ЗАДАЧИ, ВОЗНИКШИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ПРИМЕНЕНИИ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК К ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ

АННОТАЦИЯ

В статье рассказывается о проблемах, возникающих при разработке и применении депрессорных присадок к дизельному топливу. Целью депрессорных присадок в этом случае является компенсация потерь низкотемпературных свойств, которые сопровождаются весом дизельного топлива.

ABSTRACT

The article presents the tasks that arose during the development and application of depressant additives to diesel fuels. It is noted that the purpose of depressant additives in this case is to compensate for the losses in low-temperature properties that accompany the weighting of diesel fuels.

Ключевые слова: Дизель, Газ, Азот, Цикл, Поршень, Инжектор, Смесь, Сгорание, Щелочные металлы, Фильтр, Поры, Сухой, Токсичный.

Keywords: Diesel, Gas, Nitrogen, Cycle, Piston, Injector, Mixture, Combustion, Alkali Metals, Filter, Pores, Dry, Toxic.

Одна из важнейших задач, возникших при разработке и применении депрессор­ных присадок к дизельным топливам, связана с производством утя­желенных дизельных топлив. Дизелизация автотракторной техники ведет к постоянному росту потребности в дизельных топливах, а ресурсы их могут быть существенно увеличены за счет вовлечения в дизельное топливо тяжелых нефтяных фракций, т. е. повышения температуры конца кипения (выше 360ºС). Однако при этом в топливах возрастает содержание высокоплавких н-алканов, которые при низких температурах резко ухудшают текучесть и фильтрование топлив через фильтроэлементы двигателя. Таким образом, именно низкотемпературные свойства являются главным препятствием на пути широкого выпуска утяжеленных дизельных топлив. Назначение депрессорных присадок в данном случае состоит в компенсации тех потерь в низкотемпературных свойствах, которыми сопровождается утяжеление дизельных топлив.

Существует проблема и противоположного (утяжелению) характера. Растущий спрос на реактивное топливо обусловил выпуск на европей­ском рынке дизельного топлива узкого фракционного состава. Легкая фракция (керосин) отделяется от прямогонного дизельного дистил­лята и вовлекается в реактивное топливо. Поскольку при этом повы­шается температура помутнения, для поддержания последней на требуемом уровне от дистиллята отделяют и тяжелую фракцию (га­зойль), которую используют в дальнейшем как сырье каталитического крекинга. Снижение объема производства дизельного топлива в результате этих двух операций компенсируется продуктами каталитического и термического крекинга. В результате при сохранении общего объема производства дизельного топлива температурные пределы его выкипания сокращаются: разница в температурах кипения 90 и 20%-х фракций уменьшается от 100-120ºС до 70-100ºС; разница между температурами конца кипения и 90%-й фракции уменьшается от 25-30ºС до 20-25ºС; конечная температура кипения снижается от 360- 370ºС до 350-360ºС [1-4].

При углублении переработки нефти и максимальном отборе авиационного керосина такие топлива узкого фракционного состава будут все более распространёнными. Однако, чем уже температурные пределы выкипания дизельного топлива, тем менее эффективны известные депрессорные присадки, которые используют для дизельных топлив обычного фракционного состава. Поэтому разработка эффективных депрессорных присадок, предназначенных для топлив узкого и утяжеленного фракционного состава является очень актуальной задачей.

В настоящее время наиболее распространенные депрессорные присадки к дизельным топливам, по их химической природе, можно классифицировать следующим образом:

- сополимеры этилена с полярными мономерами,

- продукты полиолефинового типа,

- полиметакрилатные присадки,

- алкилированные фенолы.

Для сравнения эффективности депрессорных присадок различной химической природы были использованы два образца газойлевых фракций Ферганского НПЗ. Показатели качества исследованных образцов представлены в таблице 6.1.

Дизельное топливо марки ТДБ Л по ЎзДСт 989:2001 и дизельное топливо марки ЭКО Л по ЎзДСт 1134:2007 должно обладать температурой застывания, не превышающей минус 10 °С.

В газойлевых фракциях содержится довольно много углеводородов с высокой температурой плавления. Для всех классов углеводородов справедлива закономерность: с ростом молекулярной массы, следовательно, и температуры кипения повышается температура плавления углеводородов. Также весьма сильное влияние на температуру плавления оказывает и строение углеводорода. Углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения могут иметь значения температур плавления в широких пределах.               

Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах, однако эти же углеводороды, но с длинной неразветвленной боковой цепью, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается. Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения. При этом температура помутнения топлива не зависит от суммарного содержания в нем н-парафиновых углеводородов [5]. Для исследований были выбраны четыре типа депрессорных присадок: сополимер этилена с винилацетатом марки «Керофлух 6100»; полиалкил-метакрилат марки «К-110»;  алкилфенол марки «Депрессал»; сополимер этилена и пропилена марки «СКЭПТ».

Навески топлив с присадкой готовили по следующей методике: нагревали присадку в водяной бане, при температуре 50-60 °С в течение 15-30 мин, помешивая стеклянной палочкой с тем, чтобы присадка обрела хорошую текучесть. Взвешивали присадку и добавляли соответствующее количество топлива. Нагревали навеску до Т=40-50 °С и перемешивали ее при этой температуре в течение 30 минут.

Видно, что присадки различной химической природы обладают различной эффективностью в газойлевых фракциях различного фракционного состава. Так в образце 2, с увеличенным концом кипения три типа присадок обладали достаточной эффективностью. Присадки К-110, Керофлух-6100, СКЭПТ при концентрациях 0,2; 0,05 и 0,1 % масс.обеспечивали температуру застывания, соответственно, – 12; – 21 и – 12 °С.

В табл. 1 представлено влияние присадок из ассортимента Топливного Региона на ПТФ топлив расширенного (РФС) и узкого (УзФС) фракционных составов. Эти топлива соответственно характеризовались следующими показателями: температура начала кипения - 168 и 217 °С, температура выкипания 96% -356 и 360 °С, содержание парафинов - 16 и 12%, исходное значение ПТФ - минус 6 и минус 4°С.

Таблица 1.

Данные эффективности некоторых присадок

Рисунок 1. Влияние присадок на ПТФ топлива расширенного (РФС) фракционного состава

Рисунок 2. Влияние присадок на ПТФ топлива узкого (РФС) фракционного состава

Эти данные свидетельствуют о том, что присадки различаются между собой по чувствительности к фракционному составу топлив.

Что касается группового углеводородного состава топлив, то его влияние на эффективность присадок разного строения также не одинаково. На основании физико-химических данных, в общем случае углеводороды могут быть расположены по убыванию восприимчивости к депрессорам следующим образом: н-парафины, ароматические углеводороды, изопарафины и нафтены.

Хорошая восприимчивость н-парафинов к депрессорам вызвана механизмом действия этих присадок, которые должны взаимодействовать с кристаллизующимися парафинами. Присутствие же самих н-парафинов в топливах значительно ухудшает его низкотемпереатурные свойства, так как они имеют высокую температуру застывания. Существуют оптимальные содержания парафинов в топливе, при которых действие депрессоров проявляется наилучшим образом. Если парафинов слишком много, то эффективность любых присадок снижается.

Тяжелые парафиновые углеводороды легко образуют зародыши кристаллов, что приводит к ухудшению низкотемпературных свойств дизельного топлива. Однако они необходимы для того, чтобы депрессор мог сорбироваться на их поверхности. Это значит, что на приемистость топлива к депрессорам они влияют положительно. Данный эффект стал очень актуален при развитии гидрообессеривания – процесса получения малосернистых дизельных топлив. Процесс гидрообессеривания изменяет молекулярно-массовое распределение парафинов, при этом тяжелые парафины исчезают. В итоге эффективность депрессоров и депрессор-диспергаторов в таких топливах снижается.

Депресал, с более узким фракционным составом, обладал меньшей приемистостью к присадкам всех типов. Так, только депрессор марки Керофлух-6100 позволил получить дизельное топливо с температурой застывания, соответствующей стандартам. При концентрации присадки 0,05 % масс. Тзаст составило – 16 °С.

Таким образом, можно сделать вывод, что депрессорные присадки являются хорошим решением при производстве дизельных топлив утяжеленного и узкого фракционного состава. Наиболее универсальными и эффективными в качестве депрессоров являются сополимеры этилена с винилацетатом. Использование последних придает технологическую гибкость нефтеперерабатывающему заводу и позволяет увеличить ресурсы ценных топлив.

Выбор оптимальной схемы переработки нефтяного сырья и интенсификация технологических процессов приобретают все большую значимость с точки зрения максимальной экономичности масляного производства. Так, разработка комбинированных процессов очистки и эксплуатация соответствующих промышленных установок позволили существенно снизить себестоимость масел. Наиболее эффективный способ очистки сырьевой нефти от сернистых компонентов - гидроочистка или гидродоочистка.

Выбор схемы переработки нефтяного сырья на Ферганском НПЗ, работающем по топливно-масляному производству, продиктован, прежде всего необходимостью удовлетворения полной потребности в качественных нефтепродуктах в Республике Узбекистан, а также расширением экспортной возможности [34].

Существующая технологическая схема завода имеет оптимальный вариант переработки нефти и газового конденсата, включающая почти все процессы нефтепереработки, обеспечивающие рациональное использование сырьевых ресурсов, глубину переработки сырья, качество выпускаемых нефтепродуктов, реализацию безотходной технологии производства и решением экологических проблем. Назначение процесса первичной переработки - разделение нефти и газоконденсата на фракции. При атмосферной перегонке получают светлые нефтепродукты и мазут, а перегонку мазута осуществляют под вакуумом для получения масляных дистиллятов и гудрона.

Вакуумные дистилляты (ИИ, ИИИ погоны) используются в качестве сырья для установок селективной очистки масел фенолом: гудрон используется как сырье для получения остаточных масел, битумов и коксов. Остаточные масла из гудрона получают на установке деасфальтизации, где в качестве селективного растворителя используется жидкий пропан, растворяющий масла и осаждающий смолы и асфальтены. Вакуумные дистилляты - ИИ и ИИИ погоны, получаемые на установках ЭЛОУ-АВТ, направляются для дальнейшей переработки на установки селективной очистки масел фенолом, метилэтилкетонолом, ацетоном.

С переходом на переработку местных узбекистанскихнефтей с 1996 г  на Ферганском НПЗ осуществлена отработка и наладка технологических режимов установок, задействованны в процессе производства масел. Для совместной переработки нефти с газовыми конденсатами на атмосферно-вакуумной трубчатке подобрано оптимальное соотношение нефти - 80%, газоконденсата - 20%, что позволило существенно повлиять на качественные и количественные показатели процесса первичной перегонки. Установлены оптимальные режимы процессов деасфальтизации, депарафинизации, гидроочистки, позволяющие получать качественные компоненты и готовые масла, отвечающие требованиям нормативно-технической документации.

Внесены изменения в процессы селективной очистки масляных фракции, что позволило обеспечить стабильность работы установок АВТ и существенно повлиять на их количественные и качественные показатели.

В основу эффективной технологии переработки углеводородного сырья на Ферганском НПЗ при переходе на собственную нефть и газовый конденсат республики Узбекистан легли научное «представления о нефти как онефтяных дисперсных системах (НДС)» во много проясняющий поведение, химизм и механизм протекающих в них физико-химических реакций, позволяющим целенаправленно управлять всеми задействованными технологическими процессами.

Оптимизировано соотношение фенола к сырью на установках селективной очистки масляных фракций, если при условиях работы завода на западно-сибирской нефти показатель кратности «фенол-сырьё» составлял (1÷2,2 – 1,0), то при работе завода на местном сырье с 1996 года кратность составила соответственно (1,5÷3,5-1,0).

Существенно снизилось давление на установке гидроочистки масел: с 38 до 25 атм, что позволило экономить энергоресурсы и повысить уровень безопасности при эксплуатации установки. На установке деасфальтизации гудрона пропаном соотношение пропан : гудрон составило 8:1, против 4:1 до 1996 г. Как показала практика освоения переработки местных нефтей на Ферганском НПЗ, одна из главных проблем - высокое содержание сернистых соединений - до 2%, что обусловило необходимость дополнительной – глубокой очистки компонентов масел на всех стадиях ее получения.

На Ферганском НПЗ принципиально усовершенствована технология выделения масляных составляющих на всех стадиях, включая гидроочистку. При вакуумной разгонке нефти отбираются масляные фракции - вакуумные газойли узкого фракционного состава. В схемах производства масляных дистиллятов, как правило, присутствует одна вакуумная колонна. В ней происходит разделение сырья на масляные фракции. Число тарелок в вакуумной колонне ограничено, так как с их увеличением повышается давление в зоне испарения, при равном давлении наверху колонны. В результате при равной температуре нагрева мазута снижается доля отгона дистиллятов в печи, уменьшается количество тепла, вносимого в колонну.

Список литературы:

1. Мирзиеев Ш.М.  Буюк келажагимизни мард ва олийжаноб халқимиз билан бирга қурамиз.–Т: Ўзбекистон, 2017. – 488 б.
2. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. – М.: Химия, КолосС, 2007. – 400с.
3. Амер М. А. Физико-химические свойства дизельных топлив в условиях подземного хранения. – М.: Нефть и газ, 2008. – 237 с.
4. Горючие, смазочные материалы: Энциклопедический толковый словарь- справочник.   Изд.   2-е.   /   Под   ред.   В.М.   Школьникова.   –   М.:     ООО «Издательский  центр     «Техинформ» МеждународнойАкадемииИнформа-тизации», 2010. – 756 с.
5. Мухторов Н.Ш., Хамидов Б.Н., Убайдуллаев Б.Х. Механизм действия и синтез депрессорной присадки на основе алкилметакрилатов для дизельного топлива и масел // Научно-технический журнал ФерПИ. 2016, Том 20, №2, с.183-185.
6. Рахматуллаев М.Х., Юлдошов Б.Т. “Меъморчилик ва қурилиш муаммолари” Илмий-техник журнали  Инновационных технологий к разработке получения новых составов топлива и осевых масел, 2020 г. Том 20, №2, с. 131-133.
7. Djiyanbaev S.V., Hamidov B.N., Ubaydullaev B.H. Yarbabaev A.A. Reference directions of Lubricants Production using Local Raw Products // («Eurpoean Appliaed Sciences» scientific magazine, Schwieberdinger Str.59, 70435 Stuttgart,  Germany 2016 y p20-22.).
8. Данилов А.М. Отечественные присадки к дизельным топливам//Мир нефтепродуктов, 2010, № 1, с.9-13.
9. Raxmatullayev M.Х., Yuldoshov B.Т. “Me’morchilik va qurilish muammolari” Ilmiy-texnik jurnal Инновационных технологий к разработке получения новых составов топлива и осевых масел, 2020 г. Том 20, №2, с. 131-133.
10. Ахмедов З.С. Простота организациимеждународных поставок по конкурентноспособным ценам. “Universum: технический науки” 2022