CS272623B1 - Diesel oil with improved combustion properties - Google Patents

Description

CS 272623 B1

Vynález sa týká nového typu paliva pře vznětové motory so zlepšenými spalovacímivlastnostami a sposobu jeho výroby z ropnej suroviny kombináciou destilácie ropy a hyd-rogenačnej desulfurizácie.

Neustály trend zvysovania podielu vznětových (dieselových) motorov pře pohon taknákladných, ako aj osobných automobilov podmieňuje nárast výroby dieselových paliv. Nazáklade súčasných prognóz sa výroba paliv pre vznětové motory bude aj naSalej zvyšovat,čo okrem technologických problémov prináša aj problémy ekologické. Zvyšujúce sa množst-vo toxických exhalátov z výfukových plynov vznětových motorov, ktoré zahrnujú najmaoxidy síry, oxidy dusíka, oxid uholnatý a sadze sp&sobuje, že sa výrazné poškodzujevegetácia a najma lesy. Velmi negativny vplyv oxidov síry a dusíka, ktoré spósobujútzv. kyslé dažde sposobil, že sa postupné limituje obsah síry v palivách pre dieselovémotory, ktorý sa v európskych palivách ustálil na hranici 0,1 až 0,5 % hmot. a súčasnesa pripravujú ekologické předpisy limitujúce obsah oxidov dusíka (ΝΟχ) a sadzí, ktoréako nosiče kancerogénnych látok sa pokládájá za jednu z najtoxickejších zložiek výfuko-vých plynov vznětových motorov. Takto sa trendy v zvyšovaní spotřeby paliv pre dieselo-vé motory a ekologické požiadavky dostávájú do protikladu.

Zvýšenie výroby dieselových paliv sa zvyčajne realizuje používáním produktov zoštiepnych procesov, prevažne z katalytického krakovania. Pálivá pre vznětové motory sobsahom týchtó produktov sa však vyznačují zhoršenou stabilitou a výrazné zníženým ce-tánovým číslom, čo je třeba riešit prídavkom zvyšovačov cetánového čísla, zvyčajne nabáze alkylnitrátov, ako sú napr. amylnitrát, butylnitrát, cyklohexylnitrát apod. Takétopálivá sa taktiež nečisto spalujú a spSsobujú vytváranie úsad na vstrekovacích tryskácha v spalovacom priestore motora. Odstránenie týchto nedostatkov je třeba riešit prídav-kom detergentných aditívov.

Ukázalo sa, že bez vačších investičných nákladov možno zvýšit výtažky dieselovýchpaliv z ropy tak, že tieto majú oproti súčasným pálívám rozšířená destilačnú křivkusmerom k vyšším a/alebo k nižším teplotám. Znižovaním resp. súčasným zvyšováním aj zni-žovaním frakčného rozmedzía dieselových paliv sa sice zlepšují resp. udržujú spalovacievlastnosti, ale palivo má nižšie cetánové číslo, čo je třeba riešit prídavkom uvádza-ných aditívov. Výroba takýchto paliv má však velmi negativny dosledok v znižovaní vý-tažku paliv pre tryskové motory a taktiež aj motorových benzínov, čo je ekonomicky vel-mi nevýhodné a z híadiska zabezpečenia potríeb národného hospodárstva prakticky nepří-pustné.

Pri výrobě paliv s vyšším frakčným rozmedzím, tj. kompaundáciou tažších uhlovodí-kových destilátov do paliv pre vznětové motory sa zhoršuje ich spalovanie čo sposobujezvýšenie spotřeby paliva, zvýšenie obsahu oxidu uholnatého a sadzí vo výfukových ply-noch a zvýšenie množstva úsad v spalovacom priestore motora, najma na piestoch motora.

Vynález sa týká nového typu paliva pre vznětové motory a sposobu jeho výroby, kto-rý umožňuje súčasne zvýšit produkciu dieselového paliva z ropy a taktiež, že palivopodlá vynálezu sa vyznačuje zlepšenými spalovacími vlastnostami ·. výsledkom čoho je, ževýfukové plyny vznětového motora obsahujú menej zdraviu škodlivých látok. Tento překva-pující závěr sa dosahuje tým, že pri vývoji paliva podlá vynálezu bola optimalizovanájeho komponentová skladba, frakčné rozmedzie jednotlivých komponentov a taktiež aj spo-sob jeho výroby, ktorý zabezpečuje, že hoci nový typ paliva pre vznětové motory máfrakčne tažšie zloženie, jeho spalovacie vlastnosti předstihují spalovacie vlastnostidoteraz známých a vyrábaných paliv aj bez použitía zlepšujících aditívov. Výraznélepšie spalovacie vlastnosti paliva pře vznětové motory podlá vynálezu sa prejavujú ajv tom, že pri jeho spalovaní nedochádza k tvorbě úsad v spalovacom priestore motoraa piesty motora sú takmer dokonale čisté. Dósledkom optimálnej skladby komponentov pa-liva pre vznětové motory a sposobu jeho výroby podlá tohto vynálezu je, že v procesespalóvania vo. vznetovom motore dochádza k synergickej interakcii jednotlivých skupin

CS 272623 B1 uhíovodíkov, ktorá ovplyvňuje rýchlost a dokonalosí spaíovania paliva, čo sa priamo od-zrkadíuje v už popísanej zlepšenej čistotě spaíovacieho priestoru motora a v výhodnejšomzložení výfukových plynov dieselového motora.

Hlavnou zložkou paliva pre vznětové motory so zlepšenými spalovacími vlastnosťamipodlá vynálezu, ktorá tvoří minimálně 70 % hmot. hotového paliva je zmes komponentov A, B a C, kde komponent A je uhlovodíkový destilát a/alebo hydrogenačne odsířený ropný des-tilát s bodom varu od 140 do 320 °C a obsahom síry od 0,1 % do 0,45 % hmot., komponent Bje ropná a/alebo hydrogenačne odsířená ropná frakcia s frakčným rozmedzím od 180 do400 °C a obsahom síry do 0,2 % hmot. a komponent C je uhlovodíkový destilát a/alebohydrogenačne odsířený ropný destilát s frakčným rozmedzím od 181 do 420 °C a s obsahomsíry od 0,03 % do 0,4 0 hmot., pričom obsah jednotlivých komponentov v ich zmesi je od5 % do 65 % hmot. pre komponent A, od 3 % do 85 % hmot. pre komponent B a od 2 % do 90 %hmot. pre komponent C, pričom obsah síry vo výslednom pálivé je od 0,05 % do 1,15 %hmot., predestilované množstvo do 360 °C je minimálně 85 % obj. a jeho cetánové Číslo jevýše 42 jednotiek. Vedlejšími zložkami sú zmesi aromatických uhlovodíkov s bodom varuvýše 140 °C, rafinát získaný po vydělení n-alkánických uhlovodíkov adsorpciou na moleku-lových sitách z uhlovodíkovéj frakcie s destilačným rozmedzím v intervale teplot od140 °C do 320 °C, uhlovodíkový destilát majúci frakčné zloženie od 230 do 380 °C z hyd-rogenačného krakovania ropnej frakcie s destilačným rozmedzím od 250 do 575 °C a aditívalebo aditívy zlepšujúce oxidačnú stabilitu a/alebo teplotu tuhnutia a medznú teplotufiltrovatelnosti paliva pri teplotách niže 5 °C.

Sposob výroby paliva podía vynálezu zahrnuje kombináciu procesov destilácie a hyd-rogenačného odsírenia a spočívá v tom, že atmosférickou destiláciou jednej časti ropysa okrem frakcií do 170 až 195 °C pripravia komponenty A^ a B^, kým atmosférickou desti-láciou druhej časti ropy sa okrem frakcií do 170 až 195 °C získavájú komponenty A^ a Clřpričom SalŠím krokom výroby paliva je hydrogenačné odsírenie komponentov B^ a C^ za vzni·ku komponentov B a C a komponent A je tvořený hydrogenačne- odsířeným komponentom A^a/alebo destilátom A^, pričom výsledné palivo sa připraví postupnou alebo súbežnou ho-mogenizáciou komponentov A, B a C připadne vedíajších zložiek. V nasledovných príkladoch sú uvedené výhody, vlastnosti a sposob výroby paliva prevznětové motory podlá vynálezu avšak bez toho, že uvádzanými skutočnosíami by bol před-mět vynálezu v akomkoívek smere obmedzovaný. Příklad 1 Část ropy sa rozdestilovala atmosferickou destiláciou na uhlovodíkové frakcie A.la B.l, pričom uhlovodíková frakcia A.l mala bod varu od 162 do 272 °C a uhlovodíkováfrakcia B.l mala frakčné zloženie od 187 do 369 °C (Variant A). Druhá část ropy sa roz-destilovala takisto atmosferickou destiláciou na 2 uhlovodíkové frakcie A.l a C.l tak,že uhlovodíková frakcia C.l mala bod varu od 197 °C do 394 °C (Variant B). Výtažky uve-dených uhlovodíkových frakcií získaných podlá variantov A a B sú uvedené v tabuíke 1.Uhlovodíkové frakcie získané atmosferickou destiláciou ropovodnej ropy sa úplné alebosčasti hydrodesulfurizovali při teplote 340 až 380 °C a tlaku 4,1 atm na hydrogenačno-rafinačných katalyzátoroch aktívnou zložkou ktorých boli prvky kobalt-molybdén, rešp.nikel-molybdén na nosiči aluminia. Po hydrogenačnom odsíření sa získali uhlovodíkovéfrakcie A, B a C. V tabuíke 2 sú zhrnuté hlavně kvalitativně ukazovatele uhlovodíkovýchfrakcií získaných podlá vynálezu.

Motorová nafta NM.l, resp. NM.2 podía vynálezu sa připravila kompaundáciou uhlovo-díkových frakcií A až C. Skladba komponentov a vlastnosti motorových náft NM.l a NM.2sú uvedené v tabuíke 3. 2 uvedených údajov je zřejmé, že kvalitativně ukazovatele moto-rových náft podía vynálezu splňajú typické požiadavky národných a medzinárodných noriemna kvalitu dieselového paliva v Európe. 3 CS 272623 B1 Úžitkové vlastnosti modelových zmesí motorové] nafty podlá vynálezu (NM.l a NM.2)sa sledovali motorovými skúškami na preplňovanom motore Zetor typu Z8404. Stanovíštnémotorové skúšky bolí vykonané v podmienkach vonkajšej obrátkovej charakteristiky. Akoporovnávacie palivo sa použila motorová nafta NM-22B vyrábaná podlá PND 82-005-87, kva-lita ktorej je uvedená v tabuíke 3. V priebehu skúšok sa sledovali vplyv paliva na pre-vádzkové parametre motora a zloženie výfukových plynov. Na základe získaných výsledkov,ktoré sú uvedené v tabuíke 4, možno uviest, že spalovacie vlastnosti motorových náftpodlá vynálezu sú významné lepšie v porovnaní motorovou naftou NM-22B, v čom Sa tedaprejavuje novost predloženej přihlášky vynálezu. Příklad 2

Motorové nafty NM.3 až NM.6 sa připravili miešaním zložiek získaných s postupom uveděným v příklade 1 (tabulky 1 a 2). Skladba a vlastnosti motorových náft NM.3. až NM.6sú uvedené v tabuíke 5. V rámci stanovištných motorových skúšok sa sledoval vplyv frakč-ného zloženia paliva pre vznětový motor na dymenie přeplňovaného motora Zetor, ktoré bo-lo merané dymometrom Hartridge-MK-3. Ako porovnávacie palivo bola použitá súčasná moto-rová nafta NM-22B pre zimné obdobie, vlastnosti ktorej sú' popísané v tabuíke 3 (příklad1).

Experimentálně hodnoty dymivosti nameranej v podmienkach vonkajšej otáčkovej charak-teristiky motora sú uvedené v tabuíke 6. Z nameraných výsledkov vyplývá, že pálivá podlávynálezu sa vyznačujú zlepšenými spaíovacími vlastnostamí a teda ich optimálně zloženiepriaznivo posobí v smere zníženia dymenia vznětového motora. Příklad 3 Při rozdestilovaní ropy atmosferickou destilácíou na uhfovodíkové frakcie A.l, B.la C.l podlá variantov A a B v zmysle vynálezu (příklad 1) sa získal atmosferický zvyšok,z ktorého sa vákuovou destilácíou připravila uhíovodíková frakcia D.l s teplotou varu do530 °C a hustotou 927 kg.m-3 pri 20 °C. V Salšom kroku uhíovodíková frakcia 0.1 majúcakinematickú viskozitu 12 mm2.s-1 pri 100 °C sa podrobila hydrogenačnému krakovaniu priteplote 390 °C a tlaku 14,7 MPa za použitia katalyzátore na báze molekulového šita, naktoré bolí nanesené přechodné kovy. Bola získaná komponenta D do motorovej nafty, kvali-ta ktorej je uvedená v tabuíke 7. Výsledná vzorka motorovej nafty (NM.7) obsahovala 75 % hmot. zmesi komponentov A.l, B a C získaných s postupom popísaným v příklade 1. Vzájomný hmotnostný poměr komponentov A.1:B:C bol 1:2,4:1,1. Vedfajšími zložkami paliva NM.7 (25 % hmot. z celkovej hmotnostipaliva) bol komponent D připravený horeuvedeným sposobom, zmes aromatických uhíovodíkovs bodom varu nad 150 °C rafinát získaný po vydělení n-alkánických uhíovodíkov adsorpciouna molekulových sitách z uhíovodíkovej frakcie s destilačným rozmedzím v intervale od150 °C do 320 °C. Kvalitativně ukazatele tohto rafinátu a hotového paliva NM.7 sú uve-dené v tabuíke 7. S touto motorovou naftou bol urobený dlhodobý skúšobný test na motore Tatra 7929v trvaní 200 hodin pri premenlívých prevádzkových podmienkach, ktoré zahrnovali voíno-beh, obrátky 1240, 1720 a 2200 za minutu pri roznom zatažení motora. Po ukončení skúškya rozobratí motora sa ukázalo, že počas testovania paliva nedošlo k vytváraniu žiadnychusadenín v spalovacom priestore motora, na piestných krúžkoch, na vstrekovacom čerpadlea na otvoroch vstrekovacích trysiek, čo svědčí o výborných spalovacích vlastnostiachpaliva podía vynálezu. Příklad 4

Na nepreplňovanom motore Tatra 7928 sa sledoval vplyv motorovej nafty NM.8 podlávynálezu (30 % hmot. uhíovodíkovej frakcie A, 14 % hmot. uhíovodíkovej frakcie B a 56 %hmot. uhíovodíkovej frakcie C.l) s destilačným rozmedzím v intervale od 181 °C do 383 °C CS 272623 B1 *4 na parametre motora v rozsahu zatažovacej charakteristiky pri obrátkách 1000, 1400, 2200 min a vonkajšej obrátkovéj charakteristiky za konštantného nastavenia regulačnejtyče vstrekovacieho čerpadla. Ako porovnávacie palivo sa použila motorová nafta NM-22Bsúčasnej výroby, kvalitativně ukazatele ktorej sú uvedené v tabuíke 3 (příklad 1). V tabulke 8 sú uvedené hodnoty výkonu a mernej spotřeby paliva zistené v meraných bodochvonkajšej otáčkovej charakteristiky. Motorovými skúškami bolo potvrdené, že motorovánafta NM.8 podlá vynálezu nemá negativny vplyv na parametre motora. Naopak, vykonanétesty motorovej nafty podlá vynálezu preukázali, že aj u nepreplňovaného motora sa zvý-šil výkon motora, pričom měrná spotřeba paliva je na úrovni porovnávacej motorovej naf-ty, čo svědčí o lepších spalovacích vlastnostiach paliva pre vznětové motory podlá vy-nálezu.

Tabulka 1

Výtažky uhlovodíkových frakcií získaných podlá variantov A a B

Uhlovodíkové frakcie VýtažkyVariant A (% hmot.) Variant B A.l 11,24 11,43 B.l 18,73 - C.l - 26,35

Tabulka 2

Kvalitativně ukazovatele uhlovodíkových frakcií získaných podlávynálezu

Kvalitativně uhlovodíkové frakcie ukazovatele A.l B.l C.l Hustota pri 20 °C, kg.m-a 809 847 858 Obsah síry +, % hmot. 0,29/0,05/ 0,71/0,08/ 0,74/0,1/ Teplota tuhnutia, °C -48 -8 0 Filtrovatelnosl, °C -47 -2 +7 Dest.kravka do 360 °C predest. % Obj. 100 98 86

Poznámka: + obsah síry príslušnej uhlovodíkovej frakcie pohydrogenačrtům . odsíření je uvedený v zátvorke 5 CS 272623 B1

Tabulka 3

Kvalitativně ukazovatele motorových náft připravených podlá vy-nálezu a skladba uhlovodíkových frakcií použitých pri ich kom-paundácíi, resp. kvalita motorovej nafty NM-22B (mimo vynálezu)

Motorovápodlá vynálezu naftamimo vynálezu NM-22B NM.l NM.2 Zloženie fíK hmot.1 uhlovodíková frakcia A.l • 14,63 20-,00 uhlovodíková frakcia B.l 5,42 1,92 uhlovodíková frakcia B 55,56 38,70 uhlovodíková frakcia C 24,39 39,38 Vlastnosti NM Hustota pri 20 °C, kg 846 844 ' 837 2 - Kin.viskozita, mm .s 1 - pri 20 °C 5,85 6,40 4,31 Bod vzplanutia, °C 68 66 58 Bod tuhnutia, °C -26 -24 -33 Filtrovatelnost, °C -10 - 7 -17 Množstvo depresantu + t ppm 150 150 150 Obsah síry, % hmot. 0,15 0,14 0,12 Destilačná křivka 10 % obj.predest. do °c 226 219 217 50 % obj.predest. do °c 286 283 270 90 % obj.predest. do °c 349 348 337 koniec destilácie 385 389 362

Poznámka: na dosiahnutie nízkoteplotných vlastností sa používal depresant na báze kopolyméru polyetylénua vinylacetátu s obsahom 38 % hmot, vinylacetátu CS 272623 B1 6

Tabulka 4

Porovnanie úžitkových vlastností motorových náft NM.l a NM.2připravených podlá vynálezu a súčasnej motorovej nafty NM-22B(mimo^vynálezu) pri nominálnych obrátkách (2200 min-1) napřeplňovanou) motore Zetor typu Z8404

Parametre motora M 0podláNM.l t o r o v ávynálezu NM.2 naftamimo vynálezu NM-22B Výkon motora, kW 77,5 77,1 76,4 Redukovaný krútiacimoment, N.ro 342,7 340,9 336,3 Zloženie výfukových plynov: - obsah CO, ppm 139 143 180 - obsah ΝΟχ, ppm 1180 1230 1350 - obsah 0Ηχ, ppm 186 198 226 - obsah C02, % hmot. 3,7 4,2 5,4 Poznámka: obsah COobsah NOobsah Cirobsah C02 obsah oxidu uholnatéhoobsah oxidov dusíkaobsah nespálených uhlovodíkovobsah oxidu uhličitého Tabulka 5 Skladba a vlastnostipodlá vynálezu motorových náft NM.3 až NM.l 5 připravených M oNM.3 t o r o v áNM.4 naft NM.5 a NM*6 Zloženie (% hmot.) uhlovodíková frakcia A 10,0 10,0 uhlovodíková frakcia A.l 10,0 10,0 15,0 - uhlovodíková frakcia B 30,0 .15/0 - - uhlovodíková frakcia B.l - 5,0 - - uhlovodíkové frakcia C 50,0 70,0 85,0 84,4 uhlovodíková frakcia C.l - - - 5,6 Vlastností paliv Hustota pri 20 °C, kg.m-3 844 851 850 853 2

Kin.viskozita, mm .s - pri 20 °C 6,2 7,6 8,3 8,9 Bod tuhnutia+, °C -29 -21 -17 -15 Filtrovatelnost , C -10 - 8 - 2 0 Obsah síry, % hmot. 0,14 0,15 0,13 0,16 Destilačná skúMka ZD 182 186 187 191 10 % obj. 220 227 230 238 50 % obj. 281 295 297 302 90 % obj. 355 362 365 368 KD 382 385 389 394

Poznámka: + s obsahom 300 ppm depresantného aditívu 7 CS 272623 B1

Tabuíka 6

Porovnanie dymenia přeplňovaného motora Zetor v podmienkachvonkajšej otáčkovej charakteristiky pri spaíovaná motorovýchnáft podlá vynálezu (NM.3 až NM.6) so súčasnou motorovounaftou NM-22B (mimo vynálezu)

Otáčkymotora (min ) D y NM.3 m e n i e NM.4 motora (HSU+) NM.5 NM.6 NM-22B 2200 19 18 14 12 21 1960 21 20 17 17 24 1720 35 33 33 31 37 1600 54 53 51 50 56 1480 75 74 73 71 76 1240 82 79 76 75 83 1000 88 88 86 84 91 * USU (Hardtridge Smoke Unit)

Tabuíka 7

Kvalitativně ukazaovatele motorové) nafty NM.7 podlá vynálezua komponentov použitých pri Je) kompaundácii

Kvalitativně Komponenty Motorová nafta ukazovatele D rafinát NM.7

Hustota pri 20 °C, kg.m- 828 828 838 2 —1 Kin.viskozita, mm .s- pri 20 °C 8,6 2,3 6 Obsah síry, % hmot. 0,0008 0,002 0 Dest.skúška ZD 282 198 184 10 % ob). . 290 205 223 50 % ob). 320 219 291 KD 368 276 379 Dest. do 360 °C % ob). 93 100 94

Tabuíka 8

Porovnanie úžitkových vlastností motorové) nafty NM.8podlá vynálezu a súčasne) výroby NM-225 (mimo vynálezu)

Otáčky motora Motor o v é nafty min-1 NM.8 NM-22B Výkon motora, kw 2200 204,0 200,5 1400 144,1 141,0 1000 100,3 97,5 Měrná spotřeba paliva, q/kWh 2200 247 248 1400 214 215 1000 213 213

Claims (3)

1. Μ CS 272623 B1 8 PREDMET VYNÁLEZU

   1. Palivo pře vznětové motory so zlepšenými spalovacími vlastnostami vyznačujúce satým, že jeho hlavnou zložkou tvoriacou minimálně 70 % hmot. hotového paliva je zmeskomponentov A, B a C, kde komponent A je uhlovodíkový destilát a/alebo hydrogenačneodsířený ropný destilát s bodom varu v intervale teplot od 140 °C do 320 °C, kompo-nent B je ropná frakcia a/alebo hydrogenačne odsířená ropná frakcia s destilačnýmrozmedzím v intervale teplot od 180 °C do 400 °C a komponent C je uhlovodíkovýdestilát a/alebo hydrogenačne odsířený ropný destilát s frakčným rozmedzím v inter-vale teplot od 181 °C do 420 °C, pričom obsah jednotlivých komponentov v ich zmesije od 5 % do 65 % hmot. pre komponent A, od 3 % do 85 % hmot. pre komponent B a od2 % do 90 % hmot. pre komponent C a výsledné palivo má obsah síry od 0,05 do 1,15 %hmot., predestilované množstvo do 360 °C minimálně 85 % obj., jeho cetánové čísloje výše 42 jednotiek a može obsahovat aj vedlajšie zložky v množstve do 30 % hmot.
2. 2. Palivo pre vznětové motory podía bodu 1. vyznačujúce sa tým, že jeho vedlajšímizložkami sú zmesi aromatických uhíovodíkov s bodom varu výše 140 °C, rafinát získa-ný po vydělení n-alkánických uhfovodíkov adsorpciou na molekulových sitách z uhfovo-díkovej frakcie s destilačným rozmedzím v intervale teplot od 140 °C do 320 °C,uhlovodíkový destilát majúci frakčné rozmedzie v intervale teplot od 230 °C do 380 °C z hydrogenačného krakovania ropnej frakcie s destilačným rozmedzím od 250 °Cdo 575 °c a aditív alebo aditív zlepšujúce oxidačnú stabilitu a/alebo teplotu tuh-nutia a medznú teplotu filtrovateínosti paliva při teplotách niže 5 °C.
3. 3. Sposob výroby paliva pře vznětové motory podía bodov 1. a 2. kombináciou procesovdestilácie a hydrogenačného odsírenia vyznačujúci sa tým, že destiláciou jednejčasti ropy sa pripravia frakcie A a B, kým destiláciou druhej časti ropy sa získajúfrakcie A a C, a dalším krokom výroby paliva je hydrogenačné odsírenie frakcií A, B a C alebo ich častí tak, aby po zmiešaní odsířených a neodsírených častí kompo-nentov A, B a C a připadne vedlejších zložiek bol výsledný obsah síry v pálivé od0,05 % do 1,15 % hmot.