Присадка противоизносная к топливу для реактивных двигателей "GT-2017"
ANTIWEAR FUEL ADDITIVE FOR GT-2017 JET ENGINES

Предлагаемое изобретение относится к нефтепереработке, в частности, к присадкам к топливам для реактивных двигателей.
Технический уровень
В настоящее время в России вырабатывается около 12 млн т. в год топлив для реактивных двигателей. Из них 1 млн. т/год составляет выработка топлива РТ для сверхзвуковых летательных аппаратов. При производстве такое топливо проходит стадию гидрирования, позволяющую удалить соединения серы и часть ароматических углеводородов. Это делается для повышения термической стабильности топлива, нагревающегося в полете до 250°С, а иногда и выше. Но удаление серы приводит к ухудшению смазочных свойств топлива, которое одновременно является смазкой для прецизионных пар топливных насосов. В результате требуется вводить в него противоизносную присадку. Потребность страны в таких присадках нами оценивается в 20, максимум 30 т/год. В ближайшей перспективе потребность в противоиз-носных присадках возрастет, так как планируется организация производства глубоко гидрогенизированных топлив марок Т-6 и Т-8 В, предназначенных для авиации особого назначения. Эти топлива также потребуют введения противоизносных присадок. Другие марки - ТС-1 и Jet А эксплуатируются в дозвуковых самолетах и содержат достаточное количество серы, которая придает им смазочные свойства. Но в настоящее время топливо ТС-1 также начинает проходить процедуру гидроочистки, в результате чего в него тоже вводят присадки подобного типа.
Ранее в СССР в топлива для реактивных двигателей вводилась противоизносная присадка К (в России ее аналогом была присадка ДНК) на базе нафтеновых кислот, выделяемых из бакинских нефтей нафтенового основания (Данилов А.М. Применение присадок в топливах: Справочник. - 3-е изд., доп. - СПб.: Химиздат, 2010. - 368 с.). В 1990-е годы ее производство прекратилось, а в настоящее время в Азербайджане оно восстановлено в небольшом масштабе. Что касается России, то для удовлетворения ее потребности из-за рубежа завозится присадка Hitec-580. По информации ее поставщика (фирма Afton, USA) основной компонент присадки представляет собой димер линолевой кислоты. Собственной присадки в России сейчас нет, хотя к применению допущена уже упомянутая присадка ДНК - смесь природных карбоновых кислот, выделяемых из нефти путем ее защелачивания с последующим раскислением образующихся мыл и дистилляцией полученного продукта. Технология экологически вредна. Поэтому присадка ДНК не вырабатывается. Тем более, что ее производство в малых объемах экономически невыгодно.
Патентов, посвященных противоизносным присадкам к топливам для реактивных двигателей, немного. Это объясняется слабым финансовым интересом у изготовителей присадок при очень малой потребности. Например, в России эта потребность, как было уже сказано, составляет 20-30 т/год, в США, по нашим оценкам - около 100 т/год. Тем не менее, России иметь собственные присадки подобного назначения необходимо, так как зависимость от импорта из стран НАТО угрожает обороноспособности страны.
-1
Известна противоизносная присадка по патенту РФ 2410414, C10L 1/10, 2008 г., представляющая собой фракцию жирных кислот таллового масла (ЖКТМ), с содержанием серы меньше чем 25 млн, при получении которой осуществляют дробную кристаллизацию ЖКТМ и удаление закристаллизовавшейся фракции ЖКТМ с получением присадки в виде некристаллизу-ющейся фракции, где присадка не образует кристаллов при температурах выше минус 30°С. Эта присадка, как и все присадки на основе ЖКТМ, весьма эффективна, но дорога, так как получается в сложном процессе многостадийной обработки.
Известны и другие присадки на основе жирных кислот талловых масел, но они предназначаются для использования в малосернистых дизельных топливах (Патенты РФ №2289612. C10L 1/08, 2006; №2401861, C10L 1/08.2010. №2422495.C10L 1/18 и др.). Возможность их использования в топливах для реактивных двигателей не проверялась.
Согласно пат. РФ №2641736, 2018, C10L 1/188, C10L 1/18, C10L 10/00, 2018, 12.05.2017, опубл. 23.01.2018, БИ №3, жирные кислоты растительного масла (ЖКРМ) используются в качестве компонента противоизносной присадки к ультрамалосернистому дизельному топливу в концентрации 15-65% от общей массы присадки. Для топлив для реактивных двигателей эта присадка не предназначалась. Возможность ее использования в топливах для реактивных двигателей явным образом из этого не вытекает, так как дизельные топлива и топлива для реактивных двигателей эксплуатируются в различных условиях, должны отвечать разным требованиям, а их смазывающие свойства оцениваются разными методами.
В литературе (Шаталов К.В., Лихтерова Н.М., Серёгин Е.П., Кондратенко В.В. Применение полиненасыщенных жирных кислот для улучшения противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей // Технологии нефти и газа. 2016. №3. С.30-33) были приведены данные, согласно которым ЖКТМ могут быть противоизносными присадками для топлив для реактивных двигателей. По эффективности они сопоставимы с присадкой Hitec 580.
Наиболее близкой к предполагаемому изобретению по составу и назначению является присадка по патенту РФ 2649396, C10L 1/08, 04.07.2017, (опубл. 03.04.2018, БИ №10). Она взята нами за прототип. Ее состав (в % мас.) следующий:
- олеиновая кислота чистотой не менее 99% - 60-80
- Агидол-1 - 1-2
- толуол - остальное.
Недостатком данной присадки является ее высокая стоимость. В описании изобретения указано, что цена олеиновой кислоты (на момент создания изобретения) составляет 280 руб/кг. Это существенно выше цены жирных кислот таллового масла - в среднем 110 руб/кг. Что касается противоизносной эффективности присадок, то, как мы убедимся далее, присадка-прототип несколько уступает предлагаемой. Это объясняется прежде всего тем, что в предлагаемой присадке присутствует большое количество линолевой кислоты, которая по противоизносным свойствам превосходит олеиновую кислоту.
Целью создания изобретения являлась разработка противоизносной присадки к топливу для реактивных двигателей на альтернативном доступном и дешевом сырье, по противоизносным и факультативным свойствам не уступающей существующим аналогам и прототипу.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве присадки используют композицию жирных кислот, получаемых переработкой технических растительных масел (ЖКРМ) - отходов масложировой промышленности и легкой фракции гидрокрекинга (ЛФГ) в соотношении % мас:
ЖКРМ - 70-90
ЛФГ - остальное
Такая композиция ранее не использовалась и не предлагалась, Ее высокая противоизносная эффективность не вытекает явным образом из знаний о трибологии продуктов переработки масличных культур. Важно также, что предлагаемая присадка не ухудшает физико-химические и эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей, к которым предъявляются весьма жесткие требования.
При необходимости указанная композиция может содержать до 0,05% депрессорной присадки.
Осуществление изобретения
Присадку получают смешением исходных компонентов в заданных соотношениях.
Характеристика исходных компонентов Жирные кислоты растительных масел.
Жирные кислоты растительных масел в России вырабатываются несколькими масложировыми предприятиями. Для приготовления образцов присадки были взяты жирные кислоты, полученные из наиболее распространенных в России масел технического назначения: подсолнечного и рапсового. Их типичный состав, определенный методом хроматомасспектрометрии, представлен в табл. 1, а основные физико-химические характеристики - в табл. 2.
Легкая фракция гидрокрекинга получена на заводе АО «ТАНЕКО» и имела следующие характеристики (табл. 3):
Агидол-1 (технический, марка «А») изготовлен на Стерлитамакском НХЗ по ТУ 38.5901237-90. Образец принят по паспорту изготовителя.
Депрессорная присадка Keroflux 7180 изготовлена и поставлена фирмой BASF.
Для иллюстрации предполагаемого изобретения были приготовлены образцы присадки путем простого смешения компонентов (табл. 4 и 5).
Оценка противоизносных свойств предлагаемой присадки проводились в керосиновой фракции АО «ТАНЕКО» с характеристиками, представлен-ными в таблице 6.
Для сравнения была изготовлена присадка-прототип так, как это описано в изобретении по патенту РФ 2649396, взятому за прототип, следующего состава, %:
- олеиновая кислота (99%-ная) - 80
- Агидол-1 - 2
- толуол - 18.
Противоизносные присадки на практике вводятся в топлива для реактивных двигателей в концентрации 0,002-0,003% (20-30 г/т). Для испытаний был приготовлен образец керосиновой фракции процесса гидрокрекинга, содержащий 0,003%) присадки. Противоизносные свойства образцов присадки оценивали в АО «ТАНЕКО» по ГОСТ Р 53715 (ASTM D 5001) «Топлива авиационные для газотурбинных двигателей. Метод определения смазывающей способности на установке «шар-цилиндр» (BOCLE)». Согласно этому методу неподвижный стальной шар диаметром 12,7 мм прижимается к вращающемуся цилиндру, смазываемому тонкой пленкой топлива при постоянных условиях нагрузки, скорости скольжения, температуры и влажности. При этом на шарике образуется пятно износа, диаметр которого является показателем противоизносных свойств топлива. Результаты представлены в таблицах 7 и 8
Таким образом, оптимальными являются составы, содержащие 70-90% ЖКРМ и 10-30% ЛФГ (образцы 2-4 и 7-9). Концентрации меньше, чем 70%, не оказывают должного противоизносного действия (образцы 1 и 6), а 100%-ные (неразбавленные) концентрации (образцы 5 и 9) неудобны в обращении, так как характеризуются высокими вязкостью и температурой застывания. Кроме того, они не обеспечивают дальнейшего снижения диаметра пятна износа.
Промышленная осуществимость
Заявляемая присадка экономически более выгодна по сравнению с прототипом. Цена олеиновой кислоты 99%-ной чистоты, как следует из описания патента-прототипа, составляет 280 руб/кг. Цена ЖКРМ - на настоящий момент - 85 руб/кг. При этом эффективность присадок, взятых в одной и той же концентрации, можно считать одинаковой в пределах ошибки измерения. Хотя, как можно заметить, наблюдается тенденция к улучшению противоизносных свойств присадки при ее изготовлении на основе ЖКРМ.
В табл. 9 представлены результаты, свидетельствующие о том, что предлагаемая присадка при высоких смазывающих способностях не ухудшает физико-химических и эксплуатационных свойств топлива.
В связи с тем, что ЖКРМ характеризуются довольно высокой температурой застывания, при необходимости в присадку можно ввести депрессор. В таблице 10 представлено влияние Keroflux-7180 фирмы BASF на температуру застывания присадки.
Введение депрессора в присадку не снижает противоизноснои эффективности (таблица 11).
Испытания смесей присадки, содержащей одновременно антиоксидант Агидол-1 и депрессор, позволяют констатировать хорошую совместимость антиоксиданта и депрессора между собой, что позволяет при необходимости добавлять их в присадку одновременно.