PL191381B1 - Olej napędowy - Google Patents

Abstract

1. Olej napędowy składający się z frakcji węglowodorowych, ewentualnie pochodzących z przerobu ropy naftowej i z zestawu dodatków uszlachetniających, takich jak dodatki podwyższające liczbę cetanową zmniejszające zadymienie spalin, myjące, antykorozyjne, antyutleniające, deemulgujące, poprawiające właściwości smarne, w ilości od 10 do 500 ppm., znamienny tym, że zawiera od 2 do 100% masowych frakcji węglowodorowych pochodzących z rozkładu odpadowych tworzyw sztucznych poliolefinowych, o liczbie cetanowej nie niższej niż 53, zawartości węglowodorów aromatycznych do 15% masowych, zawartości siarki od 0,005 do 0,05% masowych, temperaturze zablokowania zimnego filtra od minus 5 do minus 20°C i składzie frakcyjnym takim, że do 250°C destyluje nie więcej niż 60%, do 350°C destyluje nie mniej niż 80%, a do 370°C destyluje nie mniej niż 95%.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest olej napędowy do szybkoobrotowych silników wysokoprężnych o obniżonej zawartości składników szkodliwych dla środowiska.

Powszechnie wytwarzane oleje napędowe stanowią mieszaninę komponentów węglowodorowych, pochodzących z przerobu ropy naftowej oraz dodatków uszlachetniających. Do najczęściej stosowanych dodatków należą dodatki detergencyjne, utrzymujące w czystości wtryskiwacze paliwa oraz dodatki przeciwkorozyjne. Ponadto w zestawie dodatków znajdować mogą się dodatki podwyższające liczbę cetanową, a w olejach napędowych o niskiej zawartości siarki obecne muszą być dodatki smarnościowe. Oleje napędowe przeznaczone do stosowania w zimie zawierać mogą dodatki depresacyjne.

Oleje napędowe, w których paliwo bazowe stanowią komponenty węglowodorowe, pochodzące z przerobu ropy naftowej, zawierają węglowodory aromatyczne, w tym policykliczne oraz organiczne związki siarki. Spalanie w silniku paliwa zawierającego obie wymienione grupy związków powoduje, że ze spalinami emitowane są do powietrza atmosferycznego nie spalone węglowodory aromatyczne, tlenki siarki oraz tzw. cząstki stałe, których składnikiem są również węglowodory aromatyczne. Węglowodory aromatyczne są związkami kancerogennymi, natomiast siarka emitowana w postaci tlenków powoduje wzrost ilości kwaśnych składników powietrza.

W celu poprawy składu spalin wymaga się od producentów olejów napędowych ograniczenia ilości węglowodorów aromatycznych, zwłaszcza policyklicznych oraz siarki. Niektóre z tych wymagań zawarte są w normach przedmiotowych, wprowadzanych do obowiązkowego stosowania. Obowiązująca aktualnie w Polsce PN-EN 590 z 1993 roku wprowadza ograniczenie zawartości siarki w oleju napędowym do 0,2%. W normie tej nie ma natomiast ograniczenia zawartości węglowodorów aromatycznych policyklicznych. Ograniczenia takie proponowane są natomiast przez producentów silników, którzy w Światowej Karcie Paliw z 1998 roku wprowadzili dla olejów napędowych kategorii 2 i 3 (paliwa ekologiczne) ograniczenie zawartości węglowodorów aromatycznych do 25% (kategoria 2) i 15% (kategoria 3) oraz węglowodorów policyklicznych do 5% (kategoria 2) i 2% (kategoria 3). Producenci silników dążą także do znacznego obniżenia ilości siarki w olejach napędowych, wymagając dla kategorii 2 maksimum 0,03% m/m, a dla kategorii 3 maksimum 0,003% m/m.

Niekorzystny wpływ na środowisko naturalne ma także stale rosnąca ilość odpadów z tworzyw sztucznych. Szczególnie ważne wydaje się poszukiwanie możliwości zagospodarowania odpadów z tworzyw poliolefinowych, zwłaszcza polietylenu i polipropylenu, których udział w odpadach komunalnych ocenia się obecnie na ponad 50%.

Znana jest możliwość otrzymania produktów węglowodorowych stosowanych do komponowania paliw płynnych w wyniku procesu termicznej degradacji odpadów z tworzyw sztucznych. Przykładowo piroliza poliolefin polega na rozłożeniu cząstek tych tworzyw na frakcje o mniejszym ciężarze cząsteczkowym, które można użyć ponownie jako surowce petrochemiczne, monomery lub paliwa. Jedna z metod otrzymywania paliw płynnych z odpadów poliolefinowych, polegająca na katalitycznej termodegradacji olefin, jest znana z opisu zgłoszeniowego WO 9601298. W opisie tym wskazuje się na możliwość wykorzystania produktów pirolizy tworzyw jako surowych komponentów paliw. Z polskiego opisu patentowego nr PL-149 887 znana jest metoda otrzymywania paliw płynnych z ataktycznego polipropylenu. Zgodnie ztą metodą ataktyczny polipropylen poddaje się termodegradacji w temperaturze od 160°C do 330°C, aż do całkowitego rozkładu. Proces może odbywać się z doprowadzeniem powietrza do układu. Produkt oddestylowuje się z parcjalnym odbiorem frakcji benzynowej wrzącej w przedziale temperatur 45-220°C i frakcji oleju napędowego wrzącej w zakresie temperatur 220-330°C.

Celem wynalazku było opracowanie oleju napędowego przeznaczonego do szybkoobrotowych silników wysokoprężnych o zmniejszonej zawartości siarki i węglowodorów aromatycznych policyklicznych. Celem wynalazku było także zagospodarowanie odpadowych tworzyw sztucznych.

Ekologiczny olej napędowy według wynalazku składa się z frakcji węglowodorowych, ewentualnie pochodzących z przerobu ropy naftowej i z zestawu dodatków uszlachetniających, takich jak dodatki podwyższające liczbę cetanową, zmniejszające zadymienie spalin, myjące, antykorozyjne, antyutleniające, deemulgujące, poprawiające właściwości smarne, w ilości od 10 do 500 ppm. Olej według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera od 2 do 100% masowych frakcji węglowodorowych pochodzących z rozkładu odpadowych tworzyw sztucznych poliolefinowych o liczbie cetanowej nie niższej niż 53, zawartości węglowodorów aromatycznych do 15% masowych, zawartości siarki od 0,005 do 0,05% masowych, temperaturze zablokowania zimnego filtra od minus 5 do minus 20°C

PL 191 381 B1 i składzie frakcyjnym takim, że do 250°C destyluje nie więcej niż 60%, do 350°C, destyluje nie mniej niż 80%, a do 370°C destyluje nie mniej niż 95%.

Olej według wynalazku korzystnie zawiera frakcje węglowodorowe otrzymane w wyniku procesu katalitycznej degradacji poliolefin przeprowadzonego z użyciem katalizatora z grupy glinokrzemianów.

Olej według wynalazku charakteryzuje się niską zawartością siarki, obniżoną zawartością węglowodorów aromatycznych i brakiem węglowodorów policyklicznych, przy dobrych właściwościach użytkowych. Z drugiej strony, rozwiązanie według wynalazku pozwala na racjonalne zagospodarowanie odpadów z tworzyw sztucznych, w tym zwłaszcza polietylenu i polipropylenu. Dzięki rozwiązaniu według wynalazku osiąga się więc podwójną korzyść z punktu widzenia ochrony środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

Przykład 1, porównawczy. Znany olej napędowy, skomponowany przy użyciu komponentów z przerobu ropy naftowej i pakietu dodatków uszlachetniających, zawierającego dodatki podwyższające liczbę cetanową dodatki myjące, zmniejszające zadymienie spalin, antykorozyjne, antyutleniające i deemulgujące, charakteryzuje się następującymi własnościami:

- liczba cetanowa: 51

- temperatura zablokowania zimnego filtra: -1°C

- skład frakcyjny: do 250°C destyluje 42% V/V, do 350°C destyluje 89% V/V, do 370°C destyluje 96% V/V;

- zawartość węglowodorów aromatycznych: 29% masowych - zawartość węglowodorów aromatycznych policyklicznych: 7% masowych - zawartość siarki: 0,15% masowych.

Olej napędowy o wymienionych wyżej własnościach został zbadany na stanowisku wyposażonym w wysokoprężny silnik Peugeot XUD 9 według procedury CEC PF-023 mającej na celu ocenę skłonności paliwa do nawarstwiania się osadów węglowych na rozpylaczach. Skłonność oleju napędowego do tworzenia osadów na rozpylaczach określa się na podstawie pomiaru przepływu powietrza przez rozpylacze przed i po wykonaniu badania. Jako wynik podaje się średnie procentowe zmniejszenie przepływu powietrza przez rozpylacze.

Uzyskano następujące rezultaty.

Wznios iglicy rozpylacza (mm)	Średni spadek przepływu przez rozpylacz (%)
1,00	2,0
0,10	68,5
0,20	62,6
0,30	54,6

Dokonano również pomiaru emisji związków toksycznych na skomputeryzowanym analizatorze spalin Multigas Analitical System Dual Purpose firmy Richard Olivier Ltd.

Pomiaru dokonano zgodnie z regulaminem 49ECE.

Uzyskano następujące rezultaty:

	Emisja jednostkowa (g/kW.h)
tlenek węgla	4,070
węglowodory	0,355
tlenki azotu NOx	7,780
cząstki stałe	0,642

PL 191 381 B1

Dokonano również pomiaru zadymienia spalin na skomputeryzowanym dynamometrze Elektra Control zgodnie z Regulaminem 24ECE.

Zadymienie spalin: 35%DH

P r z yk ł a d 2. Olej napędowy zawiera frakcję węglowodorową otrzymaną z katalitycznego przerobu odpadowych tworzyw poliolefinowych o następujących właściwościach:

- liczba cetanowa: 55

- temperatura zablokowania zimnego filtra: -10°C - skład frakcyjny: do 250°C destyluje 44% V/V, do 350°C destyluje 91% V/V, do 370°C destyluje 98% V/V;

- zawartość węglowodorów aromatycznych: 0% masowych - zawartość węglowodorów aromatycznych policyklicznych: 0% masowych - zawartość siarki: 0,05% masowych.

Do bazy olejowej dodano 100 ppm pakietu dodatków uszlachetniających zawierających dodatki myjące,zmniejszające zadymienie spalin, antykorozyjne, antyutleniające i deemulgujące.

Olej napędowy o wymienionych wyżej własnościach zbadano na stanowisku wyposażonym w silnik wysokoprężny Peugeot XUD 9 prowadząc test według procedury CEC PF-023.

Uzyskano następujące rezultaty.

Wznios iglicy rozpylacza (mm)	Średni spadek przepływu przez rozpylacz (%)
1,00	2,0
0,10	54,3
0,20	50,7
0,30	42,5

Dokonano również pomiaru emisji związków toksycznych na skomputeryzowanym analizatorze spalin Multigas Analitical System Dual Purpose firmy Richard Olivier Ltd.

Pomiaru dokonano zgodnie z regulaminem 49ECE.

Uzyskano następujące rezultaty:

	Emisja jednostkowa (g/kW.h)
tlenek węgla	3,950
węglowodory	0,315
tlenki azotu NOx	7,530
cząstki stałe	0,562

Dokonano również pomiaru zadymienia spalin na skomputeryzowanym dynamometrze Elektra Control zgodnie z Regulaminem 24ECE.

Zadymienie spalin według regulaminu 24ECE: 32%DH

Przykład 3.

Olej napędowy składa się z frakcji węglowodorowej zawierającej dwa składniki: frakcję węglowodorową otrzymaną z katalitycznego przerobu odpadowych tworzyw poliolefinowych w ilości 20% masowych i frakcję węglowodorową pochodzącą z przerobu ropy naftowej, o właściwościach jak w przykładzie 1, w ilości 80% masowych. Frakcja węglowodorowa otrzymana z przerobu poliolefin miała następujące właściwości:

- liczba cetanowa: 53

- temperatura zablokowania zimnego filtra: -10°C

PL 191 381 B1

- skład frakcyjny: do 250°C destyluje 44% V/V, do 350°C destyluje 91% V/V, do 370°C destyluje 98% V/V;

- zawartość węglowodorów aromatycznych: 0% masowych - zawartość węglowodorów aromatycznych policyklicznych: 0% masowych - zawartość siarki: 0,05% masowych.

Do tak przygotowanej bazy wprowadzono pakiet dodatków uszlachetniających poprawiających właściwości smarne, dodatki myjące, dodatki antykorozyjne i zmniejszające zadymienie spalin, w ilości 500 ppm. Otrzymano olej napędowy charakteryzujący się następującymi właściwościami:

- liczba cetanowa: 51

- temperatura zablokowania zimnego filtra: - 3°C

- skład frakcyjny: do 250°C destyluje 43% V/V, do 350°C destyluje 90% V/V, do 370°C destyluje 97% V/V

- zawartość węglowodorów aromatycznych: 23% masowych - zawartość węglowodorów aromatycznych policyklicznych: 5% masowych - zawartość siarki: 0,13% masowych

Olej napędowy o wymienionych wyżej własnościach zbadano na stanowisku wyposażonym w silnik wysokoprężny Peugeot XUD 9 prowadząc test według procedury CEC PF-023.

Uzyskano następujące rezultaty.

Wznios iglicy rozpylacza (mm)	Średni spadek przepływu przez rozpylacz (%)
1,00	2,0
0,10	58,2
0,20	55,4
0,30	48,1

Dokonano również pomiaru emisji związków toksycznych na skomputeryzowanym analizatorze spalin Multigas Analitical System Dual Purpose firmy Richard Olivier Ltd. Pomiaru dokonano zgodnie z regulaminem 49ECE.

Uzyskano następujące rezultaty:

	Emisja jednostkowa (g/kW.h)
tlenek węgla	3,670
węglowodory	0,282
tlenki azotu NOx	7,290
cząstki stałe	0,512

Dokonano również pomiaru zadymienia spalin na skomputeryzowanym dynamometrze Elektra Control zgodnie z Regulaminem 24ECE.

Zadymienie spalin według regulaminu 24ECE: 26%DH

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Olej napędowy składający się z frakcji węglowodorowych, ewentualnie pochodzących z przerobu ropy naftowej i z zestawu dodatków uszlachetniających, takich jak dodatki podwyższające liczbę cetanową zmniejszające zadymienie spalin, myjące, antykorozyjne, antyutleniające, deemulgujące, poprawiające właściwości smarne, w ilości od 10 do 500 ppm., znamienny tym, że zawiera od 2 do 100% masowych frakcji węglowodorowych pochodzących z rozkładu odpadowych tworzyw sztucznych poliolefinowych, o liczbie cetanowej nie niższej niż 53, zawartości węglowodorów aromatycznych do 15% masowych, zawartości siarki od 0,005 do 0,05% masowych, temperaturze zablokowania zimnego filtra od minus 5 do minus 20°C i składzie frakcyjnym takim, że do 250°C destyluje nie więcej niż 60%, do 350°C destyluje nie mniej niż 80%, a do 370°C destyluje nie mniej niż 95%.
2. 2. Olej według zastrz. 1, znamienny tym, że jako bazę olejową zawiera frakcje węglowodorowe otrzymane w wyniku procesu katalitycznej degradacji poliolefin przeprowadzonego z użyciem katalizatora z grupy glinokrzemianów.