способ получения смазывающей присадки к дизельному топливу

Формула изобретения

1. Способ получения смазывающей присадки к дизельному топливу, включающий переэтерификацию растительного масла этиловым спиртом и отделение образующегося при реакции глицерина, отличающийся тем, что переэтерификацию осуществляют в присутствии катализатора - гидроксида калия - при непрерывном перемешивании компонентов в реакторе переэтерификации, после окончания перемешивания перекачивают полученную смесь в установочную емкость, где отстаивают не менее суток, затем сливают отстоявшийся глицерин из установочной емкости и закачивают в него воду, затем по прошествию не менее суток сливают отстоявшуюся воду в резервуар для воды, а остаток сушат до получения готового продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растительное масло перед переэтерификацией предварительно нагревают до температуры 66÷68°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения смеси этиловых эфиров жирных кислот, применяемых в качестве смазывающей присадки к дизельному топливу с малым содержанием серы.

Известно, что дизельное топливо должно обладать смазывающей способностью для защиты от ускоренного износа движущихся частей насосов, систем ввода и других элементов двигателя, с которыми топливо контактирует. Одновременно дизельное топливо должно обеспечивать как можно меньше выбросов вредных веществ в атмосферу при своем сгорании, особенно соединений серы. Для получения топлива, не загрязняющего окружающую среду при своем сгорании, применяют его глубокую очистку от соединений серы. Однако глубокая очистка топлива от серы приводит к потере связанных с ней ароматических и полярных соединений, что ухудшает естественную смазывающую способность топлива и приводит к ускорению явлений износа и разрушения движущихся частей насосов и систем ввода.

Для обеспечения смазывающей способности малосернистого дизельного топлива в него вводят присадки, призванные заместить потерянные в процессе очисти топлива ароматические и полярные соединения, при этом присадки должны удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны загрязнять окружающую среду при сгорании топлива. Этим требованиям, в частности, удовлетворяют присадки, представляющие собой смесь этиловых эфиров непредельных жирных кислот, процесс получения которых является предметом рассмотрения настоящей заявки.

Известен способ получения концентратов этиловых эфиров полиненасыщенных высших жирных кислот, описанный в патенте РФ [1] - RU 2041256 C1, C11B 7/00, 09.08.1995, включающий переэтерификацию обезвоженного жира этиловым спиртом в присутствии серной кислоты, нейтрализацию переэтерификата раствором щелочи, отделение нейтральных эфиров и фракционную перегонку в вакууме.

Известен способ получения концентрата этиловых эфиров полиненасыщенных высших жирных кислот, описанный в патенте РФ [2] - RU 2078130 C1, C11C 3/10, 27.04.1997, включающий переэтерификацию жира в среде этилового спирта и серной кислоты, удаление серной кислоты водопроводной водой, фракционирование и выделение целевого продукта вакуумной молекулярной дистиляцией.

Известен способ получения концентрата этиловых эфиров полиненасыщенных высших жирных кислот, описанный в патенте РФ [3] - RU 2209235 С2, С11В 7/00, 27.07.2003, включающий переэтерификацию жира этиловым спиртом в присутствии щелочного катализатора, фракционирование и выделение целевого продукта посредством вакуумной молекулярной дистиляции.

Общим недостатком способов, рассмотренных в [1]÷[3], с точки зрения возможности использования их для получения смазывающих присадок к дизельному топливу, является сложность технологических процессов, высокая стоимость и дефицитность исходного продукта, в качестве которого используется рыбный жир.

Известен более дешевый и более пригодный для получения смазывающих присадок к дизельному топливу способ получения эфиров жирных кислот из растительного масла, описанный в патенте РФ [4] - RU 2365625 C1, C12P 7/62, C10L 1/02, C11C 3/10, 27.08.2009, принятый в качестве прототипа

Способ-прототип заключается в том, что осуществляют переэтерификацию растительного масла, в качестве которого используют рапсовое масло, этиловым спиртом, при этом процесс переэтерификации проводят в реакторе переэтерификации при температуре 350÷400°C и давлении 35÷50 МПа в течение 20 минут, полученную в результате переэтерификации реакционную смесь охлаждают и подают в экстрактор, где подвергают термостатированию до температуры 250°С, затем осуществляют экстракцию диоксидом углерода в сверхкритических условиях при расходе диоксида углерода 40 л/ч при температуре 350°С и давлении 35 МПа, полученную гомогенную смесь подают в первый сепаратор для отделения глицерина от целевого продукта при давлении 0,5 МПа и температуре 20÷30°C, после чего очищенный от глицерина целевой продукт подают во второй сепаратор для отделения смеси этиловых эфиров жирных кислот от диоксида углерода при давлении 0,2 МПа и температуре 15°С, а выделенный диоксид углерода направляют на рецикл.

Полученная таким образом смесь этиловых эфиров жирных кислот может быть использована в качестве самостоятельного вида топлива («биодизель»), а также в качестве смазывающей присадки к традиционному дизельному топливу, являющемуся продуктом прямой перегонки сырой нефти.

Достоинством способа-прототипа является доступность исходных материалов и возможность получения целевого продукта в промышленных масштабах. Недостатком является сложность технологических процессов, обусловленная, в частности, необходимостью использования высоких температур и давления, что усложняет аппаратуру и повышает степень опасности для персонала.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является разработка более простого и безопасного, по сравнению с прототипом, способа получения смазывающей присадки к дизельному топливу, представляющей собой смесь этиловых эфиров жирных кислот.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения смазывающей присадки к дизельному топливу, включающем переэтерификацию растительного масла этиловым спиртом и отделение образующегося при реакции глицерина, в отличие от прототипа переэтерификацию осуществляют в присутствии катализатора - гидроксида калия - при непрерывном перемешивании компонентов в реакторе переэтерификации, после окончания перемешивания перекачивают полученную смесь в установочную емкость, где отстаивают не менее суток, затем сливают отстоявшийся глицерин из установочной емкости и закачивают в него воду, затем по прошествию не менее суток сливают отстоявшуюся воду в резервуар для воды, а остаток сушат до получения готового продукта.

В преимущественных вариантах реализации растительное масло перед переэтерификацией предварительно нагревают до температуры 66÷68°C.

Для рассматриваемых целей получения смазывающей присадки к дизельному топливу можно использовать любое растительное масло любого происхождения, например рапсовое, подсолнечное, хлопковое, пальмовое и т.д.

Готовый продукт - смазывающая присадка к дизельному топливу - представляет собой многокомпонентную смесь сложных этиловых эфиров непредельных жирных кислот, преимущественно олеиновой (C ₁₈H₃₄O₂), линолевой (С₁₈ Н₃₂О₂), линоленовой (С₁₈Н ₃₀О₂), эруковой (C₂₂H₄₂ O₂), в которой объемные доли образующихся этиловых эфиров жирных кислот непостоянны и варьируются в достаточно широких пределах в зависимости от используемого растительного масла.

Получаемая смазывающая присадка представляет собой жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета в зависимости от используемого растительного масла. Смазывающая способность получаемой присадки, характеризующаяся уменьшением диаметра пятна износа при добавлении 0,1 об.% присадки, составляет не менее 100 мкм, плотность присадки при 20°С составляет от 875 до 925 кг/м³, температура застывания (кристаллизации) - не выше минус 8°С, а зольность - не более 0,01%. Использование присадки заключается в ее добавлении к дизельным топливам, содержащим менее 0,1 мас.% серы, в концентрациях от 0,1 до 1,3 мас.% (чем выше концентрация, тем выше смазывающая способность дизельного топлива).

Повышение смазывающей способности дизельного топлива при применении получаемой присадки объясняется способностью несимметрично поляризованных органических молекул к обособлению в среде неполярных растворителей и связанному с ним росту адгезионной способности к металлам, приводящих к образованию на поверхностях смазываемых узлов трения особой наноразмерной структуры - «молекулярного ворса», состоящего из нормально ориентированных к поверхности молекул, образующих электромагнитные связи с атомами металла и повышающих в несколько раз толщину и прочность граничного слоя смазывающего материала.

Реализация заявляемого способа осуществляется с помощью стандартного оборудования, изготавливаемого промышленностью.

В качестве реактора переэтерификации может быть использован автоматический процессор (реактор) «ВК-12000 Advanprocessor» фирмы «Bio-King» (Нидерланды).

В качестве оборудования для приготовления смеси спирта и катализатора может быть использован реактор «Methoxide mixing tank» фирмы «Bio-King».

В качестве установочной емкости для отделения глицерина и промывки полученного продукта может быть использована емкость «Washbk1400-S/W» фирмы «Bio-King».

В качестве резервуара для сушки готового продукта и удаления из него остатков воды может быть использована сушка «ВК-12000 Dryer/heater» фирмы «Bio-King».

При использовании указанного оборудования процесс получения смазывающей присадки к дизельному топливу происходит следующим образом.

Для получения приблизительно тонны присадки необходимо иметь около тонны растительного масла (~1100 л), около двухсот литров этилового спирта, около десяти килограммов гидроксида калия и примерно двести литров воды.

Этиловый спирт и гидроксид калия соответственно заливается и засыпается в реактор «Methoxide mixing tank», где данные компоненты перемешиваются в течение примерно 20 минут.

Отфильтрованное растительное масло закачивается в реактор «ВК-12000 Advanprocessor», где нагревается до температуры 66÷68°C. После выключения нагрева в реактор «ВК-12000 Advanprocessor» закачивается приготовленный в реакторе «Methoxide mixing tank» раствор гидроксида калия в этиловом спирте. После этого реактор «ВК-12000 Advanprocessor» включается в режим перемешивания на время порядка 40÷45 минут.

Полученная после перемешивания смесь перекачивается из реактора «ВК-12000 Advanprocessor» в установочную емкость «Washbk1400-S/W», где отстаивается не менее суток. После этого отстоявшийся глицерин сливается в резервуар для глицерина, а в установочную емкость «Washbk1400-S/W» закачивается вода. По прошествию не менее суток отстоявшаяся вода сливается в резервуар для воды.

Полученный таким образом продукт перекачивается в резервуар для сушки «ВК-12000 Dryer/heater». Процесс сушки продолжается примерно 2÷2,5 часа. После этого готовый продукт перекачивается в емкость для хранения.

Для потребителя готовый продукт фасуется, например, в полиэтиленовые флаконы по 200, 500 или 1000 мл, канистры по 25 л или бочки по 200 л.

Слитый глицерин очищается и реализуется в качестве попутного продукта. Слитая вода после очистки возвращается в техпроцесс.

Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в разработке простого и безопасного способа получения смазывающей присадки к дизельному топливу, представляющей собой смесь этиловых эфиров жирных кислот.

Источники информации

1. RU 2041256 C1, C11B 7/00, опубл. 09.08.1995.

2. RU 2078130 C1, C11C 3/10, опубл. 27.04.1997.

3. RU 2209235 C2, C11B 7/00, опубл. 27.07.2003.

4. RU 2365625 C1, С12Р 7/62, C10L 1/02, C11C 3/10, опубл. 27.08.2009.