Введение к работе
Актуальность темы. Дизельные топлива (ДТ) в России являются традиционными топливами для крупногабаритных грузовых автомобилей, пассажирских автобусов и всех конструкций, работающих на дизельных двигателях. Наблюдаемое во всем мире в последнее десятилетие углубление процессов переработки нефти и газового конденсата, связанное с вовлечением в их состав «тяжелых» фракций, привело к существенному ухудшению качества получаемых из них продуктов, в том числе и ДТ. В то же время, требования, предъявляемые сегодня в мире к качеству ДТ, достаточно высоки. Для нормирования показателей качества российских ДТ в соответствии с современными требованиями в России введен новый Технический Регламент "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту", утвержденный постановлением Правительства РФ от 27 февраля 2008 г. N 118 с изменениями от 25 сентября и 30 декабря 2008 г.
Требования, предъявляемые Техническим Регламентом к выпускаемым топливам, существенно отличается от действующего, вплоть до настоящего времени, ГОСТ 305-82 и по ассортименту ДТ, и по их качеству. Он предусматривает в период до 31 декабря 2011 года выпуск ДТ, содержание сернистых соединений в которых не превышает 350 мг/кг (класс 3), до 31 декабря 2014 года выпуск ДТ с содержанием сернистых соединений не превышающем 50 мг/кг (класс 4) и с 1 января 2015 года выпуск ДТ с содержанием сернистых соединений не более 10 мг/кг (класс 5). Выпуск ДТ с такими показателями, естественно, предполагает использование присадок различного функционального назначения, призванных повышать качество ДТ ГОСТ 305-82, влияя на такие показатели, как: цетановое число (ЦЧ), скорректированный диаметр пятна износа (СДПИ), температура застывания (tз) и предельная температура фильтруемости (tф) и улучшая тем самым способность к самовоспламенению, противоизносные, низкотемпературные и другие свойства ДТ.
Принимая во внимание тот факт, что промышленное производство отечественных присадок для ДТ пока развивается незначительными темпами, а требования к качеству ДТ постоянно возрастают, разработка подходов к созданию новых присадок, в том числе и многофункциональных, позволяющих повысить качество отечественных ДТ до европейского уровня, является своевременной и актуальной.
Цель работы – разработка теоретических и экспериментальных подходов к разработке технологии производства присадок, повышающих качество выпускаемых в РФ дизельных топлив, за счет вовлечения в них присадок различного назначения, в том числе, многофункциональных.
Основные задачи:
-
Изучить закономерности изменения цетанового числа дизельных топлив от концентрации в них цетаноповышающих присадок и сернистых соединений с созданием параметрических уравнений, описывающих их влияние на цетановое число, что позволяет их оптимизировать при добавлении к дизельным топливам.
-
Исследовать закономерности влияния депрессорных присадок на понижение температур застывания, помутнения и фильтруемости дизельных топлив.
-
Установить экспериментальные закономерности изменения дымности выхлопных газов (ДВГ) от концентрации и природы присадок в дизельном топливе.
-
Исследовать зависимости противоизносных свойств дизельных топлив от концентрации присадок. Предложить параметрическое уравнение, в котором отражена природа присадки.
-
На основе исследования свойств индивидуальных присадок разного назначения создать композиционную присадку, проявляющую синергизм действия в дизельном топливе. Изучить её эффективность, по сравнению с индивидуальными присадками.
-
Предложить универсальное кинетическое уравнение растворения композиционной присадки, в котором природа присадки отражена в константе скорости процесса.
-
Выявить закономерности накопления смол в дизельном топливе при его длительном хранении без присадки (до 100 месяцев), описать процесс, с помощью кинетического уравнения, которое позволит прогнозировать накопление смол в дизельном топливе.
-
Предложить механизм действия присадок на эксплуатационные свойства дизельных топлив, который учитывает:
- химизм влияния присадок на цетановое число дизельных топлив в условиях горения дизельных топлив с созданием параметрических уравнений;
- влияние присадок на электропроводность дизельных топлив;
- кинетику межмолекулярных взаимодействий дизельного топлива с присадкой;
- поверхностное натяжение топливной дисперсной системы.
9. Установить эффект диспергирующего действия присадок на дисперсную фазу топливной дисперсной системы (ТДС), в которую входят, в том числе, и частицы парафиновых углеводородов, нормального строения.
10. Впервые методом квантовой химии в рамках программы молекулярной химии изучить взаимодействие присадки, типа алкиламина итаконовой кислоты, с дизельным топливом.
Научная новизна.
-
Впервые изучены закономерности по изменению цетанового числа дизельных топлив от концентрации в них цетаноповышающих присадок и сернистых соединений с созданием параметрических уравнений, описывающих их влияние на цетановое число, что позволяет оптимизировать их применение в дизельных топливах. Концентрацию сернистых соединений предлагается рассчитывать по уравнению, связывающему концентрацию с плотностью.
-
Исследование закономерностей влияния депрессорных присадок на понижение температур застывания, помутнения и фильтруемости дизельных топлив позволило установить их идентичное поведение – снижение по ниспадающим кривым. Зависимость температуры застывания дизельного топлива от концентрации присадок описывается линейно-степенным уравнением.
-
Установлены экспериментальные закономерности изменения дымности выхлопных газов от концентрации и природы присадок. По максимуму снижения дымности выхлопных газов присадки располагаются в ряд, который отражает роль функциональной группы в молекулах присадок в механизме горения дизельных топлив с присадками.
-
Впервые исследованы зависимости противоизносных свойств дизельных топлив от концентрации различных применяемых присадок при работе дизельного двигателя. Установлено, что эффективность противоизносной присадки СМ-1, разработанной в настоящей работе, зависит от температуры её синтеза. Создано параметрическое уравнение, в котором отражена природа присадки.
-
На основе исследования свойств индивидуальных присадок разного назначения создана многофункциональная композиционная присадка, проявляющая синергизм действия в дизельных топливах. Установлено, что эффективность композиционной присадки существенно зависит от соотношения входящих в ее состав индивидуальных компонентов .
-
Выявлено, что в присутствии композиционной присадки повышение цетанового числа дизельного топлива, понижение температур помутнения, застывания и фильтруемости, снижение диаметра пятна износа, увеличение толщины пленки дизельного топлива, более эффективно, по сравнению с действием индивидуальных присадок.
-
Созданное кинетическое уравнение растворения композиционной присадки является универсальным, в котором природа присадки отражена в константе скорости процесса.
-
Выявлена закономерность накопления смол в дизельном топливе при его длительном хранении без присадки (до 100 месяцев), создано кинетическое уравнение, которое позволяет прогнозировать накопление смол в дизельном топливе. Методом термодинамических функций создано параметрическое уравнение для определения количества воды, растворенной в дизельном топливе.
-
Впервые предложен обобщенный механизм действия присадок в дизельных топливах, который учитывает:
- химизм влияния присадок на цетановое число дизельного топлива в условиях его горения с созданием параметрических уравнений;
- влияние присадок на электропроводность дизельного топлива;
- кинетику взаимодействия дизельного топлива с присадкой;
- поверхностное натяжение на границе раздела фаз топливной дисперсной системы.
-
Впервые методом имидж-анализа доказано диспергирующее действие присадок на дисперсную фазу дизельного топлива, которая состоит, в том числе, и из частиц парафиновых углеводородов нормального строения.
-
Впервые методом квантовой химии в рамках программы молекулярной химии изучено взаимодействие присадки, типа алкиламина итаконовой кислоты, с дизельным топливом. Установлено, что агрегат, состоящий из 10 молекул парафиновых углеводородов нормального строения, распадается на отдельные молекулы, что подтверждается данными имидж-анализа.
Практическая ценность.
-
Разработаны новые депрессорно-диспергирующие присадки, позволяющие на базе дизельных топлив, марки «Л» ГОСТ 305-82, получать дизельные топлива, соответствующие сортам «Е» и «F», согласно ГОСТ Р 52368-2005, с предельной температурой фильтруемости, не выше минус 15С и минус 20С, соответственно, и обеспечивающие седиментационную устойчивость дизельных топлив при отрицательных температурах окружающей среды.
-
Разработана новая противоизносная присадка СМ-1, позволяющая при концентрации 0,01-0,02% масс в дизельных топливах, содержащих < 0,02% масс. сернистых соединений, понизить значение показателя «скорректированный диаметр пятна износа» до 460 мкм и менее и таким образом, получить дизельные топлива, отвечающие по этому показателю требованиям Европейского Стандарта EN 590:2004.
-
Разработана новая композиционная присадка «Европрис» (торговые марки «Миакрон-2000М» и «Миксент-2000М»), которая, оказывая влияние одновременно на семь показателей качества российских дизельных топлив, позволила получить дизельные топлива европейского уровня, ЕВРО – 4,5.
-
Впервые разработан безотходный, экологически безопасный технологический процесс производства многофункциональной присадки «Европрис» («Миакрон-2000М»/«Миксент-2000М») для дизельных топлив, позволяющей получить дизельные топлива европейского качества, ЕВРО-4, и организовано опытно-промышленное производство присадки.
-
Проведенные широкомасштабные испытания присадки «Европрис» («Миакрон-2000М»/«Миксент-2000М») доказали, что она улучшает качество малосернистых дизельных топлив, одновременно влияя на следующие показатели: повышает цетановое число до значений, выше 51 ед.; понижает предельную температуру фильтруемости до значений, ниже минус 20С; понижает температуру помутнения зимних марок дизельных топлив на 5-7С; обеспечивает седиментационную устойчивость дизельных топлив при отрицательных температурах; снижает дымность вредных выбросов при работе дизелей на 55%; уменьшает значение скорректированного диаметра пятна износа дизельных топлив до значений, менее 460 мкм.
-
Организовано серийное производство присадки «Европрис» («Миакрон-2000М» - ТУ 0257-003-76035768-2008 и «Миксент-2000М» - ТУ 0257-004-76035768-2009), и она внедрена на промышленных предприятиях при производстве дизельных топлив европейского качества
Апробация работы.
Результаты работы были доложены на: III, IV, V Международных научно-практических конференциях «Новые топлива с присадками» (С.-Петербург, 2004, 2006, 2008 г.г.); 7-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2007); 18 International Congress of Chemical and Process Engineering (2008, Praha - CHISA-2008); IV Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (г. Москва, 2008); VII Международной конференции «Химия нефти и газа» (г. Томск, 2009).
Публикации.
По теме диссертации имеются 37 публикаций, в том числе, опубликованы: 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, изданная издательством «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 3 патента РФ, 2 учебных пособия и 19 докладов на научно-технических конференциях, в том числе и Международных, по проблемам развития нефтегазового комплекса России, переработки, нефтяных дисперсных систем, химии и технологии нефти и газа и разработки новых топлив с присадками.
Объем и структура работы.
