Топливная композиция для судовых быстроходных дизелей и газовых турбин

Топливная композиция для судовых быстроходных дизелей и газовых турбин

Реферат

Изобретение относится к топливным композициям, а именно к жидким тяжелым дистиллятным углеродсодержащим топливам на основе смесей углеводородов с присадками в виде органических соединений, содержащих кислород и азот, и может быть использовано в быстроходных дизелях и газотурбинных двигателях судовых установок.

Известна топливная композиция для быстроходных дизелей, содержащая, мас.%:

Прямогонную фракцию, выкипающую
в интервале температур 160-240°С	5-20
Депарафинизированную дизельную фракцию,
выкипающую в интервале температур
200-320°С	5-50
Гидроочищенное дизельное топливо 180-360°С	до 100

(Патент РФ №2101325, C10L 1/04, 1998 г.).

Недостатками композиции являются дефицитность и дороговизна компонентов (особенно депарафинизированной фракции) и ограниченность сырьевых ресурсов.

Известна также топливная композиция топливо судовое маловязкое, содержащая, мас.%:

Прямогонную фракцию (атмосферный
газойль), выкипающую при 240-450°С	5-15
Первый вакуумный погон 200-400°С	5-25
Газойль коксования 160-400°С	5-30
Газойль каталитического крекинга
180-400°С	5-60
Дизельное топливо 160-360°С	до 100

(Патент РФ №2076138, C10L 1/04, 1997 г.).

Недостатками данной композиции являются ее высокая коксуемость (0,2 мас.%), большое содержание серы (до 1,5 мас.%), низкое цетановое число (40 ед.), что не позволяет использовать ее в быстроходных дизелях.

Наиболее близким по составу компонентов к заявляемому техническому решению является единое судовое топливо для энергетических установок (прототип), содержащее, мас.%:

Вакуумные фракции мазута с температурой
выкипания 96% об. до 450°С	17-25
Гидроочищенную смесь дизельного топлива
и легкого газойля каталитического крекинга,
взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1	до 100

(ТУ 38.101717-78 "Единое топливо для судовых энергетических установок объектов ВМФ").

Указанная композиция имеет цетановое число не ниже 45, коксуемость не более 0,05 мас.%, температуру выкипания 96% об. до 410°С, содержание серы не более 0,5 мас.%, это обеспечивает ее использование в судовых быстроходных дизелях и газовых турбинах и существенно расширяет сырьевую базу топлив для этих двигателей, так как применяемое в настоящее время дизельное топливо Л-62 по ГОСТ 305 имеет температуру выкипания 96% об. до 360°С.

Недостатками указанной композиции являются ее относительно низкая в сравнении с дизельным топливом стабильность при хранении (большое количество осадка) и низкая дисперсность образующегося осадка (относительно большая доля в нем крупных частиц), выявленные в процессе хранения. Эти недостатки отрицательно проявляются при хранении, образуя повышенное количество осадков на днищах емкостей, а при подаче в двигатель происходит сильное засорение фильтроэлементов топливных систем.

Технический результат изобретения - повышение стабильности (уменьшение количества образующихся осадков) при хранении и улучшение дисперсности топливной композиции (уменьшение доли крупных частиц в образующихся осадках, задерживающихся фильтроэлементами при подаче топлива в двигатель).

Указанный технический результат достигается тем, что известная топливная композиция, включающая вакуумные фракции мазута с температурой выкипания до 450°С и гидроочищенную смесь дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга, взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1,0, согласно изобретению дополнительно содержит 8-оксихинолин и присадку С-5А при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вакуумные фракции мазута с температурой
выкипания 96% об. до 450°С	17-25
Реагент 8-оксихинолин	0,0045-0,0105
Присадка С-5А	0,0015-0,0035
Гидроочищенная смесь дизельного топлива
и легкого газойля каталитического крекинга,
взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1	до 100.

Реагент 8-оксихинолин изготавливается по ГОСТ 5877 и представляет собой светло-желтые кристаллы с температурой плавления 75-76°С и молекулярной массой 145,16. Находит широкое применение, в частности, как аналитический реагент (http://www.university.tversu.ru/conference_jubilee/kaf_neorg_himii/Ryasensky.doc, c.1), при производстве антисептиков амебоцидного и наружного действия в медицине, в качестве реагента при определении и разделении металлов (Al, Zn, Cd, Mg и др.) (http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/084/038.htm). Применение 8-оксихинолина основано на легкой диссоциации иона водорода (Н⁺) из гидроксильной группы (ОН^-) 8-оксихинолина.

Указанная особенность позволила авторам исследовать этот реагент в качестве присадки к утяжеленным дизельным топливам с целью выявления способности предотвращать образование осадка при хранении.

Присадка С-5А изготавливается по ТУ 38.101146-77 "Присадка сукцинимидная С-5А" и представляет собой раствор (40-50 мас.%) полибутенилсукцинимида диэтилентриамина в индустриальном масле И-12А. Вязкость присадки при 100°С составляет 150-300 мм²/с, содержание азота - 1,4 мас.%, температура вспышки не ниже 160°С. Присадка используется, преимущественно, в качестве диспергирующей в моторных маслах в количестве 1,5-5 мас.%. Авторы не обнаружили применение данной присадки в топливных композициях.

Для обоснования количественного состава топливной композиции были приготовлены образцы с различным содержанием присадок (таблица 1). Образцы топливных композиций готовили путем растворения при перемешивании присадок в небольшом количестве смеси вакуумных фракций мазута с температурой выкипания 96% об. до 450°С и гидроочищенной смеси дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга, взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1, подогретой до (80±2)°С, с последующем разбавлением остальной частью смеси.

Таблица 1Состав образцов топливной композиции, мас.%
Компоненты	Образцы
№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7
1	8-оксихинолин, % масс.	-	0,0036	0,0045	0,0075	0,0105	0,0135	0,0105
2	Присадка С-5А	-	0,0012	0,0015	0,0025	0,0035	0,0045	-
3	Вакуумные фракции мазута с температурой выкипания до 450°С	20	16	20	25	26	20	20
4	Гидроочищенная смесь дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга, взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1	80	83,9952	79,994	74,99	73,986	79,982	79,9895

Испытания стабильности топливных композиций проводили лабораторным методом ускоренного старения, заключающимся в выдержке топлива в стеклянных сосудах (по 400 см³) в воздушном термостате, нагретом до (120±2)°С, в течение 24 ч (три суточных цикла с непрерывным нагревом в каждом цикле по 8 ч и последующим охлаждением на воздухе 16 ч) и определении количества осадка, выделенного последовательно на мембранных фильтрах №6 (размер пор 3,5 мкм) и №2 (размер пор 0,5 мкм). Результаты испытаний приведены в табл.2.

Таблица 2Результаты испытаний
Образцы	Концентрация осадка на мембранных фильтрах №2 и №6, мг/100 см3*
6	2	Суммарное (на фильтрах 6, 2)
№1	3,58	0,34	3,92
№2	1,82	1,58	3,40
№3	0,48	1,31	1,79
№4	0,12	0,24	0,36
№5	0,10	0,22	0,32
№6	0,09	0,22	0,31
№7	1,41	0,23	1,64
* - концентрация осадка рассчитывалась как отношение массы образовавшегося осадка на фильтре к объему профильтрованного топлива (в см3) и последующим ее приведением к 100 см3 топлива.

Из приведенных в табл.1 и 2 данных следует, что заявленные образцы топливных композиций (№№3-5) имеют в 2-12 раз лучшую стабильность, чем топливо по прототипу (образец №1). Отклонение соотношения компонентов от пределов приводит к снижению эффективности композиций. Так, при меньшем содержании присадок количество осадка в композиции (образец №2) практически не снижается в сравнении с топливом по прототипу. При большем содержании присадок (образец №6) дальнейшего снижения количества осадка практически не происходит, т.е. увеличение содержания присадок в композициях является неоправданным. При применении только присадки 8-оксихинолин (образец №7) суммарное количество осадка снижается в 2,4 относительно прототипа (образец №1), однако осадок имеет крупнодисперсное строение, что нежелательно при эксплуатации. Оптимальными являются образцы 3-5, в состав которых входит кислородсодержащая присадка 8-оксихинолин в количестве 0,0045-0,0105 мас.% и присадка С-5А - 0,0015-0,0035 мас.%, обеспечивающие снижение суммарного количества осадка в 2,2-12,2 раза по отношению к прототипу.

Оптимальный образец топливной композиции (образец №4) испытан в сравнении с прототипом (образец №1) и базовым топливом Л-62 по ГОСТ 305, широко применяемым в настоящее время на судовых быстроходных дизелях и газовых турбинах. Все приведенные показатели качества определяли в соответствии с требованиями нормативной документации на топлива, а также в соответствии с методиками, включенными в комплексы методов квалификационной оценки (КМКО) топлив для быстроходных дизелей и КМКО остаточных топлив для судовых газовых турбин, котлоагрегатов, среднеоборотных и малооборотных дизелей.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Таблица 3
Показатели	Образец №4	Прототип	Базовое Л-62
	1	2	3	4
1	Фракционный состав, температура выкипания 96% об.	403	407	357
2	Содержание осадка после ускоренного старения, мг/100 мл
	на фильтре №6	0,12	3,58	1,38
	на фильтре №2	0,24	0,34	0,59
	суммарно	0,36	3,92	2,14
3	Оптическая плотность на светофильтре №4 прибора ФЭК-56М после ускоренного старения	0,622	1,256	0,692
4	Плотность, кг/м3	865	865	834
5	Температура вспышки, °С	92	92	64
6	Защитные свойства в присутствии морской воды
	коррозионные потери стали СтЗ, г/м2	20,0	20,0	37,7
7	Теплота сгорания, МДж/л	37,6	37,6	35,0
8	Дымность отработавших газов на дизельном двигателе, ед. Хартриджа	77	77	80
9	Удельный расход, г/кВт·ч	196	196	200

Из приведенных в табл.3 данных следует, что изобретение (образец №4) имеет преимущество перед известной топливной композицией (по прототипу) по стабильности (общее содержание осадка на порядок ниже) и доле крупных частиц (отношение массы осадка, выделенного на фильтре №6, к суммарной массе осадка, выделенного на фильтрах №№2, 6, - соответственно 33% и 91%).

Изобретение имеет преимущество и перед базовым топливом: по стабильности (суммарный осадок меньше в 5,9 раза); удельному расходу (на 4 г/кВт·ч), объемной теплоте сгорания (на 7,4%), что суммарно обеспечивает большую дальность хода транспортного средства без дозаправки; на 9,4% меньшей дымности отработанных газов (77 и 80 ед. Хартриджа или 0,55 и 0,60 г сажи на 1 м³ отработанных газов соответственно, т.е. по экологическим характеристикам) и другим свойствам, вследствие чего может быть применено вместо базового топлива.

Таким образом, применение изобретения в заявленном соотношении компонентов позволит увеличить срок хранения топливной композиции, ресурс работы фильтроэлементов, повысить надежность работы прецизионных деталей топливных насосов двигателей за счет снижения количества образующегося осадка, обусловленного использованием в совокупности 8-оксихинолина, способного обрывать цепные реакции окисления углеводородов, вступая в реакцию с отрицательно заряженными свободными радикалами продуктов окисления топлив, делая их нейтральными (неактивными), и присадки С-5А, оказывающей диспергирующее влияние (увеличение дисперсности осадка).

Топливная композиция для судовых быстроходных дизелей и газовых турбин, включающая вакуумные фракции мазута с температурой выкипания до 450°С и гидроочищенную смесь дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга, взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 8-оксихинолин и присадку С-5А при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вакуумные фракции мазута с температурой
выкипания 96 об.% до 450°С	17-25
Реагент 8-оксихинолин	0,0045-0,0105
Присадка С-5А	0,0015-0,0035
Гидроочищенная смесь дизельного топлива и
легкого газойля каталитического крекинга,
взятых до гидроочистки в соотношении 1,5:1	До 100