ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО УНИФИЦИРОВАННОЕ ВСЕСЕЗОННОЕ Российский патент 2024 года по МПК C10L1/04 C10L1/18 C10G65/00 

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 52°С.

Изобретение относится к жидким углеводородным топливам на основе смесей углеводородов для воспламенения от сжатия, конкретно, к дизельному топливу, предназначенному для использования в наземной и морской технике оснащенной дизельными двигателями.

До 2005 года в Российской Федерации, как и во многих странах ближнего зарубежья дизельное топливо (далее - ДТ) производилось в соответствии с требованиями стандарта (1 - ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия»), в котором ДТ в зависимости от сезона применения подразделялось на летнее, зимнее и арктическое, по содержанию серы ДТ делилось на два вида - с содержанием серы до 0,2% и до 0,5% (0,4%) для арктического ДТ), в зависимости от условий применения предусматривались разные температуры вспышки в закрытом тигле ДТ - не ниже 40°С (35°С и 30°С для зимнего и арктического ДТ) и не ниже 62°С (40°С и 35°С для летнего). Таким образом, на протяжении более 20 лет производимые по ГОСТ 305-82 десять марок ДТ позволяли эксплуатировать во всех климатических условиях все виды техники, оснащенной дизельными силовыми установками.

Развитие технического прогресса, повышение требований к экологической безопасности, а также интеграция нашей страны в мировую экономику привели к необходимости ужесточения требований к качеству ДТ и их гармонизации с европейскими.

Так, в 2005 году был утвержден стандарт (2 - ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»), являющийся аутентичным переводом европейской нормали (3 - EN 590:2004 «Automotive fuels - Diesel-Requirements and test methods))). В зависимости от требований к показателям качества данный ГОСТ предусматривает разделение ДТ на 33 марки. Однако производимые по ГОСТ Р 52368-2005 топлива не могут применяться в судовой технике, так как имеют ограничение по температуре вспышки в закрытом тигле - не ниже 55°С, а также для эксплуатации наземной техники при температурах окружающего воздуха ниже минус 44°С.

В связи с необходимостью выполнения решений Таможенного союза в 2013 году разработан и утвержден стандарт (4 - ГОСТ 32511-2013 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»), который полностью дублирует требования не отмененного национального ГОСТ Р 52368-2005 и добавляет еще 33 марки ДТ. Обновлен и ГОСТ 305, так в версии 2013 года по климатическим условиям применения ДТ разделено на 4 марки - летнее, межсезонное, зимнее и арктическое. ДТ, применяемое для тепловозных и судовых дизелей, а также для газовых турбин, должно иметь температуру вспышки в закрытом тигле не ниже 62°С у летнего и межсезонного ДТ и 40°С и 35°С у зимнего и арктического ДТ соответственно. Температура вспышки в закрытом тигле у ДТ для дизелей общего назначения должна быть не ниже 40°С (30°С у зимнего и арктического ДТ). Кроме этого все марки ДТ по ГОСТ 305-2013 могут выпускаться с содержанием серы до 2000 мг/кг или до 500 мг/кг. Количество марок ДТ, регламентируемых ГОСТ 305-2013 составляет 12 (5 - ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия»).

Утвержденный в 2013 году стандарт (6 - ГОСТ Р 55475-2013 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное. Технические условия») предусматривает возможность производства 15 марок ДТ, для применения при низких температурах окружающего воздуха до минус 52°С (арктическое марка), а температура вспышки в закрытом тигле должна быть не ниже 30°С. Суммарное количество марок составило 93.

С января 2016 г. на всей территории Российской Федерации улучшены значения показателей, характеризующие экологическую безопасность - содержание серы снижено до 10 мг/кг, содержание полициклических ароматических углеводородов - до 8% масс. В связи со снижением содержания серы во все топлива вовлекаются противоизносные присадки до 0.04% масс. и в некоторые композиции ДТ еще и промоторы воспламенения до 0,030% масс., но вовлечение присадок не приводит к увеличению марок ДТ.

На сегодняшний день в Российской Федерации действуют четыре стандарта, определяющих качество производимого ДТ. Общее количество марок ДТ по указанным стандартам сократилось с 93 до 37.

Требования указанных ГОСТ к показателям качества ДТ представлены в табл. 1.

Перед авторами стояла задача разработать унифицированное всесезонное дизельное топливо, которое могло бы обеспечить надежную работу двигателей техники, в том числе и судовой (обязательным требованиям 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 должно иметь низкотемпературные характеристики на уровне требований к марки топлива дизельного арктического ДТ-А-К5 минус 52 по ГОСТ Р 55475-2013: температура помутнения (далее - Тп) - не выше минус 42°С, предельная температура фильтруемости (далее - ПТФ) - не выше минус 52°С.

С учетом особенностей эксплуатации наземной техники в различных климатических условиях, а также требований при эксплуатации техники Морского Флота сформированы технические требования к ДТУВ, которые представлены в табл. 2.

Учитывая вышеизложенное разрабатываемое дизельное топливо унифицированное всесезонное (далее - ДТУВ) должно соответствовать следующим требованиям по основным показателям, которые характеризуют всесезонность и унификацию, т.е. эксплуатацию наземной и судовой техники:

Цетановое число, не менее 51 Плотность при 15°С, кг/м³ 820-845 Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не менее 62 Кинематическая вязкость при 40 С, мм²/с 2,00-4,00 Температура помутнения, °С, не выше минус 42 Предельная температура фильтруемости, °С, не выше минус 52

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 хранении в условиях низких температур (ПТФ равна минус 47°С (7 - RU Патент №2205201 C10L 1/08, 2003 г.).

Учитывая, что дизельное топливо содержит смесь прямогонных фракций, что не обеспечит экологическое требования по содержанию массовой доли серы не более 10 мг/кг, температура начала кипения у заявленной композиции дизельного топлива 130°С, значение температуры вспышки в закрытом тигле будет 30°С, что не обеспечить требования к топливам для судовой техники не ниже 62°С.

Известно дизельное топливо, полученное смешением базового топлива из газоконденсатного сырья широкого фракционного состава или дизельного (% 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, 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, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид до 100. ДТ, имеет предельную температуру фильтруемости минус 50°С (8 - RU Патент №2320707 C10L 1/188, 2008 г.).

Недостатком этого дизельного топлива является высокое значение ПТП не соответствующее требованиям к ПТП ДТУВ - не выше минус 52°С.

Известно дизельное топливо, которое состоит из базового компонента с присадками, в количестве 0,02-0,04% масс. противоизносной присадки 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 последующими гидроочисткой и гидродепарафинизацией или гидроизомеризацией, а также глубокой стабилизации до температуры начала кипения не ниже 175°С, позволяющих получить показатели качества, удовлетворяющие ДТ как для умеренного климата, так и для холодного и арктического климата. ДТ имеет предельную температуру фильтруемости минус 44°С и значение температуры вспышки в закрытом тигле 55°С, (9 - RU Патент №2559877 C10L 1/00, 1/04, 1/06, 1/08, 2015 г.).

Недостатком этого дизельного топлива, является не соответствие требованиям морского флота к показателю «Температура вспышки в закрытом тигле» 62°С и не соответствие требованиям к ПТП ДТУВ - не выше минус 52°С.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является дизельное топливо на основе среднедистиллятных нефтяных фракций, содержащее в качестве базового компонента изодепарафинизированную дизельную фракцию, выкипающую в интервале 174-334°С и противоизносную присадку в количестве 0,015-0,020% масс., добавленную на базовый компонент и имеющее следующие требования к физико-химическим показателям:

Цетановое число, не менее 51 Плотность при 15°С, кг/м³ 820-840 Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не менее 62 Кинематическая вязкость при 40°С, мм²/с 2,00-4,00 Температура помутнения, °С, не выше минус 35 Предельная температура фильтруемости,°С, не выше минус 45

(10 - RU Патент №2655606 C10L 1/00, 1/04, 2018 г. - прототип].

Практически, топливо является унифицированным, однако имеет недостатки, в частности не удовлетворяет требованиям к низкотемпературным характеристикам стандарта (6) по показателям «Температура помутнения» и «Предельная температура фильтруемости» не выше минус 42°С и не выше минус 52°С и это не позволяет считать такое топливо всесезонным. Данное топливо охватывает все марки дизельных топлив выпускаемых по ГОСТ 305-2013, ГОСТ Р 52368-2005 и ГОСТ 32511-2013, но не марки арктических дизельных топлив по ГОСТ Р 55475-2013, т.е. сокращает количество марок с 37 до 3.

Технический результат изобретения - расширение температурного диапазона применения дизельных топлив с минус 45°С до минус 52°С, сокращение содержания в составе топлива противоизносной присадки с одновременным снижением количества применяемых марок дизельных топлив по ГОСТ 305-2013, ГОСТ Р 52368-2005, ГОСТ 32511-2013 и ГОСТ Р 55475-2013 с 37 до одной.

Указанный технический результат достигается тем, что дизельное топливо унифицированное всесезонное на основе среднедистиллятных нефтяных фракций, содержащее базовый компонент и противоизносную присадку, согласно изобретению в качестве базового компонента содержит гидродепарафинизированную дизельную фракцию, выкипающую в интервале 170-350°С, и гидроочищенную керосиновую фракцию, выкипающую в интервале 170-250°С, взятых в соотношении 75:25% об., а противоизносную присадку содержит в количестве 0,010-0,015% масс. в расчете на базовый компонент.

Качественный состав базовой основы для заявляемого ДТУВ обусловлен тем, что использование в качестве базового компонента смеси гидродепарафинизированной дизельной фракции, выкипающей в интервале 170-350°С и гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в интервале 170-250°С, позволило упростить и расширить производство ДТУВ и не использовать изодепарафинизированную дизельную фракцию, которую получают в процессе изомеризации на установке регенерации катализатора и гидродеароматизации на катализаторах изодепарафинизации. Кроме того, сократить содержание противоизносной присадки с 0,015-0,020% масс. до 0,010-0,015% масс. и расширить температурный диапазон применения с минус 45°С до минус 52°С.

Характеристики используемых фракций из Западно-Сибирских и Пермских нефтей, которые широко используются при производстве дизельных топлив на многих отечественных нефтеперерабатывающих заводах, представленные в табл. 3.

С использованием фракций, представленных в таблице 3, были приготовлены экспериментальные образцы базовой основы ДТУВ, состав которых приведен в табл. 4.

Для обоснования количественного состава базовой основы ДТУВ экспериментальные образцы, представленные в табл. 4 прошли лабораторные испытания, результаты которых представлены в табл. 5.

Приведенные в табл. 5 данные, показывают, что предлагаемый образец №3, взятый в заявленном соотношении, удовлетворяет требованиям всех перечисленных выше ГОСТ по основным показателям, за исключением смазывающей способности, определяющим сезонность применения топлив, и с учетом температуры вспышки в закрытом тигле может быть использован как для наземной техники, так и для судовой техники. Увеличение в составе композиции гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 170-250°С (обр. №4, и №5), приводит к несоблюдению требований по показателям кинематической вязкости при 40°С, которая по требования ГОСТ должна быть не менее 2,00 мм²/с и температуры вспышки в закрытом тигле, которая по требования для судовой техники должна быть не ниже 62°С. Уменьшение в составе композиции гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 170-250°С (обр. №1, 2), не обеспечивает требований к низкотемпературным характеристикам.

Таким образом, оптимальными и достаточными признаками обладает композиция базовой основы, состоящая из гидродепарафинизированной фракции нефти, выкипающей в пределах 170-350°С, и гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 170-250°С, взятых в соотношении 75:25% об.

Для обеспечения требований к смазывающей способности (диаметр пятна износа не более 460 мкм) в состав прототипа вводятся противоизносные присадки в количестве 0,015-0,020% масс.

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: «Байкат», «Комплексал-ЭКО «Д» и ГТ-16 в количестве рекомендуемым авторами 0,010-0,015% масс.

Результаты испытаний образца №3 (табл. 4) по показателю смазывающая способность представлены в таблице 6.

Результаты, приведенные в таблице 6, свидетельствуют о том. что вовлечение противоизносной присадки в количестве 0,010-0,015% масс. строка 1-3 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, базовая основа которого состоит из гидродепарафинизированной дизельной фракции, выкипающей в интервале 170-350°С и гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в интервале 170-250°С, взятых в соотношении 75:25% об., и противоизносной присадки в количестве 0,010-0,015% масс.

По образцу №3 (табл. 4) (оптимальный вариант) была приготовлена опытная партия ДТУВ, содержащие 0,015%) масс. противоизносной присадки «Комплексал-ЭКО «Д», которая прошла лабораторные и стендовые испытания на соответствие требованиям к дизельному топливу унифицированному всесезонному (табл. 2). Результаты представлены в табл. 7.

Как следует из результатов испытаний, приведенных в табл. 7, заявляемое дизельное топливо унифицированное всесезонное полностью удовлетворяет требованиям к дизельному топливу для умеренного, холодного и арктического климата I₁ (таблица 7 строки 5 и 6) и обеспечивает эксплуатацию дизельных двигателей наземной и судовой техники (таблица 7 строка 7).

Сравнение заявленного изобретения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, не выявило изобретений, которым присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не 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 ДТУВ имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технических результат - расширение производства и температурного диапазона применения дизельных топлив с минус 45°С до минус 52°С, сокращением содержания в составе топлива противоизносной присадки, с одновременным снижением количества применяемых марок дизельных топлив по ГОСТ 305-2013, ГОСТ Р 52368-2005, ГОСТ 32511-2013 и ГОСТ Р 55475-2013 с 37 до одной.

Таким образом, предлагаемая композиция может применяться при температурах окружающего воздуха от плюс 50°С до минус 52°С для эксплуатации дизельных двигателей наземной и судовой техники в умеренном, холодном и арктическом климате РФ взамен более, чем тридцати семи марок топлива по указанным выше ГОСТ, что приводит к значительному снижению затрат при получении, раздельном транспортировании, хранении и эксплуатации техники, в том числе судовой, с возможностью его использования на всей территории Российской Федерации.

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к дизельному топливу унифицированному всесезонному на основе среднедистиллятных нефтяных фракций, содержащему базовый компонент и противоизносную присадку, в котором в качестве базового компонента содержит гидродепарафинизированную дизельную фракцию, выкипающую в интервале 170-350 °С, и гидроочищенную керосиновую фракцию, выкипающую в интервале 170-250 °С, взятых в соотношении 75:25% об., а противоизносную присадку содержит в количестве 0,010-0,015% масс. в расчете на базовый компонент. Изобретение обеспечивает расширение температурного диапазона применения дизельных топлив с минус 45 °С до минус 52 °С и обеспечивает сокращение содержания в составе топлива противоизносной присадки с одновременным снижением количества применяемых марок дизельных топлив. 7 табл.

Дизельное топливо унифицированное всесезонное на основе среднедистиллятных нефтяных фракций, содержащее базовый компонент и противоизносную присадку, отличающееся тем, что в качестве базового компонента содержит гидродепарафинизированную дизельную фракцию, выкипающую в интервале 170-350 °С, и гидроочищенную керосиновую фракцию, выкипающую в интервале 170-250 °С, взятых в соотношении 75:25 % об., а противоизносную присадку содержит в количестве 0,010-0,015 % масс. в расчете на базовый компонент.