ПРИСАДКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ УГЛЕВОДОРОДНОГО РЕАКТИВНОГО ТОПЛИВА И РЕАКТИВНОЕ ТОПЛИВО
ADDITIVE FOR INCREASING OF THERMAL-OXIDATIVE STABILITY OF HYDROCARBON JET ENGINE FUEL AND JET ENGINE FUEL

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, а более точно касается присадки, предназначенной для повышения термоокислительной стабильности (ТОС) углеводородного реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята и реактивного топлива.
ТОС является важным эксплуатационным свойством реактивного топлива.
За последнее время требования к ТОС углеводородного реактивного топлива со стороны авиадвигателестроения сильно возросли. Это обусловлено тем, что все годы существования реактивной авиации совершенствование авиационных газотурбинных двигателей сопровождалось ростом их теплонапряженности из-за непрерывного повышения температуры воздуха и продуктов сгорания по тракту двигателя. Температура воздуха за компрессором повысилась с 300°С до 600°С, температура газа перед турбиной с 800°°С до 1400°С. Кроме того, реактивное топливо стало применяться в качестве гидравлической жидкости для привода регулируемых элементов двигателя (створок реактивного сопла, поворотных лопаток компрессора и т.п.), а также для охлаждения электронной аппаратуры летательного аппарата. Все это увеличило подвод тепла к топливу и предъявило требования к его термоокислительной стабильности при высоких температурах.
Реактивное топливо на основе прямогонного керосинового дистиллята (например, ТС-1 ГОСТ 10227-86), являясь самым простым по технологии производства и в связи с этим самым привлекательным по стоимости, обладает низкой ТОС при высоких температурах.
Известные высокотермостабильные углеводородные реактивные топлива (РТ, Т-8 В, Т-6) получают путем применения дорогостоящих гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга).
Известны добавки антиоксидантов для стабилизации нефтетоплив и осуществления стабилизации нефтетоплив добавками (присадками).
Известна добавка для стабилизации бензина и бензиновых смесей антиоксидантом, в качестве которого используют смесь дивторбутилпарафенилендиамина, и тритретбутилфенола, и диметилсульфоксида. Добавку вводят в бензины в количестве 0,02-0,003% (патент США №5509944).
Известна топливная композиция в виде добавки смеси антиоксидантов, в качестве которых используют (N,N-(3,5-ди-третбутил-4-оксибензил)мочевина-мочевина, в каждом из атомов азота замещенная на 4-метилен-2,6-дитретбутилфенол) (а.с. СССР №1050281).
Известен жидкий антиоксидант для топлива (заявка Японии №58109296, С10L 1/18), содержащий экранированный метиленбисфенол, ди-(нонилфенил)-амин и
2
2
13
27
2
S(CH СН СООСН).
Известна стабилизирующая присадка для среднедистиллятных топлив (патент США №4689051, 1987, С10L 1/22), представляющая собой продукт, полученный реакцией эквимолекулярных количеств оксиалкилированного амина с малеиновым ангидридом с последующей обработкой N-алкилалкилендиамином.
Известен состав для улучшения низкотемпературных свойств жидкого топлива и состав жидкого топлива (патент РФ №2104295, опубл. 1998.02.10, ЕР 93/01667). Состав включает два или более переэтерифицированных сополимера этилен/ненасыщенного эфира. Каждый сополимер переэтерифицирован путем, по крайней мере, частичного гидролиза для удаления кислотных групп или обработкой той же кислотой для частичного восстановления эфирных групп.
Присадки для улучшения высокотемпературных свойств углеводородного реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята за счет повышения термоокислительной стабильности такого топлива в опубликованных источниках информации не обнаружены.
В основу изобретения положена задача малозатратного улучшения высокотемпературных свойств углеводородного реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята путем повышения ТОС реактивного топлива и при сохранении его стандартных показателей качества.
Технический результат - создание присадки, повышающей ТОС реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята при сохранении его стандартных показателей качества, что позволяет повысить максимально допустимую температуру применения топлива на 80-100°С и вводить в топливо присадку в процессе производства в заводских условиях.
Поставленная задача решается тем, что создана присадка для повышения термоокислительной стабильности углеводородного реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята, которая содержит 2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол), масляный раствор алкенилсукцинимида и бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
масляный раствор алкенилсукцинимида 1-2,
бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден)этилендиамин 1-2,
2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол) остальное.
Целесообразно, чтобы в качестве алкенилсукцинимида был бы использован алкенилсукцинимид, полученный алкилированием малеинового ангидрида полиизобутиленом с последующей обработкой его раствора в легком нефтяном масле соотношением 1:1 диэтилентриамином.
Поставленная задача решается также тем, что реактивное топливо на основе прямогонного керосинового дистиллята дополнительно содержит созданную присадку в количестве 0,03-0,05 мас.%.
Присадка для повышения термоокислительной стабильности реактивного топлива на основе прямогонного керосинового дистиллята (например, ТС-1) содержит 2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол), масляный раствор алкенилсукцинимида и бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
масляный раствор алкенилсукцинимида 1-2,
бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин 1-2,
2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол) остальное.
Способы синтезирования компонентов присадки известны.
При изготовлении присадки согласно изобретению компоненты присадки получали следующим образом.
Алкенилсукцинимид получали путем алкилирования малеинового ангидрида полиизобутиленом в две стадии. На первой стадии малеиновый ангидрид алкилировали полибутеном, а на второй стадии полученный на первой стадии алкенилянтарный ангидрид обрабатывали полиэтилен-полиамином. Полученное вещество растворяли в легком нефтяном масле (И12А, И20А) в соотношении 1:1, добавляли диэтилентриамин и нагревали до 180-200°С при давлении ниже атмосферного для отгона образовавшейся воды. После отгонки получен масляный раствор алкенилсукцинимида.
Бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин
получали в несколько стадий. На первой стадии 2,4,6- три-трет-бутилфенол деалкилировали с использованием гетерогенного катализатора - сульфофторполимера ПФСК-1 - до 2,4-ди-третбутиленфенола. Затем проводили гидроксиметилирование полученного 2,4,6-три-трет-бутилфенола в среде трет-бутилового спирта в присутствии параформа и щелочи в каталитических количествах при температуре 75°С в течение 10 час. Соотношение параформ:фенол составляло 1:1, количество щелочи 0,05 моля на 1 моль фенола.
На третьей стадии полученный на второй стадии 2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутиленбензилового спирт окисляли до 2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилбензальдегида кислородом воздуха. Окисление проводилось в присутствии каталитических количеств щелочи (0,05 моля на 2.4 ДТБ фенола) и диацетата марганца (0,05 моля на моль фенола) в среде метилового спирта при температуре 65°С.
Затем на последней стадии осуществляли реакцию полученного на третьей стадии диалкилсалицилового альдегида с этиленамином. Реакцию проводили при комнатной температуре в среде метилового спирта. Выделение полученного при реакции основного продукта бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин проводили фильтрацией с последующей промывкой метанолом и сушкой.
2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол) синтезировали путем алкилирования п-крезола изобутиленом в присутствии кислотного катализатора при 60-100°С и конденсации полученного 2-трет-бутил-4-метилфенола с формальдегидом.
Присадку готовили смешением полученных компонентов в соотношении, мас.%: масляный раствор алкенилсукцинимида 1,
бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин 1,
2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол остальное.
Присадку готовили также смешением полученных компонентов в соотношении, мас.%: масляный раствор алкенилсукцинимида 2,
бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин 2,
2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол остальное.
В лучшем варианте осуществления изобретения присадку готовили смешением полученных компонентов в соотношении, мас.%.: масляный раствор алкенилсукцинимида 1,6,
бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин 1,6,
2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол остальное.
Реактивное топливо согласно изобретению с достижением технического результата получали путем добавления полученной присадки в представительный образец реактивного топлива в количестве от 0,03 мас.% до 0,05 мас.%.
Реактивное топливо согласно изобретению получали в лучшем варианте исполнения путем добавления полученной присадки в представительный образец реактивного топлива в количестве 0,05 мас.%, т.е.
2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол) 0,0484 мас.%, масляный раствор алкенилсукцинимида 0,0008 мас.%, бис-(3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензилиден) этилендиамин 0,0008 мас.%.
3
В качестве представительного образца использовано реактивное топливо ТС-1 (ГОСТ 10227086) на основе прямогонного керосинового дистиллята, норма концентрации осадка которого при определении термоокислительной стабильности по методу ГОСТ 11802-88 составляет ~12 мг/100 см топлива. Рекомендуемая температура применения для топлива ТС-1 до 100°С и 120°С.
Полученное реактивное топливо согласно изобретению и представительный образец подвергли испытаниям. ТОС оценивалась в статических условиях по методу ГОСТ 11802-88 на приборе ТСРТ-2 и в динамических условиях на установке ДТС-2 по методу квалификационных испытаний. Результаты этих испытаний с определением показателей, характеризующих их ТОС, представлены в таблице. В таблице приведены также нормы по этим показателям ТОС для топлив ТС-1 и РТ.
По остальным показателям качества представительный образец топлива ТС-1 и реактивного топлива с присадкой согласно изобретению полностью отвечали требованиям ГОСТ 10227-86 для топлива ТС-1 и Комплекса методов квалификационной оценки (КМКО) для топлива ТС-1.
Показатель
Норма по ГОСТ 10227-86и КМКО для ТС-1
Норма по ГОСТ 10227-86 и КМКО для РТ
Представительный образец топлива ТС-1
Представительный образец топлива ТС-1 с присадкой согласно изобретению
ТСРТ-2. Массовая концентрация осадка, мг/100см<sup>3</sup> топлива
Не более 18
Не более 6
12,5
0,9
ТСРТ-2. Массовая концентрация смол, растворимых в топливе, мг/100см<sup>3</sup> топлива
Не более 30
ТСРТ-2. Массовая конценорация смол, не растворимых в топливе, мг/100 см<sup>3</sup> топлива
Не более 3
ДТС-2. Индекс термолстабильности, усл.ед. (норма по Комплексу методов квалификационной оценки)
Не более 6
Не более 2
2,4
0,7
Как видно из таблицы, топливо ТС-1 с присадкой согласно изобретению удовлетворяет нормам по ТОС высокотермостабильного гидрогенизационного топлива РТ, рекомендованного к применению до температуры 180°С. По ТОС топливо РТ практически равноценно высокотермостабильным гидрогенизационным топливам Т-8 В и Т-6 с рекомендуемыми температурами применения соответственно до 250°С и 300°С. Разные предельные температуры применения топлив РТ, Т-8 В и Т-6 объясняются сильно отличающимися давлениями насыщенных паров этих топлив, характеризующими склонность топлива к образованию в трубопроводах паровых пробок, особенно на режиме малого высотного газа, когда резко падает давление в топливной системе двигателя.
Топлива ТС-1 и РТ имеют практически одинаковый фракционный состав и давление насыщенных паров.
Полученные экспериментальные материалы подтверждают повышение ТОС топлива ТС-1 с присадкой согласно изобретению на 80-100°С при сохранении всех прочих показателей качества на уровне стандартного топлива ТС-1, в том числе и по показателю «взаимодействие с водой», что позволяет вводить присадку в заводских условиях в процессе производства топлива, не боясь при заправке этим топливом летательных аппаратов ухудшения работы аэродромных фильтров-сепараторов.