Топливная композиция

Топливная композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к жидким углеводородсодержащим топливам с присадками, содержащими кислород, а именно к композициям дизельных топлив (ДТ), содержание серы в которых не более 0,05%, обладающих высокими противоизносными свойствами (ПС), и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности при производстве топлив для двигателей соответствующих нормам ЕВРО-3 и выше.

Перед авторами стояла задача - разработать композицию ДТ, обладающую высокими противоизносными свойствами при значительном снижении себестоимости за счет применения компонентов, в частности присадки, на основе недорогих доступных продуктов, обеспеченных отечественными сырьевыми ресурсами.

Начиная с 1990 года, в России организовано производство экологически чистых ДТ с содержанием серы 0,05 мас.% и менее. Наряду со снижением вредных выбросов в выхлопных газах применение экологически чистых ДТ привело к целому ряду проблем: выходу из строя топливного насоса высокого давления (ТНВД) из-за снижения ПС ДТ, ухудшению защитных свойств (ЗС) и снижению уровня окислительной стабильности (ОС), связанным с удалением в процессе гидроочистки поверхностно-активных веществ (ПАВ), способных образовывать защитную пленку на поверхности металла и являющихся природными антиоксидантами.

Известно, что топлива в дизелях являются смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры, трущихся плунжерных пар ТНВД, запорных игл, штифтов и т.д. [Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др. Под ред. В.М.Школьникова. Изд.2-е перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. С.92].

Противоизносные свойства - это совокупность свойств топлива, характеризующих особенности и результаты процессов изнашивания трущихся поверхностей, которые могут протекать в присутствии топлива при его применении в технике [ГОСТ 4.25-83. Нефтепродукты. Топлива жидкие. Номенклатура показателей].

Противоизносные свойства дизельным топливам придают соединения серы и связанные с ними ароматические и полярные соединения. Однако ароматические углеводороды ухудшают процесс сгорания в цилиндре дизеля и способствуют отложению смолистых веществ на деталях ТНВД.

Прямогонные ДТ, как правило, обладают более высокими защитными свойствами, чем гидроочищенные ДТ. Необходимость обеспечения высоких защитных свойств ДТ связана с особенностями длительного хранения техники с дизельными двигателями [Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. - М., Химия, 1984. С.107].

Удаление в процессе гидроочистки гетероатомных соединений ухудшает такой показатель, как окислительная стабильность дизельных топлив.

Одним из наиболее предпочтительных путей улучшения противоизносных, защитных и антиокислительных свойств ДТ является добавление присадок.

В основном для улучшения ПС ДТ используют присадки на основе карбоновых кислот и (или) их сложных эфиров со спиртами или с другими соединениями, азотсодержащих соединений, смесей карбоновых кислот или эфиров и азотсодержащих соединений, фосфорсодержащих сложных эфиров и др. [Калинина М.В. Улучшение смазывающих свойств дизельных топлив. Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - М., 2001. С.42-43]. Недостатком большинства вышеуказанных композиций является их недостаточная противоизносная эффективность при значительных трудозатратах.

Однако для ДТ, содержание серы в которых менее 0,05 мас.%, использование этих вышеназванных присадок удорожает процесс получения топливной композиции.

Наиболее близким по технической сущности решением, взятым за прототип, является топливно-масляная композиция на основе нефтепродуктов, содержащая следующие компоненты, мас.%:

сложный эфир алкиларилсульфокислоты и
диметилолмочевины	0,002-1,8
алкенилянтарная кислота	0,002-2,5
ди(алкилфенил)-дитиофосфат тиомочевины	0,001-0,7
нефтепродукт (ДТ или реактивное топливо)	остальное

Комплекс присадок представляет собой сложную смесь, повышающую противокоррозионные свойства топливной композиции [А.с. 642355, C10L 1/18, 1977].

Однако данная композиция, основу которой составляют ДТ с содержанием серы более 0,2 мас.%, обладает низкой эффективностью при использовании основы с содержанием серы менее 0,05 мас.% в современных быстроходных дизелях, работающих при высоких нагрузках.

Технический результат изобретения - повышение эффективности топливной композиции с одновременным снижением себестоимости.

Указанный технический результат достигается тем, что топливная композиция, содержащая дизельное топливо и присадку КАП-25, согласно изобретению дополнительно содержит Агидол-1, взятый в соотношении с КАП-25 - 1:1-20, а в качестве основы - дизельное топливо, содержание серы в котором составляет не более 0,05 мас.%, при следующем содержании компонентов, мас.%:

присадка КАП-25	0,005-0,02
Агидол-1	0,001-0,015
дизельное топливо, содержание серы в
котором не более 0,05 мас.%	остальное

Основное назначение присадки КАП-25 - применение в качестве защитной (антикоррозионной) в основе гидравлических масел АУП, МГЕ-10А и масла консервационного для стрелкового вооружения КРМ. Присадка КАП-25 является производной алкенилянтарных кислот, которые получают алкилированием малеинового ангидрида тетрамером пропилена по реакции:

с последующим гидролизом алкенилянтарного ангидрида:

где n=12-15.

Присадка КАП-25 представляет собой вязкую малоподвижную прозрачную массу от желтого до светло-коричневого цвета. Поскольку молекулярная масса углеводородной части молекулы присадки велика, она нерастворима в воде, но обладает хорошей растворимостью в жидких углеводородных средах.

В молекуле алкенилянтарной кислоты имеются две высокополярные группы СООН и неполярный углеводородный радикал C_nH_(2n-1). Полярные группы предопределяют ее высокую адсорбцию на металле и обеспечивают уникальную способность вытеснения воды с поверхности металла. При этом молекулы алкенилянтарной кислоты, адсорбируясь преимущественно на положительно заряженных участках поверхности металла, образуют ориентированный мономолекулярный слой и, как следствие, - прочную хемосорбционную пленку.

Присадка КАП-25 выпускается отечественной промышленностью по ТУ 6-14-93 в достаточных количествах при низкой себестоимости (≈150 рублей за килограмм).

Учитывая, что присадка КАП-25 способна образовывать прочную хемосорбционную пленку на поверхности, с которой предварительно полярными группами присадки вытеснена вода, авторы провели исследования совокупности двух присадок, с целью создания такой топливной композиции, которая не только бы улучшала ПС, но и не ухудшала окислительную стабильность. Для этого была исследована совокупность двух присадок: КАП-25 и 4-метил-2,6-дитретбутилфенол, являющаяся антиокислительной. Вырабатывается эта присадка под маркой Агидол-1 по ТУ 38.5901237-90 в промышленных масштабах. Данная присадка представляет собой кристаллическое индивидуальное вещество.

Авторы провели исследования по возможности совместного использования присадок КАП-25 и Агидол-1 в топливных композициях на основе дизельных топлив, содержание серы в которых составляет менее 0,05 мас.%.

Для обоснования совокупности признаков, идентифицирующих заявляемую топливную композицию, были приготовлены образцы, состав которых представлен в таблице 1.

Образцы топливных композиций прошли испытания в соответствии с методом ISO 12156. Согласно этому методу стальной шарик под нагрузкой 20 кПа (0,2 кг/см²) посредством вибратора совершает возвратно-поступательное движение с амплитудой 1 мм и частотой 50 Hz по пластине, помещенной в топливную композицию. Испытания проходят при температуре 60°С. Образующееся пятно износа замеряют по двум диаметрам (по направлению движения и поперек) и вычисляют среднее. Затем вносят поправку на температуру и влажность воздуха, и полученный конечный результат D_п.и. является характеристикой противоизносных свойств. Нормой противоизносных свойств дизельного топлива по EN-590 является D≤460 мкм [ISO 12156-1: Diesel fuel - Assessment of lubricity using the high-frequency reciprocating rig (HFRR)].

Результаты оценки ПС ДТ представлены в таблице 1.

Таблица 1Состав топливных композиций и его влияние на ПС ДТ, мас.%
Состав	Образец топливной композиции
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Агидол-1	0	0,015	0	0,001	0,001	0,01	0,01	0,015	0,02
КАП-25	0	0	0,02	0,005	0,02	0,01	0,02	0,005	0,01
Соотношение Агидол-1: КАП-25	-	-	-	1:5	1:20	1:1	1:2	3:1	2:1
Топливо дизельное гидроочищенное с 0,027 мас.% серы	100	99,985	99,98	99,994	99,979	99,98	99,97	99,98	99,97
Противоизносные свойства (Dп.и.), мкм *	577	566	303	452	283	437	306	507	477
* нормой противоизносных свойств дизельного топлива по EN-590 является D≤460 мкм

Из результатов, приведенных в таблице 1, можно сделать вывод о том, что оптимальным составом топливной композиции является образец №5 с соотношением компонентов присадки в топливной композиции 1:20, максимально улучшающий ПС.

Топливная композиция (образец №5) прошла испытания на соответствие ГОСТ 52836-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия» в объеме комплекса методов квалификационной оценки топлив для быстроходных дизелей [Комплекс методов квалификационной оценки топлив для быстроходных дизелей. Утвержден междуведомственной комиссией по допуску к производству и применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при Госстандарте России 23 апреля 1996 г.].

Физико-химические показатели образца топливной композиции №5 приведены в таблице 2.

Таблица 2Физико-химические показатели образца топливной композиции №5
№ п/п	Наименование показателей	Метод испытания	Норма по ГОСТ 52368-2005	Результат испытаний топлива
без присадки	образец топливной композиции №5
1.	Цетановое число, не менее	ГОСТ 3122	51	51,1	51,2
2.	Цетановый индекс, не менее		46	46,9	47,2
3.	Плотность при 15°С, кг/м3, не более	ГОСТ 3900	не более 820-845	842	842
4.	Полициклические ароматические углеводороды, % (по массе), не более	EH 12916	11	1,6	1,6
5.	Содержание серы, мг/кг, не более: I вид	ASTMD 4294	350	270	270
6.	Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, выше	ГОСТ 6356	55	72	72
7.	Коксуемость 10%-ного остатка, мас.%, не более	ГОСТ 19932	0,3	0,02	0,02
8.	Зольность, %, не более	ГОСТ 1461	0,01	0,002	0,003
9.	Содержание воды, мг/кг, не более	EH ИСО12937	200	Отс.	Отс.
10.	Общее загрязнение, мг/кг, не более	EH 12662	24	5	5
11.	Коррозия медной пластинки (3 ч при 50°С), единицы по шкале	ГОСТ 6321	Класс 1	Соотв.	Соотв.
12.	Окислительная стабильность: общее количество осадка, г/м3, не более	EH 12205	25	1,2	1,0
13.	Противоизносные свойства: скорректированный диаметр пятна износа при 60°С, мкм, не более	ISO 12156	460	577	283
14.	Вязкость кинематическая при 40°С, мм2/с	ГОСТ 33	2,00-4,50	3,44	3,46
15.	Фракционный состав:	ГОСТ 2177
при температуре 250°С,% (по объему), менее	65	18	18
при температуре 350°С,% (по объему), не менее	85	95,5	95,5
95% перегоняется при температуре, °С	360	348	347
16.	Содержание метиловых эфиров жирных кислот, % (по объему), не более	EH 14078	5	Отс.	Отс.
17.	Предельная температура фильтруемости, °С, не выше (СОРТ «С»)	ГОСГ 22254	-5	-8	-8

Результаты испытаний образца топливной композиции №5 в объеме комплекса методов квалификационной оценки топлив для быстроходных дизелей приведены в таблице 3.

Как видно из результатов испытаний, проведенных на соответствие требованиям ГОСТ 52836-2005 и нормам комплекса методов квалификационной оценки топлив для быстроходных дизелей, заявляемая топливная композиция обладает высокими противоизносными, защитными и антиокислительными свойствами.

Таким образом, применение изобретения позволит снизить затраты на производство ДТ, соответствующего нормам Евро-3 и выше, применяя простой технологический процесс производства предлагаемой присадки на территории РФ и используя отечественную сырьевую базу, исключив зависимость от импортных производителей противоизносных присадок.

Топливная композиция, содержащая дизельное топливо и присадку КАП-25, отличающаяся тем, что дополнительно содержит Агидол-1, взятый в соотношении с КАП-25 1:1-20, а в качестве основы - дизельное топливо, содержание серы в котором составляет не более 0,05 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%:

присадка КАП-25	0,005-0,02
Агидол-1	0,001-0,015
дизельное топливо, содержание серы в
котором составляет 0,05 мас.% и менее	остальное