ВСЕСЕЗОННОЕ УНИВЕРСАЛЬНОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО
ALL-SEASON UNIVERSAL DIESEL FUEL

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 минус 55°C.
Большие осложнения возникают при применении дизельных топлив в межсезонье, связанные с заменой марок дизельного топлива для умеренного климата на дизельные топлива для зимнего и арктического климата, а также раздельного транспортирования и хранения различных марок дизельного топлива.
В июле 2006 г. введен в действие ГОСТ Р 52368 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия» [1], в котором дизельные топлива для умеренного климата представлены шестью сортами: А, В, С, D, Е, F, а для холодного и арктического климата - пятью классами: 0, 1, 2, 3, 4. Низкотемпературные свойства этих дизельных топлив определяются двумя показателями - температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости.
В ГОСТ Р 52368 (Приложение Г) приведена таблица с рекомендациями по сезонному применению дизельных топлив. Например, дизельное топливо класса 4 с температурой помутнения «не выше минус 34°C» и предельной температурой фильтруемости «не выше минус 44°C» рекомендуется применять с 15 октября по 15 мая в таких районах, как Якутия, Магаданская обл., острова Северного Ледовитого океана и др., с 15 мая по 15 июня - класс 1, с 15 июня по 31 августа сорт D, с 1 сентября по 15 октября опять класс 1, а с 15 октября нужно снова перейти на класс 4. Таким образом, в течение года для обеспечения надежной эксплуатации техники необходимо не менее пяти раз произвести замену соответствующей марки дизельного топлива.
Перед авторами стояла задача разработать такое всесезонное универсальное дизельное топливо, которое могло бы обеспечить надежную работу двигателей техники, в том числе и судовой, в течение всего года независимо от сезонных изменений температуры окружающего воздуха, соответствующего следующим требованиям:
цетановое число, не менее
51
плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>
820-855
температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже
62
кинематическая вязкость при 40°C, мм<sup>2</sup>/с
2,00-4,00
температура помутнения, °C, не выше
минус 42
предельная температура фильтруемости, °C, не выше
минус 55
В настоящее время дизельные топлива выпускаются по пяти ГОСТ, которые имеют соответствующие требования к основным показателям, определяющим специфику эксплуатации техники, качественную работу двигателей и сезонное применение. Следует отметить, что практически у всех улучшены значения показателей, которые отвечают за экологию - содержание серы снижено до 10 мг/кг, содержание полициклических ароматических углеводородов до 8% масс., для улучшения низкотемпературных характеристик используются керосиновые фракции и депрессорно-диспергирующие присадки. Для обеспечения надежной работы двигателя, обеспечения требований ГОСТ в дизельные топлива вовлекаются и другие присадки отечественного и зарубежного производства: противоизносные присадки до 0,04% масс. и промоторы воспламенения до 0,30% масс. Концентрация депрессорно-диспергирующих присадок подбирается к конкретному углеводородному составу фракций, вовлекаемых в композицию топлива.
ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590: 2009) и ГОСТ 32511-2013 (ЕН 590: 2009) включает одиннадцать сезонных марок, к которым установлены следующие основные требования:
цетановое число, не менее
47,0-51,0
цетановый индекс, не менее
43,0-46,0
плотность при 15°С, кг/м<sup>3</sup>
800-845
температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже
30-55
кинематическая вязкость при 40°C
1,20-4,50
температура помутнения, °C, не выше
минус 10 - минус 34
предельная температура фильтруемости, не выше
5 - минус 44
ГОСТ 305-2013 включает четыре сезонные марки, к которым установлены следующие основные требования:
цетановое число, не менее
45,0
плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>, не более
833,5-863,4
температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже
30-62
кинематическая вязкость при 20°C
1,50-6,00
предельная температура фильтруемости, не выше
минус 5 - минус 45
ГОСТ Р 55475-2013 включает пять сезонных марок, к которым установлены следующие основные требования:
цетановое число, не менее
47,0-48,0
цетановый индекс, не менее
43,0-46,0
плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>
800-855
температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже
30-40
кинематическая вязкость при 40°C
1,200-4,500
температура помутнения, °C, не выше
минус 22 - минус 42
предельная температура фильтруемости, не выше
минус 32 - минус 52
ГОСТ РВ 9130-002-2011 включает четыре сезонных марки, к которым установлены следующие основные требования:
цетановое число, не менее
45,0-51,0
плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>
800-860
температура вспышки в закрытом тигле,°C, не ниже
30-62
кинематическая вязкость при 40°C
1,50-6,00
температура помутнения,°C, не выше
минус 5 - минус 35
предельная температура фильтруемости, не выше
минус 5 - минус 45
Таким образом, в настоящее время выпускается более 35 марок дизельных топлив сезонного применения по различным ГОСТ.
Известно дизельное топливо, которое состоит из прямогонных фракций НК-185°C и НК-180°C или смесей после вторичной перегонки смесей фракций НК-185°C и НК-180°C с выделением из них фракций НК-62°C, 62-180°C и кубового остатка, выкипающего в интервале 180°C-КК, а также прошедшую гидроочистку и риформинг фракцию 62-180°C. Выделенные фракции компаундируют с прямогонной фракцией, выкипающей в интервале 140-240°C, в соотношении 80-85:20-15 соответственно с получением дизельного арктического топлива, имеющего температуру застывания минус 58°C [2 - Патент RU №2185419, C10L 1/04, 2001].
Известна композиция дизельного топлива, состоящая из керосиновой фракции прямой перегонки нефти, 96% которой выкипает до 250°C, фракции, 96% которой выкипает до 320°C, их компаундировании с добавлением товарного реактивного топлива марки Т-6 при следующем соотношении компонентов: 20-25% керосиновой фракции, 96% которой перегоняется до 250°C, 1-10% фракции, 96% которой перегоняется до 320°C, и 7-74% товарного реактивного топлива марки Т-6. Полученный таким образом целевой продукт удовлетворяет требованиям на топливо дизельное арктическое марки А-0,2 по ГОСТ 305 с температурами помутнения не выше минус 45°C и застывания не выше минус 55°C и превосходит требования марки топлива дизельного ЕВРО класса 4 по ГОСТ Р 52368 [3 - Патент RU №2205862, C10L 1/08, 2003].
3
10
1
25
6
28
Известно изобретение, которое в качестве базового топлива предполагает содержание газоконденсатного дизельного топлива широкого фракционного состава или дизельного топлива нефтяного происхождения, а в качестве присадок содержит, % масс.: алкил(С-С)нитрат не более 75, алкил(С-С) сукцинимид 0,1-15, сополимер высших эфиров С-С 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. Дизельное топливо, полученное на основе этого изобретения, имеет предельную температуру фильтруемости минус 50°C и температуру застывания минус 70°C [4 - Патент RU №2320707, C10L 1/188, 2008].
3
20
1
25
Известно дизельное топливо, где улучшение низкотемпературных свойств достигается тем, что в газоконденсатное топливо вводится присадка в количестве 0,001-1,0% масс., содержащая алкил(С-С)нитрат, алкил(С-С) сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновой, линолевой или линоленовой, или ее амид и сульфат кальция. Дизельное топливо, полученное на основе этого изобретения, имеет температуру помутнения минус 37°C и температуру застывания минус 50°C [5 - Патент RU №2378323, C10L 1/10, 2010].
Известен способ, который описывает дизельное топливо, полученное выделением из стабильного конденсата дизельной фракции и введение в нее раствора депрессора с диспергатором, взятых в виде 40-55%-ного массового раствора в ароматических углеводородах в соотношении, % масс.: депрессор - 67-80 и диспергатор - 20-33. В качестве диспергатора используют полимер из монозвеньев на углеводородной основе, содержащих карбонильные, алифатические и ароматические группировки, причем соотношение алифатических протонов и ароматических протонов колеблется в интервале 60:1-10:1. Полученное модифицированное дизельное топливо имеет предельную температуру фильтруемости минус 42°C и температуру застывания минус 52°C [6 - Патент RU №2174146, C10L 1/08, 1/18 2001].
Рассмотренные выше дизельные топлива содержат различные фракции вторичных процессов нефтепереработки, стабильные конденсаты, газоконденсатное топливо и керосиновые фракции имеют сложные составы и разрабатываются для улучшения некоторых свойств дизельного топлива, но ни одно из них не обеспечивает их применение в разное время года в технике.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является 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°C, или ее смесь с газойлем замедленного коксования и/или каталитического крекинга, выкипающих в пределах 170-340°C, с последующими гидроочисткой и гидродепарафинизацией или гидроизомеризацией, а также глубокой стабилизации до температуры начала кипения не ниже 175°C, позволяющих получить показатели качества, удовлетворяющие дизельному топливу как для умеренного климата, так и для холодного и арктического климата:
цетановое число, не менее
51
плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>
820-840
температура вспышки в закрытом тигле, °C, не менее
55
кинематическая вязкость при 40°C, мм<sup>2</sup>/с
2,00-4,00
предельная температура фильтруемости, °C, не выше
минус 44
(7 - Патент RU №2559877, C10L 1/00, 1/04, 1/06, 1/08, 2015, прототип).
Полученный таким образом целевой продукт удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) и ГОСТ 32511-2013 (ЕН 590:2009), но не удовлетворяет требованиям ГОСТ 305-2013 и ГОСТ РВ 9130-002-2011 по показателям «Температура вспышки в закрытом тигле» (не ниже 62°С) и ГОСТ Р 55475-2013, «Температура помутнения» (не выше минус 42°С) и «Предельная температура фильтруемости» (не выше минус 52°С).
Технический результат изобретения - повышение качества дизельного топлива за счет снижения температуры помутнения и предельной температуры фильтруемости, а также повышения температуры вспышки в закрытом тигле, что расширит область и температурные режимы применения топлива.
Указанный технический результат достигается тем, что дизельное топливо, содержащее базовый компонент, включающий гидроочищенную или гидрокрекинговую и гидродепарафинизированную фракции, противоизносную присадку в количестве 0,04% масс. и промотор воспламенения в количестве 0,30% масс., согласно изобретению содержит смесь гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 155-240°С, или керосиновой фракции, выкипающей в пределах 140-240°С, после гидрокрекинга с гидродепарафинизированной фракцией, выкипающей в пределах 180-310°С, взятых в соотношении 9-11÷89-91% об., обеспечивающее как для умеренного, так и для холодного и арктического климата при эксплуатации быстроходных дизельных двигателей наземной и судовой техники следующие значения показателей качества дизельного топлива:
цетановое число, не менее
51
плотность при 15°С, кг/м<sup>3</sup>
820-855
температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже
62
кинематическая вязкость при 40°С, мм<sup>2</sup>/с
2,00-4,00
температура помутнения, °С, не выше
минус 42
предельная температура фильтруемости, °С, не выше
минус 55
Отличием заявленного технического решения является использование в качестве всесезонного универсального дизельного топлива смеси 90% об. гидродепарафинизированной фракции, выкипающей в пределах 180-310°С, и гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 150-230°C, или керосинной фракции, выкипающей в пределах 140-240°C, после гидрокрекинга, взятых в соотношении 89-91÷9-11% об., что позволяет не использовать газойль замедленного коксования и/или каталитического крекинга, выкипающего в пределах 170-340°C, с последующими гидроочисткой и гидродепарафинизацией или гидроизомеризацией, а также глубокой стабилизации.
При проведении исследований для приготовления образцов разрабатываемого всесезонного универсального дизельного топлива из Западно-Сибирских и Пермских нефтей на нефтеперерабатывающем заводе были получены: гидродепарафинизированная фракция, выкипающая в пределах 180-310°C, гидроочищенная керосиновая фракция, выкипающая в пределах 155-240°C, и керосиновая фракция после гидрокрекинга, выкипающая в пределах 140-240°C, имеющие характеристики, представленные в таблице 1.
С использованием фракций, представленных в таблице 1, были приготовлены образцы всесезонного универсального дизельного топлива.
Состав образцов всесезонного универсального дизельного топлива приведен в таблице 2, а результаты оценки физико-химических показателей образцов приведены в таблице 3.
2
Данные, приведенные в таблице 3, показывают, что предлагаемые обр. №№2-4 и №№7-9, взятые в заявленном соотношении, удовлетворяют требования всех перечисленных выше ГОСТ по основным показателям, определяющим сезонность применения топлив, и с учетом температуры вспышки в закрытом тигле могут быть использованы как для наземной техники, так и для судовой. Увеличение в составе композиции гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 150-230°C (обр. №1), или керосиновой фракции после гидрокрекинга, выкипающей в пределах 140-240°C (обр. №6), приводит к несоблюдению требований по показателям кинематической вязкости при 40°C, которая по требования ГОСТ должна быть не менее 2,00 мм/с и температуры вспышки в закрытом тигле, которая по требованиям для судовой техники должна быть не ниже 62°C. Уменьшение в составе композиции гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 150-230°C (обр. №5), или керосиновой фракции после гидрокрекинга, выкипающей в пределах 140-240°C (обр. №10), не обеспечивает требований к низкотемпературным характеристикам.
Таким образом, оптимальными и достаточными признаками обладает всесезонное универсальное дизельное топливо, состоящее из гидродепарафинизированной фракции нефти, выкипающей в пределах 180-310°C, и гидроочищенной керосиновой фракции, выкипающей в пределах 150-230°C, или керосиновой фракции после гидрокрекинга, выкипающей в пределах 140-240°C, взятых в соотношении 89-91÷9-11% об.
Для обеспечения требований к цетановому числу (не менее 51) и смазывающей способности (диаметр пятна износа не более 460 мкм) в состав топлива вводятся промоторы воспламенения и противоизносные присадки в количествах до 0,30% масс. до 0,04% масс. соответственно, которые применяются на заводах в зависимости от технологической схемы производства.
Таким образом, полученное всесезонное универсальное дизельное топливо по показателям качества соответствует требованиям ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590: 2009), ГОСТ 32511-2013 (ЕН 590: 2009), ГОСТ 305-2013, ГОСТ РВ 9130-002-2011 и ГОСТ Р 55475-2013, что позволяет применять его для быстроходных дизельных двигателей наземной и судовой техники в умеренном, холодном и арктическом климате взамен более чем тридцати пяти марок топлива в указанных выше ГОСТ, что приведет 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.