Топливо мазутное маловязкое и способ его получения

Изобретение относится к топливу мазутному маловязкому (ТММ), используемому в качестве технологического топлива на промышленных предприятиях теплоснабжения, на судах речного и морского флота. Мазут имеет следующий состав: мазут марки М 40 и/или М 100 в количестве 35-60 мас.%, стабилизированный газовый конденсат с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0% - 25-50 мас.% и керосиногазойлевая фракция - 1-40 мас.%. Описан также способ его получения, включающий предварительное смешивание подогретого мазута марки М40 и/или M100 со стабилизированным газовым конденсатом, содержащим фракцию C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.% в заданном соотношении в камере смешения. Смесь подают в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной эмульсии. Предварительное смешивание ведут при температуре 20-30°С путем добавления 1-40 мас.% в расчете на конечный продукт керосиногазойлевой фракции с температурой выкипания 180-350°С в стабилизированный газоконденсат с последующей обработкой полученной смеси в ультразвуковом устройстве с получением тонкодисперсной смеси, подачей предварительно нагретого до 60°С мазута в полученную тонкодисперсную смесь и дополнительной обработкой всей смеси в ультразвуковом устройстве с получением высокогомогенного целевого продукта. Изобретение позволяет повысить степень гомогенизации топлива и увеличить продолжительность срока его хранения без расслоения при сохранении всех необходимых эксплуатационных свойств. 2 н.п. ф-лы, 4 табл.

 

Группа изобретений топливо мазутное маловязкое и способ его получения относится к области совершенствования нефтепереработки и предназначено в качестве технологического топлива на промышленных предприятиях, на предприятиях теплоснабжения, на судах речного и морского флота, способам получения этих топлив.

Известно топливо мазутное (см. описание к патенту RU №2084494, опубл. 20.07.97, Бюл. №20), включающее мазут и дополнительно содержащее остаток 200° - конец кипения ректификации смеси ловушечной нефти и нефтешлама после двухступенчатого обезвоживания и смесь ловушечной нефти и нефтешлама после трехступенчатого обезвоживания при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Остаток 200°С - конец кипения	12,5-25,0
Смесь ловушечной нефти и
нефтешлама после трехступенчатого обезвоживания	12,5-25,0
Мазут	50,0-75,0

Хотя это топливо расширяет сырьевые ресурсы, улучшает экологию за счет вовлечения в состав топлива нефтяных отходов: нефтешлама, ловушечной нефти. Однако оно имеет высокую вязкококсуемость и плотность (от 915 до 930 кг/м³). Такое топливо не пригодно к транспортировке при низких температурах, не устойчиво к расслоению, при его использовании велико нагарообразование в топке.

Известно топливо мазутное (см. RU 2108369, опубл. 10.04.98, Бюл. №10) на основе топочного мазута с добавлением углеводородсодержащего компонента, в качестве которого оно содержит продукты пиролиза углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукты пиролиза углеводородов со среднеобъемной
температурой кипения 260-290°С, коксуемостью 8-12%	5-60
топочный мазут	до 100

Использование этого топлива позволяет повысить теплотворную способность топлива, снизить нагарообразование в топке и увеличить устойчивость топливной композиции к расслоению. Однако оно имеет высокую вязкость при 80°С от 42 до 58 мм²/с, высокую температуру застывания, что не позволяет ее использовать при низких температурах.

Известен способ получения топлива мазутного из описания к патенту RU №2148612, опубл. 10.05.2000, Бюл. №13) путем перемешивания компонентов при 60°С в течение 0,5 часа. Полученное данным способом топливо позволяет повысить температуру вспышки в открытом тигле и устойчивость топливной композиции к расслоению, уменьшить содержание серы и воды и снизить вязкость и использовать в составе топливной композиции мазут только марки М 40. При этом топливу присущи недостатки: относительно высокая вязкость и плотность, высокое содержание асфальтенов, а также недостаточно высокая температура вспышки в открытом тигле.

Известно принятое за прототип топливо мазутное (см. RU 2278149, опубл. 20.06.06, Бюл. №17), представляющее собой смесь газового конденсата с содержанием в нем фракции С₁-С₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.% и топочного мазута марки М 100 и/или М40 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

газовый конденсат	25,0-50,0
топочный мазут	50,0-75,0

Данное топливо имеет низкое содержание серы и вредных веществ, пониженную коксуемость, что способствует увеличению срока службы при применении его как топлива на судах морского и речного транспорта. Кроме того, это топливо имеет низкую плотность (от 930 до 850 кг/м³) при 20°С, вязкость не более 2° ВУ при 80°С, что упрощает транспортировку в холодное время года. При этом увеличивается текучесть и время жизни получаемого продукта, улучшаются экологические показатели топлива на единицу теплоемкости за счет применения простого технологического оборудования.

Однако это топливо мазутное имеет широкий диапазон изменения параметров, зависящих от партии поступающего сырья и его места происхождения таких как: плотность, температура вспышки, теплота сгорания, температура текучести и т.п.

Известен, принятый за прототип, способ получения топлива мазутного, включающий смешение подогретого мазута марки M100 и/или М40 и стабилизированного газового конденсата в определенной пропорции, где мазут топочный с температурой мазута 50°С и стабилизированный газовый конденсат с температурой 20°С под давлением до 3 атм в заданной пропорции подают в камеру смешения компонентов, затем полученная смесь поступает в эмульгационное устройство, где она подвергается ультразвуковой обработке для получения из топливной смеси тонкодисперсной эмульсии, и последующее смешение двух и более потоков тонкодисперсной эмульсии топливной смеси с постоянно поддерживаемой температурой 50-60°С в камере интенсивного смешения за счет организации перемешивания встречными потоками под давлением и транспортировку готового продукта в емкости накопителей, объединенные системой циркуляции, подвергая готовый продукт постоянной циркуляции под давлением до 2 атм и прохождению через эмульгационное устройство. См. RU 2278149, опубл. 20.06.06, Бюл. №17.

Полученное данным способом мазутное топливо имеет низкое содержание серы и вредных веществ, пониженную коксуемость, что способствует увеличению срока службы при применении его как топлива на судах морского и речного транспорта. Кроме того, получаемое этим способом топливо имеет низкую плотность (от 930 до 850 кг/м³) при 20°С, вязкость не более 2° ВУ при 80°С, что упрощает транспортировку в холодное время года. При этом увеличивается текучесть и время жизни получаемого продукта, улучшаются экологические показатели топлива на единицу теплоемкости.

Однако полученное указанным способом топливо имеет широкий диапазон изменения параметров, зависящих от партии поступающего сырья и его места происхождения таких как: плотность, температура вспышки, теплота сгорания, температура текучести и т.п.

Задачей предлагаемой группы изобретений является разработка топливной композиции - топлива мазутного маловязкого (ТММ) и способа его получения, которые обеспечили бы высокую воспроизводимость требуемых потребительских свойств в более узких пределах заданных параметров при реализации технологического процесса производства, повышение температуры реализации способа и, как следствие, повышение степени гомогенизации и увеличение срока жизни топливной композиции до ее расслоения.

Технический результат группы изобретений заключается в получении такого ТММ которое обладает низкой вязкостью (не более 4° ВУ при 80°С), плотностью не более 900 кг/м³ (при 20°С), низким содержанием серы (не более 2,5%) и могло бы быть использовано при низких температурах. Указанные параметры должны быть стабильны во времени и меняться незначительно при использовании разных партий сырья и сырья разных месторождений.

Это достигается тем, что топливо мазутное маловязкое на основе топочного мазута марки М40 и/или M100 и стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, дополнительно содержит керосиногазойлевую фракцию с температурой кипения 180-350°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	50-25
Керосиногазойлевая фракция	1-40

Это достигается тем, что способ получения топлива мазутного маловязкого, включающий предварительное смешивание подогретого мазута марки М40 и/или M100 со стабилизированным газовым конденсатом, содержащим фракцию C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, в заданном соотношении в камере смешения, подачу смеси в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной эмульсии, имеет предварительное смешивание, которое ведут при температуре 20-30°С путем добавления 1-40 мас.% в расчете на конечный продукт керосиногазойлевой фракции с температурой выкипания 180-350°С в стабилизированный газоконденсат, с последующей обработкой полученной смеси в ультразвуковом устройстве с получением тонкодисперсной смеси, подачей предварительно нагретого до 60°С мазута в полученную тонкодисперсную смесь и дополнительной обработкой всей смеси в ультразвуковом устройстве с получением высокогомогенного целевого продукта, содержащего, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	25-50
Керосиногазойлевая фракция	1-40

Способ получения указанного топлива заключается в том, что в стабильный газовый конденсат, содержащий не более 0,3-1,0 мас.% C₁-C₄, предварительно вводят дополнительную составляющую - керосиногазойлевую фракцию с температурой кипения 180°-350°С в количестве 1-40 мас.%, необходимом для повышения вязкости, плотности и температуры вспышки стабильного газового конденсата. Далее полученная смесь поступает в гомогенизатор с ультразвуковым воздействием для достижения высокой степени гомогенности топливной композиции. Процесс проводят при нормальной температуре 20-30°С, т.к. составляющие близки по свойствам и не требуют дополнительного подогрева. На второй стадии предварительно подогретый до 60°С мазут М 40 и/или М 100 вводят в полученную смесь газоконденсата и керосиногазойлевой фракции для получения вышеуказанной концентрации компонентов.

Полученная композиция также поступает в гомогенизатор с наложением ультразвука. На обеих стадиях смешивания используют устройство ЭЦ-50000, но можно и любое другое. При завершении способа получается топливо мазутное маловязкое на основе топочного мазута марки М 40 и/или M100 и стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.% и дополнительно содержит керосиногазойлевую фракцию с температурой кипения 180-350°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	50-25
Керосиногазойлевая фракция	1-40

Результаты испытаний полученной топливной композиции представлены в примерах, описанных ниже (1-36). Результаты анализа запредельных значений представлены отдельно.

Примеры полученных топливных композиций представлены в таблице 1.

В таблице 2 представлены эмпирические свойства исходных составляющих компонентов для производства топлива мазутного маловязкого (ТММ) и свойства прототипа-топлива мазутного суперлегкого (ТМС) в крайних точках допустимых концентраций по мазуту.

В качестве стабилизированного газоконденсата (КГС) использован (СГК), содержащий 0,7 мас.% фракции С₁-С₄.

В качестве керосиногазойлевой фракции (КГФ) в приведенных примерах были использованы:

- топливо судовое маловязкое (ТСМ) по ТУ38-101567-2000 (1);

- топливо дизельное летнее (Л02.62) по ГОСТ 305-82 (2);

- керосин технический по ТУ 38-601-22-70-97 (3);

- топливо судовое (ИСО-Ф-ДМА) по ТУ 38.401-58-302-2001 (4).

Для образцов 1-9 были использованы:

Мазут M100, КГФ (4)-ИСО-Ф-Д.

Аналогично, для образцов 10-18 - мазут M100, КГФ(3) - Кер.тех.

Для образцов 19-27 - мазут M100, КГФ(2) - Л02-62.

Для образцов 28-36 - мазут M100, КГФ(1) - ТСМ.

Результаты измерений образцов представлены в таблице 3.

Для образца с содержанием мазута 65%, ГКС 20% и КГФ 15% плотность ТММ составляет 900 кг/м³ и более. ВУ при этом составляет 4 ед. Следовательно, указанные концентрации являются критическими, а выбранный нами диапазон концентраций (обр.1-36) удовлетворяет поставленной задаче (концентрации менее 5% по основным составляющим находятся в пределах допуска, гарантированного технологическим процессом).

По результатам испытаний очевидно следующее. В интервале концентраций исходных компонентов, соответствующих образцам 1-36, свойства ТММ полностью удовлетворяют требованиям, сформулированным выше в постановке задачи. Для образцов при концентрации КГФ менее 1% свойства ТММ практически повторяют свойства прототипа (ТМС 75%), что означает несущественное влияние КГФ в малых концентрациях (менее 1%) на получаемый результат.

Таким образом, допустимыми концентрациями КГФ для получения заданных свойств ТММ являются концентрации, приведенные в формуле заявляемой топливной композиции, т.е. 1-40 мас.%.

Такие потребительские свойства ТММ, как плотность и вязкость, являются важными параметрами, определяющими условия производства, хранения, транспортирования и использования по назначению заявляемой топливной композиции. В частности, температурный режим хранения, транспортирования и использования определяются в основном вязкостью ТММ. Поэтому в условиях поставок для производства ТММ газоконденсатного сырья с широким диапазоном свойств для обеспечения высокой воспроизводимости потребительских свойств производимого продукта необходимы способы, повышающие точность попадания в заданный номинал потребительских свойств продукта. В заявляемом способе предлагается для производства ТММ использовать не исходный газовый конденсат с широким диапазоном свойств, а предварительно приготовленную смесь стабильного газоконденсата и керосиногазойлевой фракции в необходимой пропорции. Этот процесс легко реализуем технологически, так как СГК и КГФ близки по свойствам и не требуют жестких тепловых и диабатических условий производства (при повышенных температурах и давлениях). В результате предварительно подготовленная СГК и КГФ при введении ее в мазут обеспечивают точное попадание в заданные параметры ТММ, а процесс может проводиться при более высоких температурах, так как смесь имеет более высокие температуры начала кипения и вспышки, нежели исходный газоконденсат. Это в свою очередь обеспечивает лучшее перемешивание с мазутом и получение ТММ с высокой степенью гомогенности. Результаты представлены в таблице 4. Таким образом, анализ данных таблицы показывает, что для ТМС с содержанием основной составляющей - мазута - 75% массовых по сравнению с использованием заявляемой топливной композиции и способа ее изготовления повышают точность попадания в заданный номинал плотности (и вязкости) с 4,3% до 1,2%, т.е. в 3,6 раза, а для ТМС с содержанием 50% - с 3,4% до 1,9%, т.е. - в 1,8 раза соответственно.

Таким образом, анализ данных таблицы показывает, что для ТМС с содержанием основной составляющей - мазута - 75% массовых по сравнению с использованием заявляемой топливной композиции и способа ее изготовления повышают точность попадания в заданный номинал плотности (и вязкости) с 4,3% до 1,2%, т.е. в 3,6 раза, а для ТМС с содержанием 50% - с 3,4% до 1,9%, т.е. - в 1,8 раза соответственно.

1. Топливо мазутное маловязкое на основе топочного мазута марки М 40 и/или М 100 с добавлением стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, отличающееся тем, что дополнительно содержит керосино-газойлевую фракцию с температурой кипения 180-350°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	50-25
Керосино-газойлевая фракция	1-40

2. Способ получения топлива мазутного маловязкого, включающий предварительное смешивание подогретого мазута марки М40 и/или M100 со стабилизированным газовым конденсатом, содержащим фракцию C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, в заданном соотношении в камере смешения, подачу смеси в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной эмульсии, отличающийся тем, что предварительное смешивание, которое ведут при температуре 20-30°С путем добавления 1-40 мас.% в расчете на конечный продукт, керосино-газойлевой фракции с температурой выкипания 180-350°С в стабилизированный газоконденсат с последующей обработкой полученной смеси в ультразвуковом устройстве с получением тонкодисперсной смеси, подачей предварительно нагретого до 60°С мазута в полученную тонкодисперсную смесь и дополнительной обработкой всей смеси в ультразвуковом устройстве с получением высокогомогенного целевого продукта, содержащего в мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	25-50
Керосино-газойлевая фракция	1-40