Смесь керосинов нефтяного происхождения и получаемых по фишеру-тропшу
Изобретение относится к области топливно-энергетического комплекса, а именно к топливным композициям, содержащим смеси топлив. Описана топливная композиция, включающая керосиновое топливо нефтяного происхождения и керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, в которой указанное полученное по Фишеру-Тропшу керосиновое топливо содержит нормальные парафины и изопарафины в массовом соотношении выше 1:1 и/или у которой точка застывания композиции ниже точек застывания как указанного керосинового топлива нефтяного происхождения, так и указанного керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу; применение в топливной композиции керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу; применение в топливной композиции керосинового топлива нефтяного происхождения; применение керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, в качестве депрессанта в топливной композиции; способ эксплуатации реактивного двигателя или дизельного двигателя и/или самолета, который работает с одним или более такими двигателями, который (способ) включает ввод в указанный двигатель такой топливной композиции, и способ приготовления топливной композиции, который включает смешение керосинового топлива нефтяного происхождения с керосиновым топливом, полученным по Фишеру-Тропшу. Технический результат - хорошие низкотемпературные характеристики двигателя. 7 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 табл., 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к топливным композициям, содержащим смеси топлив на основе керосина нефтяного происхождения и керосина, полученного по Фишеру-Тропшу, к их получению и к их использованию в силовых блоках, в частности в авиационных двигателях, таких как ракетные двигатели и авиационные дизельные двигатели.
Точка застывания топливной композиции является существенным фактором при определении того, подходит ли эта композиция для использования в силовых блоках, которые предназначены для работы в условиях низких температур, например в арктических условиях. Точка застывания является также существенным фактором в отношении применения в авиации, которая подвергается низкотемпературным условиям на больших высотах. Очевидно, что является жизненно важным, чтобы топливная композиция в процессе работы не застывала или не создавала препятствия течению (из-за повышенной вязкости или забитых фильтров), так как в противном случае последствия могли бы быть катастрофическими.
Предшествующий уровень техники
Известны добавки для введения в топливные композиции с целью обеспечения возможности использования последних в таких низкотемпературных условиях. В число таких добавок входят присадки, повышающие текучесть, и агенты, предотвращающие оседание парафина. Однако было бы желательно иметь возможность достичь низкотемпературных эффектов, которые обеспечивают такие добавки, одновременно уменьшая или даже устраняя их присутствие.
В работе "Qualification of Sasol semi-synthetic Jet A-1 as commercial jet fuel" (квалифицированно Sasol, являющегося полусинтетическим топливом типа Jet A-1, в качестве товарного реактивного топлива), SwRI, Moses et al., ноябрь 1997, описано приготовление топлива типа Jet A-1 с использованием для смешения синтетического изопарафинового керосина (IPK), получаемого из синтез-газа по Фишеру-Тропшу. Описано, что IPK имеет очень низкую точку застывания, которая, как утверждается, обычно ниже -60°С. Описывается, что смеси с 25% и 50% IPK в Jet A-1 имеют точки застывания выше -60°С, но ниже точки застывания Jet A-1, которая, как указывается, составляет от -47 до -49°С. Таким образом, точки застывания смесей лежат между соответствующими точками застывания компонентов смеси. В названной работе приводятся также точки застывания смесей керосина SMDS (синтез среднего дистиллята способом Shell) с традиционными топливами, содержание которых всегда ниже содержания, вытекающего из соотношения смешения, т.е. ниже содержания, соответствующего линейной формуле смешения, но без упоминания того, где находятся точки застывания по отношению к точкам застывания компонентов смеси.
В докладе Schmidt "Freezing point of jet fuel blends" (Точка застывания смесей реактивных топлив), Протокол заседания группы низкотемпературной текучести топлив для авиационных турбин, CRS Aviation fuel, lubricant and equipment research meeting (Научное заседание по авиационным топливам, смазочным материалам и оборудованию), апрель 1995, обсуждается соотношение измеренных точек застывания различных смесей реактивных топлив и точек застывания, ожидаемых на основании линейных формул смешения. В этом документе показано, что упомянутые точки застывания могут быть выше или ниже точек застывания, ожидаемых на основании линейных формул смешения, и могут быть между точками застывания компонентов смеси или ниже точек застывания обоих компонентов смеси. Таким образом, на основании этого документа невозможно предсказать взаимозависимость между точкой застывания смеси и точками застывания компонентов смеси, в частности для смесей, в которых один из компонентов является топливом, полученным по Фишеру-Тропшу, поскольку в названном документе о таких топливах упоминаний не было.
В настоящей работе было обнаружено, что при смешении некоторых полученных по Фишеру-Тропшу керосиновых топлив с керосиновыми топливами нефтяного происхождения точка застывания смеси оказывается неожиданным образом ниже точек застывания обоих компонентов смеси.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению предлагается топливная композиция, содержащая керосиновое топливо нефтяного происхождения и керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, где указанное керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержит нормальные парафины и изопарафины в массовом соотношении выше 1:1, и у которой, возможно, точка застывания ниже точек застывания как указанного керосинового топлива нефтяного происхождения, так и указанного керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу.
Согласно настоящему изобретению предлагается также топливная композиция, содержащая керосиновое топливо нефтяного происхождения и керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, у которой точка застывания ниже точек застывания как указанного керосинового топлива нефтяного происхождения, так и указанного керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, и в которой, возможно, указанное керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержит нормальные парафины и изопарафины в весовом соотношении выше 1:1.
Предпочтительно, чтобы указанное соотношение лежало в пределах от выше чем 1:1 до 4:1, более предпочтительно в пределах от выше чем 1:1 до 3:1 и, наиболее предпочтительно, в пределах от 1,5:1 до 3:1.
Предпочтительно, чтобы указанное керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержалось в топливной композиции в количестве от 0,1 до 99,9 об.%, более предпочтительно от 0,1 до 81 об.%, более предпочтительно, от 5 до 99,9 об.% и наиболее предпочтительно от 30 до 65 об.%.
Согласно настоящему изобретению предлагается далее применение в топливной композиции, содержащей керосиновое топливо нефтяного происхождения, керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, у которого точка застывания выше точки застывания керосинового топлива нефтяного происхождения, в целях снижения точки застывания топливной композиции ниже точки застывания керосинового топлива нефтяного происхождения.
Согласно настоящему изобретению предлагается, кроме того, применение в топливной композиции, содержащей керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, керосинового топлива нефтяного происхождения, у которого точка застывания выше точки застывания керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, в целях снижения точки застывания топливной композиции ниже точки застывания керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу.
Согласно настоящему изобретению предлагается, кроме того, использование керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, в качестве депрессанта в топливной композиции.
Согласно настоящему изобретению предлагается, кроме того, способ эксплуатации реактивного двигателя или дизельного двигателя и/или самолета, который работает с одним или более такими двигателями, который (способ) включает ввод в указанный двигатель топливной композиции согласно настоящему изобретению.
Согласно настоящему изобретению предлагается, кроме того, способ приготовления топливной композиции, который включает смешение керосинового топлива нефтяного происхождения с керосиновым топливом, полученным по Фишеру-Тропшу, где указанное керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержит нормальные парафины и изопарафины в соотношении выше 1:1.
Настоящее изобретение может быть использовано для составления топливных смесей, от которых можно ожидать особой пригодности к применению в современных производимых промышленностью авиационных двигателях в качестве альтернативы стандартным авиационным базовым топливам, например, по причине того, что коммерческие и законодательные проблемы благоприятствуют применению повышенных количеств топлив синтетического происхождения.
В контексте настоящего изобретения «применение» какого-либо топливного компонента в какой-либо топливной композиции означает введение этого компонента в эту композицию, обычно в виде смеси (физической смеси) с одним или более другими топливными компонентами, как правило, перед вводом композиции в двигатель.
Топливные композиции, к которым относится настоящее изобретение, применяются в авиационных двигателях, таких как реактивные двигатели или авиационные дизельные двигатели, а также в любом другом подходящем источнике энергии.
Каждое базовое топливо может само включать смесь двух или более различных топливных компонентов и/или содержать добавки, как описано ниже.
Керосиновые топлива, как правило, имеют температуры кипения в пределах обычных керосиновых диапазонов: от 130 до 300°С в зависимости от сорта и области применения. Они, как правило, имеют плотность от 775 до 840 кг/м3, преимущественно от 780 до 830 кг/м3 при 15°С (например, ASTM D4502 или IP 365). Их начало кипения, как правило, лежит в пределах от 130 до 160°С, а конец кипения в пределах от 220 до 300°С. Допустимая кинематическая вязкость керосиновых топлив при -20°С может быть в пределах от 1,2 до 8,0 мм2/с.
Может оказаться желательным, чтобы композиция содержала 5% или более, предпочтительно 10% или более и еще более предпочтительно 25% или более топлива, полученного по Фишеру-Тропшу.
Полученное по Фишеру-Тропшу топливо должно быть пригодным для его применения в качестве керосинового топлива. Вследствие этого его компоненты (или большая их часть, например 95% или больше) должны иметь температуры кипения в пределах обычного диапазона для керосиновых топлив, т.е. от 130 до 300°С. Предпочтительно, чтобы температура выкипания 90 об.% топлива (Т90) составляла от 180 до 220°С, предпочтительно от 180 до 200°С.
Под «полученным по Фишеру-Тропшу» подразумевается, что топливо представляет собой или получено из продукта процесса конденсации Фишера-Тропша. В реакции Фишера-Тропша оксид углерода и водород превращаются в углеводороды с более длинной цепью, обычно парафиновые:
n(СО+2Н2)=(-СН2-)n+nH2О+тепло
в присутствии подходящего катализатора и, как правило, при повышенных температурах (например, от 125 до 300°С, предпочтительно от 175 до 250°С) и/или давлениях (например, от 500 до 10000 кПа, предпочтительно от 1200 до 5000 кПа). При желании могут быть использованы отношения водород/оксид углерода, отличные от 2:1.
Сами оксид углерода и водород могут быть получены из органических и неорганических, природных или синтетических источников, как правило, или из природного газа или из метана органического происхождения.
Керосиновый продукт может быть получен с помощью этой реакции непосредственно или опосредованно, например фракционированием продукта синтеза Фишера-Тропша или из продукта синтеза Фишера-Тропша, подвергнутого гидроочистке. В качестве гидроочистки может быть использован гидрокрекинг, позволяющий отрегулировать пределы кипения (см., например, GB-B-2077289 и ЕР-А-0147873), и/или гидроизомеризация, которая может улучшить текучесть базового топлива в низкотемпературных условиях путем повышения доли разветвленных парафинов. В ЕР-А-0583836 описывается двухстадийный способ гидроочистки, в котором продукт синтеза Фишера-Тропша вначале подвергают гидроконверсии в таких условиях, в которых продукт не подвергается в существенной степени изомеризации или гидрокрекингу (происходит гидрирование олефиновых и кислородсодержащих компонентов), после чего, по крайней мере, часть образовавшегося продукта подвергается гидроконверсии в условиях, при которых происходят гидрокрекинг и изомеризация с образованием существенно парафинистого углеводородного топлива. Вслед за этим может быть выделена, например перегонкой, целевая керосиновая фракция (или фракции).
Для модифицирования свойств продуктов конденсации Фишера-Тропша, как это описано, например, в US-A-4125566 и US-A-4478955, могут быть использованы и другие типы обработки, такие как полимеризация, алкилирование, перегонка, крекинг-декарбоксилирование, изомеризация и гидрореформинг.
Типичные катализаторы для синтеза по Фишеру-Тропшу парафиновых углеводородов включают в качестве каталитически активного компонента металл группы VIII периодической таблицы, в частности рутений, железо, кобальт или никель. Подходящие катализаторы такого рода описаны, например, в ЕР-А-0583836 (стр.3 и 4).
Примером способа на основе реакции Фишера-Тропша является SMDS (синтез среднего дистиллята способом Shell), описанный в "The Shell Middle Distillate Synthesis Process", van der Burgt et al (статья, представленная на Пятом всемирном симпозиуме по синтетическим топливам, Washington DC, ноябрь 1985; см. также публикацию в ноябре 1989 с тем же названием от Shell International Petroleum Company Ltd., London, UK). С помощью этого способа (иногда называемого также технологией "Gas-to-Liquids", или "GTL") получают среднедистиллятные продукты превращением синтез-газа, полученного из природного газа (преимущественно метана), в длинноцепочечный углеводородный воск (парафин), который может быть затем подвергнут гидроконверсии и фракционированию, давая жидкие транспортные топлива, такие как керосиновые топливные композиции. Один из вариантов процесса SMDS, в котором используется реактор для стадии каталитической конверсии с неподвижным слоем катализатора, в настоящее время применяется в Малайзии (Bintulu), а его продукты при производстве товарных автомобильных топлив смешивают с газойлями нефтяного происхождения.
Получаемые способом SMDS газойли могут быть приобретены от Royal Dutch/Shell Group of Companies.
Таким образом, согласно настоящему изобретению полученное по Фишеру-Тропшу керосиновое топливо будет состоять, по меньшей мере, на 90 мас.%, преимущественно по меньшей мере на 98 мас.% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере на 99 мас.% из парафиновых компонентов, преимущественно нормальных парафинов и изопарафинов. Массовое отношение нормальных парафинов к изопарафинам должно быть преимущественно в указанных выше пределах. Реальное значение этого отношения будет определяться отчасти процессом гидроконверсии, который используется для получения керосина из продукта синтеза Фишера-Тропша. Может присутствовать и некоторое количество циклических парафинов.
Благодаря процессу Фишера-Тропша полученный по Фишеру-Тропшу керосин практически не содержит или содержит незначительные количества серы и азота. Соединения, содержащие эти гетероатомы, имеют тенденцию действовать как яды для катализаторов Фишера-Тропша и по этой причине их удаляют из исходного синтез-газа. Кроме того, в процессе обычно не образуется или практически не образуется ароматических компонентов. Содержание ароматических соединений в полученном по Фишеру-Тропшу керосине, определяемое согласно ASTM D4629, должно быть, как правило, ниже 5 мас.%, предпочтительно ниже 2 мас.% и более предпочтительно ниже 1 мас.%.
Используемый в настоящем изобретении получаемый по Фишеру-Тропшу керосин должен, как правило, обладать плотностью от 730 до 770 кг/м3 при 15°С; кинематической вязкостью от 1,2 до 6, предпочтительно от 2 до 5 и более предпочтительно, 2 до 3,5 м2/сек при -20°С; и содержанием серы 20 ч/млн (массовых частей на миллион) или ниже, предпочтительно 5 ч/млн или ниже.
Этим продукт является преимущественно продукт, получаемый реакцией конденсации метана по Фишеру-Тропшу с использованием отношения водород/оксид углерода менее 2,5, предпочтительно менее 1,75 и более предпочтительно от 0,4 до 1,5, и в идеальном случае с использованием кобальтсодержащего катализатора. Этот продукт удобно получать из подвергнутого гидрокрекингу продукта синтеза Фишера-Тропша (например, как описано в GB-B-2077289 и/или ЕР-А-0147873) или, более предпочтительно, продукта, образующегося в процессе двухстадийной гидроконверсии, как это описано в ЕР-А-0583836 (см. выше). В последнем случае предпочтительными отличиями процесса гидроконверсии могут быть те, которые раскрыты на стр.4-6 и в примерах ЕР-А-0583836.
Конечная топливная композиция преимущественно содержит не более 3000 ч/млн серы и, более предпочтительно: не более 2000 ч/млн или не более 1000 ч/млн, или не более 500 ч/млн серы.
Само базовое топливо может либо содержать добавки, либо не содержать добавок. Если топливо содержит добавки, например введенные на нефтеперерабатывающем заводе или на более поздних стадиях распределения топлива, оно должно содержать небольшие количества одной или более добавок, выбираемых, например, из антистатических агентов (например, STADIS™ 450 (пример Octel)), дезактиваторов металлов (например, N,N'-дисалицилиден-1,2-диаминопропан), противообледенительных присадок для топливной системы (например, монометиловый эфир диэтиленгликоля), присадок, ингибирующих коррозию и улучшающих смазывающую способность (например, APOLLO™ PRI 19 (Apollo), NALCOTM 5403 (Nalco) или присадок, повышающих термостабильность (например, АРА 101™ (Shell), которые утверждены в международных технических условиях на реактивные топлива гражданского и/или военного назначения.
Если не оговорено особо, концентрация (по активному веществу) каждого из таких дополнительных компонентов в топливной композиции с добавками находится на уровне, требуемом или разрешенном международными техническими условиями на реактивные топлива.
В этих технических условиях количества (концентрации, об.%, ч/млн, % мас.) компонентов относятся к активному веществу, т.е. исключая летучие растворители и разбавляющие материалы.
Настоящее изобретение особенно хорошо пригодна в том случае, когда топливная композиция применяется или предназначена для применения на реактивном двигателе, дизельном двигателе с прямым впрыском, например для ротационного насоса, многорядного насоса, насосного агрегата, электронного насоса-форсунки на общей топливной магистрали или на дизельном двигателе с непрямым впрыском. Изобретение может оказаться особо ценным для двигателей роторных насосов и других дизельных двигателей, в которых применяется механический пуск топливных инжекторов и/или система предварительного впрыска при низком давлении. Топливная композиция может оказаться пригодной для применения в дизельных двигателях, работающих в тяжелых и/или легких условиях.
Настоящее изобретение может дать любой из ряда благоприятных эффектов, включая хорошие низкотемпературные характеристики двигателя.
Примеры
Далее настоящее изобретение описывается с помощью примера и со ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:
Фиг.1 демонстрирует поведение точки застывания смесей SMDS-A и реактивного топлива J1;
Фиг.2 демонстрирует поведение точки застывания смесей SMDS-A и реактивного топлива J2; и
Фиг.3 демонстрирует поведение точки застывания смесей SMDS-B и реактивного топлива J3.
Влияние полученных по Фишеру-Тропшу, например, с помощью SMDS, керосинов на точки застывания керосиновых смесей оценивали с помощью ручных методов определения точек застывания в соответствии с международными техническими условиями ASTM D2386/IP 16 на реактивное топливо.
Для изучения этого влияния были отобраны два SMDS-керосина, каждый из которых содержал утвержденный для реактивного топлива антиоксидант в количестве приблизительно 20 мг/л, и пять керосинов нефтяного происхождения. В таблице 1 представлены данные по этим керосинам нефтяного происхождения, т.е. четырем товарным реактивным топливам, полученным с использованием обычных способов производства и отвечающих требованиям к топливу Jet A-1 в DEF STAN 91-91 (стандарт Британского министерства обороны DEF STAN 91-91/выпуск 4 от 14 июня 2002 года для турбинного топлива, авиационное «топливо керосинового типа». Jet A-1, код NATO F-35, Joint Service Designation AVTUR или варианты, действующие на момент испытаний), или «контрольный список» (требования к качеству авиационного топлива для совместно эксплуатируемых систем представляют наиболее строгие элементы ASTM D1655 и DEF STAN 91-91 и некоторые касающиеся аэропортов требования инструкционного материала ШФЕФ в отношении авиационного турбинного топлива «топлива керосинового типа». Реактивное топливо, которое отвечает требованиям AFQRJOS, обычно называют «Jet A-1 to Check List» (Jet A-1 для контрольного списка)).
| Таблица 1 | |
| Топливо | Описание |
| J1 | Реактивное топливо, получаемое способом Merox® |
| J2 | Подвергнутое гидрообработке реактивное топливо с 19 мг/л антиоксиданта Jonox 75 (RDE/A/609) |
| J3 | Реактивное топливо, получаемое промывкой едкой щелочью прямогонного керосина |
| J4 | Реактивное топливо, получаемое способом Merox® |
| S1 | Поток прямогонного керосина |
Основные свойства SMDS-топлив и топлив нефтяного происхождения, измеренные с использованием методов IP и ASTM, утвержденных в технических условиях для реактивных топлив, приведены соответственно в таблицах 2 и 3. Оба образца SMDS-керосина представляли собой узкие керосиновые фракции при их сравнении с более типичными пределами кипения 130-260°С для Jet A-1. Для SMDS-A, по-видимому, не выполняется предъявляемое к Jet A-1 требование в отношении точки застывания (максимально -47°С), в то время как для SMDS-B это требование выполняется. Оба образца были высокопарафинистыми топливами (более 98% парафинов, в основном нормальных парафинов, и приблизительно 0,9% нафтенов (циклопарафинов)) и, хотя оба образца различались по составу, ни один из них не был высокоизопарафинистым (массовое отношение нормальных парафинов к изопарафинам: для SMDS-A 2,7:1, для SMDS-B 1,9:1) и ни один не имел значительных количеств ароматических соединений.
| Таблица 2 | ||
| SMDS-A | SMDS-B | |
| Общая кислотность, мг КОН/г | 0,001 | <0,001 |
| Ароматические соединения по методу хроматографии с флуоресцентными индикаторами, об. % | <0,1 | <0,1 |
| Общая сера, мас.% | 0,00008 | 0,00090 |
| Меркаптановая сера, мас.% | 0,0001 | 0,0002 |
| Разгонка | ||
| Начальная точка кипения, °С | 162,0 | 152.5 |
| 10%-ное выкипание, °С | 176,0 | 159,5 |
| 50%-ное выкипание, °С | 184,0 | 167,0 |
| 90%-ное выкипание, °С | 192,0 | 185,5 |
| Конечная точка кипения, °С | 203,5 | 208,0 |
| Температура вспышки по Абелю, °С | 48,5 | 42,0 |
| Плотность при 15°С, кг, м3 | 742,1 | 736,1 |
| Точка застывания, °С | -42,5 | -53,5 |
| Вязкость при -20°С, °С | 3,144 | 2,474 |
| Удельная энергия, МДж/кг | 44,176 | 44,176 |
| Максимальная высота некоптящего пламени, мм | >50 | >50 |
| Фактические растворенные смолы, мг/100 мл | <1 | <1 |
| Микросепарометрический тест (MSEP) | 96 | 99 |
| Таблица 3 | |||||
| J1 | J2 | J3 | J4 | S1 | |
| Общая кислотность, мг КОН/г | 0,003 | 0,001 | 0,004 | 0,001 | 0,063 |
| Ароматические соединения по методу хроматографии с флуоресцентными индикаторами, об. % | 18,4 | 17,4 | 19,6 | 18,1 | 21,9 |
| Общая сера, мас.% | 0,0298 | 0,01 | 0,0091 | 0,23 | 0,06 |
| Меркаптановая сера, мас.% | 0,0003 | 0,0002 | 0,0001 | 0,0012 | 0,0003 |
| Разгонка | |||||
| Начальная точка кипения, °С | 148,0 | 153 | 147,0 | 165,6 | 155,3 |
| Конечная точка кипения, °С | 256.5 | 256 | 258,5 | 246,6 | 263,7 |
| Плотность при 15°С, кг, м3 | 799,6 | 788,8 | 800.8 | 797,1 | 827,5 |
| Точка застывания, °С | -51 | -49,5 | -52 | -53 | -61 |
| Максимальная высота некоптящего пламени, мм | 24 | 26 | 24 | 23 | 19 |
| Нафталины, об. % | 2,12 | 0,57 | 2,33 | 2,4 | 3,06 |
| Удельная энергия, МДж/кг | 43,243 | 43,4 | 43,211 | 43,3 | 42,9 |
По меньшей мере, одна из смесей, получаемых комбинированием топлив, была приготовлена дозированием известных объемов компонентов топлив в покрытые изнутри лаком емкости, предназначенные для хранения реактивных топлив. Были проведены измерения точек застывания и плотностей, последние из которых проводились для подтверждения точных составов смесей.
Пример 1
Были приготовлены смеси SMDS А и реактивного топлива J1. Измеренные свойства представлены в таблице 4, демонстрируя, что точки застывания смеси ТЗизмер ниже (лучше) тех, которые можно было ожидать на основании простого линейного правила смешения:
где a1 означает точку застывания компонента 1, a2 означает точку застывания компонента 2, X1 означает объемную долю компонента 1 и Х2 означает объемную долю компонента 2. Максимальное измеренное отклонение от линейной модели смеси составило 7,0°С. Эта нелинейность указывает на то, что для получения топлив, которые отвечают требованию максимума -47°С для Jet A-1 (DFF STAN 91-91 и AFQRJOS), можно было бы ввести в смесь с J1 предположительно более 45-50 об.% SMDS-A. Еще более неожиданным является то, что измеренные точки застывания большинства смесей оказались ниже точек застывания любого из использованных в этих смесях базовых топлив.
| Таблица 4 | ||||
| Объемная доля SMDS-A | Плотность при 15°С, кг/м3 | Измеренная точка застывания, °С, (ТЗизмер) | Точка застывания по линейной модели, °С, (ТЗлин) | ТЗлин-ТЗизмер, °С |
| 0,00 | 799,6 | -51,0 | -51,0 | 0,0 |
| 0,16 | 790,3 | -53,0 | -49,6 | 3,4 |
| 0,24 | 785,8 | -56,0 | -49,0 | 7,0 |
| 1,00 | 742,1 | -42,5 | -42,5 | 0,0 |
Данные были аппроксимированы с использованием уравнений смесительного взаимодействия Морриса:
где а1 означает точку застывания компонента 1, X1 означает объемную долю компонента и b12 означает коэффициент взаимодействия. Фиг.1 показывает измеренные точки застывания и включает предсказания как на основании линейной модели, так и на основании уравнения взаимодействия Морриса при использовании для расчета b12 экспериментальной точки для 25 об.% SMDS-A. На основании предсказания Морриса даже при почти 90% SMDS-A выполнялись бы требования к Jet A-1 в отношении точки застывания. Аппроксимация указывает также на то, что смеси с SMDS-A в количестве от 0 до 81% имеют точки застывания ниже точек застывания J1, являющегося компонентом с более низкой точкой застывания. Согласно этой аппроксимации максимальное отклонение от линейности должно достигать 9.5%.
Пример 2
Были приготовлены смеси SMDS-A и подвергнутого гидрообработке реактивного топлива J2. В таблице 5 представлены измеренные свойства, а также указано на то, как данные сравнивались с линейной моделью точки застывания. Положительные (лучшие) отклонения от линейной модели выявлены для всех приготовленных смесей, причем наибольшая измеренная разница находится вблизи 7°С.
| Таблица 5 | ||||
| Объемная доля SMDS-A | Плотность при 15°С, кг/м3 | Измеренная точка застывания, °С, (ТЗизмер) | Точка застывания по линейной модели, °С, (ТЗлин) | ТЗлин-ТЗизмер, °С |
| 0,00 | 788,8 | -49,5 | -49,5 | 0,0 |
| 0,16 | 781,4 | -53 | -48,4 | 4,6 |
| 0,25 | 777,3 | -53 | -47,8 | 5,2 |
| 0,39 | 770,4 | -53,5 | -46,8 | 6,7 |
| 0,74 | 754,4 | -48,5 | -44,3 | 4,2 |
| 1,00 | 742,1 | -42,5 | -42,5 | 0 |
Коэффициент взаимодействия Морриса был рассчитан для состава с одним из наиболее малых отклонений от линейной модели, т.е. для 16%-ной смеси. На фиг.2 показаны измеренные данные, линейное предсказание, а также аппроксимирование данных с помощью метода коэффициента взаимодействия Морриса. Такая аппроксимация дает наиболее низкие точки застывания для смесей с 35-45% SMDS при максимальном предсказанном отклонении от линейности до 9,2°С. Предсказания линейного правила смешения дают основание полагать, что смеси, содержащие 35% или более SMDS, по-видимому, выйдут за предел технических условий для Jet A-1, а аппроксимирование с помощью коэффициента взаимодействия Морриса указывает на то, что предел должен достигать 88%. Оно указывает также на то, что смеси, содержащие от 0 до 81% SMDS-A, должны иметь точки застывания ниже точки застывания как SMDS-A, так и J2.
Пример 3
Были приготовлены смеси SMDS-B и реактивного топлива J3 и измерены свойства, которые представлены в таблице 6. Два базовых топлива имеют близкие точки застывания. За исключением случая с 5% SMDS-B все смеси имели лучшие (более низкие) точки застывания по сравнению с точками застывания, предсказанными линейной моделью, и которые были ниже, чем у SMDS-B-компонента с более низкой точкой застывания. Самое большое измеренное отклонение от линейности составило 11,9°С. С использованием всех экспериментальных точек был рассчитан оптимизированный коэффициент b12 и использован для аппроксимирования данных, приведенных на фиг.3.
| Таблица 6 | ||||
| Объемная доля SMDS-A | Плотность при 15°С, кг/м3 | Измеренная точка застывания, °С, (ТЗизмер) | Точка застывания по линейной модели, °С, (ТЗлин) | ТЗлин-ТЗизмер, °С |
| 0,00 | 800,8 | -52,0 | -52,0 | 0 |
| 0,05 | 797,6 | -52,0 | -52,1 | -0,1 |
| 0,15 | 791,2 | -54,5 | -52,2 | 2,8 |
| 0,25 | 784,8 | -54,5 | -52,4 | 2,1 |
| 0,39 | 775,3 | -57,5 | -52,6 | 4,9 |
| 0,60 | 762,4 | -62,0 | -52,9 | 9,1 |
| 0,75 | 752,6 | -65,0 | -53,1 | 11,9 |
| 0,80 | 749,0 | -59,0 | -53,2 | 5,8 |
| 1,000 | 736,1 | -53,5 | -53,5 | 0 |
Пример 4
Была приготовлена одна смесь SMDS-B с реактивным топливом J4 - топливами с точками застывания, которые незначительно отличаются одна от другой. Положительное отклонение между линейной моделью и действительной точкой застывания составила лишь немного выше 4°С.
| Таблица 7 | ||||
| Объемная доля SMDS-A | Плотность при 15°С, кг/м3 | Измеренная точка застывания, °С, (ТЗизмер) | Точка застывания по линейной модели, °С, (ТЗлин) | ТЗлин-ТЗизмер, °С |
| 0,00 | 797,1 | -53,0 | -53,0 | 0 |
| 0,30 | 778,6 | -57,5 | -53,2 | 4,3 |
| 1,00 | 736,1 | -53,5 | -53,5 | 0 |
Пример 5
Была приготовлена одна смесь SMDS-B с прямогонным керосином S1, где последний обладал лучшей (более низкой) точкой застывания. В таблице 8 показано, что положительное отклонение между линейной моделью и реальной точкой застывания составило 12,7°С, а точка застывания смеси была на 9°С ниже точки застывания чистого S1.
| Таблица 8 | ||||
| Объемная доля SMDS-A | Плотность при 15°С, кг/м3 | Измеренная точка застывания, °С, (ТЗизмер) | Точка застывания по линейной модели, °С, (ТЗлин) | ТЗлин-ТЗизмер, °С |
| 0,00 | 827,5 | -61,0 | -61,0 | 0 |
| 0,50 | 782,2 | -70,5 | -57,3 | 12,7 |
| 1,00 | 736,1 | -53,5 | -53,5 | 0 |
Приведенные выше примеры показали, что имеются смеси керосинов, полученных по Фишеру-Тропшу, и керосинов нефтяного происхождения, которые характеризуются точками застывания более низкими по сравнению с точками застывания обоих компонентов смеси. Это наблюдалось для обоих керосинов SMDS-A и SMDS-B, которые имеют точки застывания, значительно отличающиеся одна от другой. Это имело место в случае систем, в которых полученный по Фишеру-Тропшу керосин обладал как более низкой, так и более высокой точкой застывания по сравнению с другим компонентом. Такие нелинейные зависимости и улучшенные свойства в сравнении с исходными материалами являются неожиданными.
Таким образом, введение керосина, полученного по Фишеру-Тропшу, в керосин нефтяного происхождения типа реактивного топлива может дать топлива с хорошей текучестью при низких температурах без необходимости добавления повышающих текучесть присадок или агентов, предотвращающих оседание парафина. Такая операция смешения является более легкой (не требует нагрева) и может обеспечить производство топлив, не создающих риска повреждения систем двигателей при низких рабочих температурах. Таким топливам свойственна также способность улучшения сгорания и выхлопа.
1. Топливная композиция, включающая керосиновое топливо нефтяного происхождения и керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, в которой указанное полученное по Фишеру-Тропшу керосиновое топливо содержит нормальные парафины и изопарафины в массовом соотношении выше 1:1 и у которой, необязательно, точка застывания ниже точек застывания как керосинового топлива нефтяного происхождения, так и керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу.
2. Топливная композиция, включающая керосиновое топливо нефтяного происхождения и керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, у которой точка застывания ниже точек застывания как керосинового топлива нефтяного происхождения, так и керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, причем, необязательно, керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержит нормальные парафины и изопарафины в весовом соотношении выше 1:1.
3. Топливная композиция по п.1, у которой указанное отношение находится в пределах от выше чем 1:1 до 4:1.
4. Топливная композиция по п.2, у которой указанное отношение находится в пределах от выше чем 1:1 до 4:1.
5. Топливная композиция по любому из пп.3 и 4, у которой указанное отношение находится в пределах от выше чем 1:1 до 3:1.
6. Топливная композиция по п.1, у которой керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержится в топливной композиции в количестве от 0,1 до 99,9 об.%.
7. Топливная композиция по п.2, у которой керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержится в топливной композиции в количестве от 0,1 до 99,9 об.%.
8. Применение в топливной композиции, содержащей керосиновое топливо нефтяного происхождения, керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, у которого точка застывания выше точки застывания керосинового топлива нефтяного происхождения, в целях снижения точки застывания топливной композиции ниже точки застывания керосинового топлива нефтяного происхождения.
9. Применение в топливной композиции, содержащей керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, керосинового топлива нефтяного происхождения, у которого точка застывания выше точки застывания керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, в целях снижения точки застывания топливной композиции ниже точки застывания керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу.
10. Применение керосинового топлива, полученного по Фишеру-Тропшу, в качестве депрессанта в топливной композиции.
11. Способ эксплуатации реактивного двигателя, или дизельного двигателя, и/или самолета, который работает с одним или более такими двигателями, который (способ) включает ввод в указанный двигатель топливной композиции по любому из пп.1-5.
12. Способ приготовления топливной композиции, который включает смешение керосинового топлива нефтяного происхождения с керосиновым топливом, полученным по Фишеру-Тропшу, где указанное керосиновое топливо, полученное по Фишеру-Тропшу, содержит нормальные парафины и изопарафины в весовом соотношении выше 1:1.
