КОМПОЗИЦИЯ ПРОТИВОИЗНОСНОЙ ПРИСАДКИ К ТОПЛИВАМ ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
COMPOSITION OF ANTI-WEAR ADDITIVE FOR JET FUEL

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности, к составам противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей и может быть использовано в технике производителями топлив для реактивных двигателей.
В качестве противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей, вырабатываемым с использованием гидрогенизационнымих процессов, с 70-х годов прошлого века используется присадка ДНК (дистиллированные нефтяные кислоты), производившаяся в Республике Азербайджан. Ввиду отсутствия в России производства противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей в 90-х годах для этой же цели рекомендована к применению присадка Hitec-580 (США) (Данилов А.М. Применение присадок в топливах. - М: Мир, 2005, с. 215).
Противоизносная присадка Hitec-580, представляющая собой димер линолевой кислоты (в России производство димеров отсутствует и даже в среднесрочной перспективе их производство маловероятно вследствие значительных затрат на создание их производства), имеет и ряд недостатков, одним из которых является ее малый срок хранения (6 месяцев), вследствие чего потребитель вынужден раз в полгода закупать присадку и быть зависимым от зарубежных поставщиков.
Известна смазочная присадка к среднедистиллятным топливам с улучшенной низкотемпературной стабильностью, содержащая от 50 до 90% некристаллизованной фракции жирных кислот таллового масла и от 50 до 10% растворителя. Жирные кислоты таллового масла имеют весовое соотношение олеиновой кислоты и/или ее производных к линолевой кислоте или ее производным от 5:1 до 1:5 (Патент РФ 2410414, C10L 1/10, 2008 г.).
Недостатком данной присадки является высокая склонность к окислению при хранении, нестабильность химического состава жирных кислот таллового масла, обусловленная видом сырья (Химическая энциклопедия в 5 т., Т. 4. - М: Научное изд-во «Большая Российская энциклопедия», 1995, с. 976), в результате этого для каждой полученной партии таллового масла необходимо проведение испытаний по корректировке оптимального состава присадки и содержанию ее в топливе.
Наиболее близкой к заявляемой присадке по составу и назначению является присадка, представляющая собой композицию олеиновой кислоты с массовой долей основного вещества не менее 99,0% (60-80% масс.), Агидола-1 (1,0-2,0% масс.) и толуола - остальное (Патент РФ 2649396, C10L 10/08,2017 г.).
Недостатком прототипа является образование смолистых веществ при хранении присадки и в связи с этим недостаточный срок ее хранения, высокая гигроскопичность растворителя ароматической природы, его повышенная пожароопасность, а также ограненные ресурсы олеиновой кислоты с содержанием основного вещества не менее 99,0 мас. %, которые составляют не более 10 т/год.
Поставленной технической задачей и техническим результатом являются снижение пожароопасности и токсичности присадки, повышение противоизносных свойств топлива, а также расширение номенклатурного ряда присадок к топливам.
Поставленная техническая задача и указанный технический результат достигаются тем, что предлагаемая композиция противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей, содержащая олеиновую кислоту и антиокислительную присадку Агидол-1 (2,6-ди-трет-бутил-4-метил фенол) в качестве олеиновой кислоты присадка содержит техническую олеиновую кислоту, представляющую собой смесь ненасыщенных жирных кислот с содержанием олеиновой кислоты 57,7-64,9 мас %., линолевой кислоты 17,8-20,8 мас. %, линоленовой кислоты 1,2-8,2 мас. % и общим содержанием жирных кислот 97,4-98,3 мас. % и дополнительно содержит гидрогенизат авиационного топлива для реактивных двигателей при следующем соотношении компонентов, мас. %:
олеиновая кислота техническая
70,0-80,0
Агидол-1
0,3-0,5
гидрогенизат топлива для реактивных
двигателей
остальное.
Олеиновая кислота (цис-9-октадеценовая кислота) структурной формулы (1) является мононенасыщенной жирной кислотой и относится к группе омега-9 ненасыщенных жирных кислот.
Олеиновая кислота техническая представляет собой смесь преимущественно мононенасыщенных жирных кислот, получаемых при расщеплении растительных масел с последующей дистилляцией. Олеиновая кислота техническая в расплавленном состоянии представляет собой вязкую прозрачную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Физико-химические характеристики испытанных образцов технической олеиновой кислоты, например, производства АО «Нефис Косметике» приведены в таблице 1.
Фактический кислотный состав технической олеиновой кислоты, определенный, методом газовой хроматографии, приведен в таблице 2.
Как видно из данной таблицы образцы 1 и 2 отличаются по компонентному составу и содержанию жирных кислот, однако сумма насыщенных и ненасыщенных кислот в них практически одинакова и составляет (10,32-11,10) мас. % и (88,0-86,3) мас. % для обр. 1 и обр. 2 соответственно. Содержание жирных кислот изменяется от 97,4 до 98,32 мас. %, что ниже, чем заявлено по прототипу (не менее 99,0 мас. %) для олеиновой кислоты марки ч.
Таким образом, в качестве технической олеиновой кислоты композиция противоизносной присадки содержит техническую олеиновую кислоту, представляющую собой смесь жирных кислот с общим их содержанием 97,4-98,3 мас. %, содержанием олеиновой кислоты 57,7-64,9 мас. %, линолевой кислоты 17,8-20,8 мас. %, линоленовой кислоты 1,2-8,1 мас. %, соответствующую ГОСТ 7580-91 «Кислота олеиновая техническая» и по ТУ 9145-172-4731297-94 «Кислота олеиновая техническая (олеин) марки Б-115» и применяемая в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, легкой, металлургической и других отраслях промышленности. Отечественной промышленностью осуществляется выпуск также и других марок олеиновой кислоты, различающихся по суммарному содержанию жирных кислот, температуре застывания и другим показателям.
Новизной предлагаемого технического решения является создание композиции противозносной присадки на основе жирных кислот технической олеиновой кислоты и обладающей достаточно высоким уровнем противоизносных свойств. Ранее подобная композиция в топливах не использовалась и не предлагалась. Ее использование не вытекает явным образом из известных теоретических положений.
В качестве авиационного топлива для реактивных двигателей композиция содержит гидрогенизат топлива марок, например, ТС-1 или РТ. Снижение пожароопасности и токсичности присадки достигается заменой растворителя присадки толуола (по прототипу) на компонент авиационного топлива ТС-1 или топлива других марок по ГОСТ 10227-86 и ГОСТ 12308-2013.
Химическая активность непредельных жирных кислот в реакциях жидкофазного окисления кислородом воздуха соответствует химической активности олефиновых углеводородов с тем же числом атомов. Окисление молекул олеиновой кислоты протекает по углероду, находящимся в α-положении к двойной связи. Для предотвращения реакций жидкофазного окисления активного компонента присадки в условиях длительного хранения в состав композиции вводят антиоксидант Агидол-1. В прототипе количество антиоксиданта составляет 1,5 мас. %.
Для стабилизации композиции присадки при хранении в олеиновую кислоту техническую вводят раствор антиокислительной присадки Агидол-1 в авиационном топливе по ГОСТ 10227-86 или его компоненте - гидрогенизате. Расчетное количество Агидола-1 на композицию не должно составлять более 0,3-0,5% мас. Гарантированный срок хранения композиции 3 месяца.
Приготовление образцов противоизносной присадки осуществляли следующим образом. Сначала Агидол-1 растворяют в топливе для реактивных двигателей в заявленном количестве, в полученный раствор добавляют техническую олеиновую кислоту в заданных соотношениях. Перемешивают до получения однородного раствора.
Были приготовлены 5 опытных образцов присадки, состав которых и эксплуатационные свойства приведены в таблице 3, 4, 5.
Образцы присадки в концентрации 0,0045 мас. % были испытаны на противоизносные свойства по ГОСТ Р 53715 (ASTM D 5001) «Топлива авиационные для газотурбинных двигателей. Метод определения на аппарате 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. Образующееся пятно износа на испытательном шарике, являющееся показателем уровня противоизносных свойств топлива, замеряют по двум диаметрам (по направлению движения и поперек) и вычисляют среднее значение. Критерием оценки эффективности присадки служит диаметра пятна износа (0,56-0,65 мм), которые сравнивают со значениями, полученными для топлив марки РТ, прошедших квалификационные испытания. Результаты испытаний представлены в табл. 4.
Результаты испытаний (табл. 4) показывают, что гидрогенизат, содержащий образцы №1 - 5 присадки, показали более низкие значения диаметра пятна износа по сравнению со статистическими данными (0,57-0,70 мм) и по сравнению с прототипом (0,57 мм). Содержание технической олеиновой кислоты от 70 до 80 мас. % в присадке является оптимальным. При меньшей концентрации технической олеиновой кислоты в присадке (образец №1) ее эффективность снижается, диаметр пятна износа выше. При повышении концентрации выше 80% (образец №5) эффективность присадки не изменяется, поэтому увеличение концентрации олеиновой кислоты нецелесообразно из-за повышения себестоимости присадки.
Противоизносная присадка может готовиться непосредственно на нефтеперерабатывающем заводе и вводиться в керосиновую фракцию, полученную гидрогенизационными процессами.
Для подтверждения достижения технического результата были приготовлены опытные образцы топлива для реактивных двигателей на базе керосиновой фракции процесса гидрокрекинга с различным содержанием образца присадки №3. Присадку по образцу №3 вводили в топливо в оптимальной концентрации 0,0035 мас. % и максимально допустимой концентрации - 0,0045 мас. %. Приготовленные образцы были исследованы с определением основных физико-химических и эксплуатационных свойств. Результаты испытаний, представленные в таблице 6, положительные.