Патент на изобретение №2202596

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНОГО И КОТЕЛЬНОГО ТОПЛИВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтепереработке, конкретно к способу получения моторных и котельных топлив для средне-, малооборотных дизелей и котельных установок, предназначенных для использования в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, отличающихся экстремальными условиями эксплуатации и жесткими требованиями к надежности и безотказности работы техники. Способ состоит в подготовке, нагреве и фракционировании нефти методом испарения с выделением бензиновой фракции, при этом вносятся следующие технологические операции: в процессе нагрева всей исходной нефти осуществляют антиструктурирующую вибрационную (виброструйную) обработку всей нефти в магнитном поле. Бензиновую фракцию выделяют при атмосферно-вакуумной разгонке в интервале НК – 120-150^oC с повышением температуры вспышки моторных и котельных топлив. В весь остаток нефти после выделения бензиновой фракции вводят многофункциональную присадку, обладающую депрессорными, моюще-диспергирующими, антинагарными и антикоррозионными свойствами, обращая его в моторное или котельное топливо. Способ позволяет полностью переработать нефть без отходов, загрязняющих среду, расширить фракционный состав и увеличить в 1,8-2,0 раза выход целевого продукта при снижении температуры применения топлив от диапазона минус 5 – плюс 20^oС до диапазона минус 40 – минус 50^oС и исключить завоз дорогостоящего зимнего топлива. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к нефтепереработке, конкретно к способу получения моторного и котельного топлив для средне-, малооборотных дизелей и котельных установок, особенно в отдаленных и труднодоступных районах Крайнего Севера, дальнего Востока и приравненных к ним, отличающихся экстремальными условиями эксплуатации и максимально жесткими требованиями к надежности и безотказности работы техники.

Известен способ получения моторных топлив, включая флотские мазуты, и котельных топлив по ГОСТ 1667 и ГОСТ 10585 [1] (Справочник по ГСМ под ред. В.М.Школьникова, изд., “Техинформ”,1999).

Первые вырабатываются компаундированием остаточных фракций прямой перегонки и термокаталитических процессов со средними дистиллятами этих процессов в соотношении примерно 1:1 и предназначены для применения в средне- и малооборотных дизелях водного, железнодорожного транспорта, автономных дизельэлектрических агрегатов, дорожно-строительной техники и т.п.

Котельные топлива представляют собой смесь остаточных фракций прямой перегонки, вторичных процессов переработки нефти со средними дистиллятами (до 10-15%) этих процессов и предназначены для применения в стационарных, транспортных котельных установках и промышленных печах.

Фракционный состав моторных топлив ограничивается требованием “до 250^oС перегоняется не более 15%” (см. ГОСТ 1667), котельных и флотских мазутов не нормируется, но значительно уже, чем моторных топлив. Отличительной их особенностью является широкий диапазон вязкости (от 36 при 50^oС до 100 мм²/с при 80^oС), температуры застывания (от минус 8 до плюс 40^oС) и коксуемости 10%-ого остатка (от 3 до 9%), характеризующей также склонность топлива к осадкообразованию. Естественно, что использование таких топлив, например, в Якутии в зимний период при среднесуточных температурах минус 45 – минус 50^oС практически исключается, хотя круглогодичная потребность в них составляет не менее 300 тысяч тонн. Поэтому в настоящее время вся потребность в дешевых моторных топливах и мазутах покрывается Северным завозом дорогостоящих и остродефицитных зимнего сорта дизтоплива марки “З” минус 35^oС и авиакеросина типа ТС-1. При температурах минус 30^oС и ниже северный вид дизтоплива готовят на нефтебазах компаундированием зимнего дизтоплива и авиакеросина в соотношении 1:2. Это означает, что для выработки 1 т такого северного смесевого топлива необходимо переработать около 6 т нефти.

Вместе с тем, например, Республика Саха (Якутия) располагает значительными запасами извлекаемой из недр нефти. Однако строительство нефтеперерабатывающих предприятий по общепринятой технологической схеме в большинстве случаев технически и экономически нецелесообразно по причине возникновения трудностей с реализацией остаточных топлив, потенциальное содержание которых в нефти составляет в среднем около 50%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению можно отнести способ получения моторных топлив, состоящий в подготовке, нагреве и фракционировании нефти методом испарения с выделением бензиновой фракции [2] , но объем остаточной фракции составляет 60% (пат. РФ 2110560, С 10 L 1/02, 1995).

Целью изобретения является такой способ получения моторных и котельных топлив, который по сравнению с существующим исключал бы отходы переработки нефти, обеспечивал бы стабильный уровень их низкотемпературных свойств, соответствующих экстремальным условиям их применения на Крайнем Севере, а по моторно-эксплуатационным свойствам – соответственно уровню применения дизельного топлива.

Указанная цель достигается тем, что в известный способ получения моторного и котельного топлив, состоящий в подготовке, нагреве и фракционировании нефти методом испарения с выделением бензиновой фракции вносятся следующие технологические операции:
1. В процессе нагрева всей исходной нефти осуществляют антиструктурирующую вибрационную (виброструйную) обработку всей нефти в магнитном поле.

2. Выделяют бензиновую фракцию при атмосферно-вакуумной разгонке в зависимости от типа вырабатываемого топлива в интервале НК 120-150^oC с повышением температуры вспышки остатка нефти, при этом:
– в интервале НК 120^oС для повышения температуры вспышки в закрытом тигле остатка нефти после отбора указанной бензиновой фракции до температуры не ниже 30^oС, что соответствует требованиям безопасности, предъявляемым к моторным топливам для автономных дизельэлектрических установок (ТЭУ);
– в интервале НК 150^oС путем повышения вакуума на 0,18-0,2 кг/см² без изменения температуры в реакторе для повышения температуры вспышки в закрытом тигле остатка нефти после отбора данной бензиновой фракции до температуры не ниже 62^oС, что соответствует требованиям безопасности, предъявляемым к моторным топливам для дизелей судовой и тепловозной техники (ТСУ), подконтрольных Государственному Регистру, и котельному топливу.

3. После выделения упомянутых в п. 2 бензиновых фракций вводят в весь остаток нефти многофункциональную присадку, обладающую депрессорными, моюще-диспергирующими, антинагарными и антикоррозионными свойствами.

В качестве многофункциональной присадки используют композицию:
– сополимер этилена с винилацетатом, мол. вес от 1000 до 65000 – от 20 до 60 вес. частей;
– сульфонат щелочноземельных металлов со щелочностью от 20 до 1000 мг KOH/1 г – от 5 до 15 вес. частей;
– алкилдиметиламин с длиной алкильного радикала С₄-С₂₀ – от 5 до 15 вес. частей;
– растворитель алкилароматический – от 20 до 60 вес. частей.

Антиструктурирующую вибрационную, в частности виброструйную, обработку в магнитном поле осуществляют со следующими параметрами:
Напряженность магнитного поля – 10⁴ – 10⁶ А/м
Диапазон частоты модуляции – 0,1 – 50 Гц
Ускорение вибратора – 70 – 120 g
Скорость затопленных струй – 10 – 30 м/с
Способ выполняют следующим образом.

В качестве исходного сырья была использована малосернистая нефть Талаканского месторождения Республики Саха (Якутия).

Поскольку Талаканская нефть обладает неудовлетворительными реологическими свойствами, склонна к осадко- и структурообразованию, на начальной стадии подготовки к переработке ее подвергают комплексному воздействию умеренного подогрева (до 50-60^oС) и одновременной виброструйной в магнитном поле обработке со следующими параметрами:
Напряженность магнитного поля – 10⁴ – 10⁶ а/м
Основной диапазон частоты модуляции – 0,1 – 50 Гц
Ускорение вибратора – 70 – 120 g
Скорость затопленных струй – 10 – 30 м/с
Этот новый прием позволяет довести основные реологические качества нефти после хранения до их исходных значений (см. табл. 1.).

Из резервуара после упомянутой обработки нефть поступает в реактор однократного испарения, где ее подвергают дополнительному подогреву и при атмосферно-вакуумной разгонке отбирают фракцию ПК 120^oС, реализуемую как компонент бензина А-76. Нефтяные газы до ₅ утилизируют в печах котельной.

После отбора фракции НК 120^oС остаток нефти перекачивают магистральным насосом в товарный парк. По пути движения потока на вход магистрального насоса дополнительно подают под давлением композиционную многофункциональную присадку с помощью дозировочного насоса в концентрации до 0,5%. Тщательное перемешивание присадки с топливом обеспечивают созданием в трубопроводе турбулентного потока с числом Рейнольдса не ниже 25000.

В состав многофункциональной композиционной присадки вовлечены соединения, представляющие собой:
– высокомолекулярные структуры, обладающие депрессорными свойствами;
– металлоорганические продукты, обладающие моюще-диспергирующими и антинагарными свойствами;
– аминосодержащие, обладающие антикоррозионными свойствами.

Пример
– Cополимер этилена с винилацетатом, мол. вес от 1000 до 65000 – 40 вес. частей; – сульфонат щелочноземельных металлов со щелочностью от 20 до 1000 мг KOH/l г – 10 вес. частей;
– алкилдиметиламин с длиной алкильного радикала С₄-С₂₀ – 10 вес. частей;
– алкилароматический растворитель, например Нефрас С₄-150/200 – 40 вес. частей.

Как следует из данных исследований, представленных в табл. 2, в результате виброструйной обработки нефти, расширения фракционного состава и вовлечения высокоэффективной присадки получено моторное топливо из Талаканской нефти для автономных дизельэлектрических установок (ТЭУ) с температурой застывания минус 50^oС и ниже, кинематической вязкостью при 50^oС не выше 15 мм²/с и коксуемостью 10%-го остатка не более 2,5% при допустимом уровне температуры вспышки в закрытом тигле не ниже 30^oС (см. ГОСТ 305 для дизтоплив марки “А”).

Моторное топливо для дизелей судовой и тепловозной техники (ТСУ), подконтрольное Государственному Регистру, а также котельное топливо должны обладать температурой вспышки в закрытом тигле не ниже 62^oС.

В табл. 2 представлены результаты фракционирования Талаканской нефти с отбором фракции НК 140^oС путем повышения вакуума на 0,18-0,2 кг/см² без изменения температуры в реакторе. Как видно, температура вспышки ТСУ составляет 66^oС, коксуемость не превышает 3%, допускаемая по ГОСТ 1667 кинематическая вязкость топлива достигает всего лишь 16 мм²/с.

Следовательно, предлагаемый способ получения моторного и котельного топлив позволяет на одной и той же установке, только понижая или повышая вакуум в небольших пределах, получать либо моторное топливо для автономных дизельэлектрических установок (ТЭУ), либо моторное топливо для дизелей судовой и тепловозной техники (ТСУ) и котельное топливо.

На моторном стенде Нижегородского предприятия “Русские Моторы” (РУМО) были проведены сравнительные параметрические испытания полноразмерного дизеля Г-72М (1200 л.с. при 350 мин^-1) на 3-х видах топлива: дизельного Л-0,2-62 ГОСТ 305, ДТ ГОСТ 1667 и ТЭУ по ТУ 38.301-1-2000. Приведенные в табл. 3. данные свидетельствуют о том, что опытное топливо ТЭУ по всем моторным характеристикам превосходит стандартное моторное топливо ДТ и находится на уровне применения дизельного топлива Л-0,2.

Таким образом, разработан новый способ получения широкофракционной единой серии моторного и котельного топлив по унифицированной технологии, позволяющей полностью перерабатывать нефть без отходов, загрязняющих среду Северных регионов, расширяющий их фракционный состав и увеличивающий в 1,8 – 2 раза выход целевого продукта, обеспечивающий снижение температуры применения топлив с плюс 20 – минус 5^oC до минус 40 – минус 50^oC, а также замену дорогостоящего завозного зимнего топлива на дешевое из собственного нефтяного сырья.

Источники
1. Справочник по ГСМ под. Ред. Школьникова, изд. “Техинформ”, 1999 г.

2. Патент РФ 2110560, МКИ C 10 L 1/02, 1995 г. “Установка для получения моторных топлив из углеводородного сырья”.

Формула изобретения

1. Способ получения моторного и котельного топлив, состоящий в подготовке, нагреве и фракционировании нефти методом испарения с выделением бензиновой фракции, отличающийся тем, что в процессе нагрева осуществляют антиструктурирующую вибрационную (виброструйную) обработку всей исходной нефти в магнитном поле; выделение бензиновой фракции осуществляют при атмосферно-вакуумной разгонке в интервале НК – 120-150^oC с повышением температуры вспышки остатка нефти; после выделения бензиновых фракций вводят многофункциональную присадку, обладающую депрессорными, моюще-диспергирующими, антинагарными и антикоррозионными свойствами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что антиструктурирующую вибрационную, в частности, виброструйную обработку нефти осуществляют в магнитном поле со следующими параметрами:
Напряженность магнитного поля – 10⁴-10⁶ А/м
Диапазон частоты модуляции – 0,1-50 Гц
Ускорение вибратора – 70-120 g
Скорость затопленных струй – 10-30 м/с
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве многофункциональной присадки используют композицию: сополимер этилена с винилацетатом от 1000 до 65000 мол. вес, от 20 до 60 вес.ч.; сульфонат щелочноземельных металлов со щелочностью от 20 до 1000 мг КОН/1г, от 5 до 15 вес.ч., алкилдиметиламин с длиной алкильного радикала С₄-С₂₀ от 5 до 15 вес.ч., алкилароматический растворитель от 20 до 60 вес.ч.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.02.2003

Номер и год публикации бюллетеня: 2-2004

Извещение опубликовано: 20.01.2004

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 4-2004

Извещение опубликовано: 10.02.2004

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.02.2005

Извещение опубликовано: 10.04.2008 БИ: 10/2008