлива и 15% паральдегида.

Берут 85% (например, 85 г) зимнего дизельного топлива и 15% паральдегида (например, 15 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 54 °С, температура застывания минус 32°С, температура помутнения минус 22°С вязкость: 1,40 мм²/c.

Полученные данные соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, строчка 5. Остальные показатели существенно не меняются.

Пример 8. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 79% летнего дизельного топлива и 21% паральдегида.

Берут 79% (например, 79 г) летнего дизельного топлива и 21% паральдегида (например, 21 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 57 °С, температура застывания минус 21 °С, температура помутнения минус 4 °С вязкость: 1,98 мм²/c.

Полученные данные не соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, по показателю кинематической вязкости.

Пример 9. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе смеси 59% летнего дизельного топлива, 20% биодизельного топлива и 21% паральдегида.

Берут 59% (например, 59 г) летнего дизельного топлива, 20% базового биодизельного топлива (например, 20 г) и 21% паральдегида (например, 21 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями:

температура вспышки 54 °С, температура застывания минус 15 °С, температура помутнения минус 1 °С вязкость: 1,87 мм²/c.

Полученные данные не соответствуют требованиям стандартов на смеси с биодизельным топливом, указанным в Таблице 1 на Фиг.3, по показателю температуры вспышки.

Пример 10. Получение кислородсодержащего композиционного дизельного топлива на основе 50% летнего дизельного топлива и 50% паральдегида.

Берут 50% (например, 50 г) летнего дизельного топлива и 50% паральдегида (например, 50 г), смешивают при комнатной температуре до однородной массы. Получают заявленное кислородсодержащее композиционное дизельное топливо со следующими показателями: температура вспышки 38 °С, температура застывания минус 10 °С, температура помутнения плюс 2 °С вязкость: 1,35 мм²/c.

Полученные данные не соответствуют требованиям стандартов на дизельное топливо, указанным в Таблице 1 на Фиг.3 по показателю кинематической вязкости, температуры вспышки.

Из Примеров 1-10 можно сделать логический вывод о том, что содержание паральдегида 0,05 до 20% масс. в заявленном кислородсодержащем композиционном дизельном топливе позволяет получать стандартизированное топливо для дизельных двигателей: [ГОСТ 33131-2014 Cмеси биодизельного топлива (В6-В20). Технические требования], [EN 16734:2022 Automotive fuels - Automotive B10 diesel fuel - Requirements and test methods], [EN 16709:2022 Automotive fuels - High FAME diesel fuel (B20 and B30) - Requirements and test methods], [EN 590:2009 Diesel fuel EURO. Specifications], [ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия], (Примеры 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Так же использование паральдегида повышает долю кислородсодержащих компонентов из возобновляемого сырья в топливах для дизельных двигателей, способствуют улучшению экологических показателей топлив. Добавление паральдегида к дизельному топливу или смесям биодизельного топлива свыше 20% масс. приводит к снижению кинематической вязкости, снижению температуры вспышки и несоответствию получаемой композиции требованиям стандартов (Примеры 8, 9, 10).

Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно:

1. Получено композиционное дизельное топливо для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей).

2. Использованы возобновляемые компоненты, а именно – паральдегид, получаемый на основе этанола.

3. Использованы компоненты, имеющие широкую ресурсную базу, а именно – паральдегид, получаемый на основе этанола, сырьем для производства которого является разнообразное сахар-, целлюлозосодержащее сырье.

4. Исключены компоненты, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в нефтяном дизельном топливе, которые указаны в анализе исследуемого уровня техники.

5. Использован паральдегид.

6. Созданы добавки к композиционному дизельному топливу, полностью состоящие из возобновляемых компонентов, а именно– паральдегид, получаемый на основе этанола, сырьем для производства которого является разнообразное сахар-, целлюлозосодержащее сырье.

7. Исключены компоненты с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, которые приводят к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры [Папок К. К. Химмотология топлив и смазочных масел //М.: Воениздат. – 1980. – С. 155].

8. Исключены глицериды ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящей к частой смене моторного масла.

9. Исключены полициклические углеводороды, снижающие цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива.

10. Исключено использование ненасыщенного углеводородного газа, резко снижающего техническую применимость топлива.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «мировая новизна», так как при определении уровня техники не выявлено изобретение, которому присущи признаки, идентичные совокупности признаков, перечисленных в формуле изобретения.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень» или неочевидность для специалистов в данной области, так как результаты, полученные при проведении экспериментов, подтверждают оригинальность и неочевидность данной композиции для специалистов данной области.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как может быть изготовлено с использованием известных материалов, стандартных технических устройств и оборудования.

Таким образом, предложенное техническое решение технологично, эффективно, экологично и экономически целесообразно.

Изобретение относится к кислородсодержащему композиционному дизельному топливу, содержащему от 0,05 до 20% масс. паральдегида, остальное жидкое нефтяное топливо для использования в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси от сжатия, получаемое при переработке нефтей и газовых конденсатов, или смесь жидкого нефтяного топлива для использования в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси от сжатия, получаемого при переработке нефтей и газовых конденсатов, с базовым биодизельным топливом – до 100 % масс. Изобретение обеспечивает разработку композиционного дизельного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей), обеспечивает использование возобновляемых компонентов, обеспечивает использование компонентов, имеющих широкую ресурсную базу, обеспечивает исключение содержания компонентов, хорошо растворимых в воде и плохо растворимых в нефтяном дизельном топливе, обеспечивает использование паральдегида, обеспечивает создание добавки к композиционному дизельному топливу, полностью состоящей из возобновляемых компонентов, обеспечивает исключение компонентов с температурой кипения и вязкостью ниже, чем у паральдегида, которые приводят к снижению температуры вспышки и вязкости дизельных топлив, повышенному износу топливной аппаратуры, обеспечивает исключение содержания глицеридов ненасыщенных жирных кислот, приводящих к закоксовыванию двигателей, приводящему к частой смене моторного масла, обеспечивает исключение содержания полициклических углеводородов, снижающих цетановое число и повышающих дымность дизельного топлива, обеспечивает использование ненасыщенного углеводородного газа, резко снижающего техническую применимость топлива. 10 пр., 4 ил.

Кислородсодержащее композиционное дизельное топливо, содержащее от 0,05 до 20% масс. паральдегида, остальное жидкое нефтяное топливо для использования в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси от сжатия, получаемое при переработке нефтей и газовых конденсатов, или смесь жидкого нефтяного топлива для использования в двигателях с воспламенением топливовоздушной смеси от сжатия, получаемого при переработке нефтей и газовых конденсатов, с базовым биодизельным топливом – до 100% масс.