Разработка технологического процесса получения многофункциональной присадки «КМ», улучшающей качество дизельных топлив до европейского уровня (стр. 2 )

Зависимость скорректированного диаметра пятна износа ДТ от содержания в них композиционных присадок КМ-1, КМ-2, КМ-3, КМ-4.

№ п. п.	Наименование присадки	Концентрация присадки в ДТ, % масс.	Скорректированный диаметр пятна износа ДТ, мкм
ДТ №1
1.	-	0,00	629
2.	КМ-1	0,05	443
3.	КМ-2	0,15	376
4.	КМ-3	0,10	346
5.	КМ-4	0,15	282
ДТ №2
6.	-	0,00	693
7.	КМ-1	0,10	424
8.	КМ-2	0,10	349
9.	КМ-3	0,05	456
10.	КМ-4	0,05	417

Из результатов, приведенных в табл. 4, следует, что все исследованные композиционные присадки позволили понизить значение диаметра пятна износа малосернистых ДТ до значений, предусмотренных стандартом (не более 460 мкм), и, таким образом, обеспечить топливам противоизносные свойства, соответствующие требованиям нового российского ГОСТ Р (ЕН 590:2004) «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия». Композиционная присадка КМ-4, по сравнению с присадками КМ-1, КМ-2 и КМ-3, дала возможность максимально понизить значение показателя «скорректированный диаметр пятна износа» для ДТ №1.

Оптимальным, на наш взгляд, является состав композиционной присадки КМ-1, так как она при минимальной концентрации, 0,05 % масс, в ДТ №1 позволила улучшить его качество до уровня, предусмотренного европейским стандартом EN 590:2004 и новым стандартом России ГОСТ Р , одновременно по нескольким показателям: понизить tз и tф, повысить ЦЧ и понизить скорректированный диаметр пятна износа.

В табл. 5 приведена зависимость ЦЧ ДТ №1 от содержания в нем ЭГН.

Таблица 5.

Зависимость ЦЧ ДТ №1 от содержания в нем ЭГН.

№ п. п.	Концентрация ЭГН в ДТ, % масс.	ЦЧ ДТ, ед.
1.	0,00	49
2.	0,10	50
3.	0,20	52
4.	0,30	54

В табл. 6 приведены результаты по влиянию концентрации разработанных композиционных присадок на ЦЧ ДТ.

Таблица 6.

Зависимость ЦЧ ДТ от содержания в них композиционных

присадок различного состава КМ-1, КМ-2, КМ-3 и КМ-4.

№ п. п.	Наименование присадки	Концентрация присадки в ДТ, % масс.	ЦЧ ДТ, ед.
ДТ №1
1.	-	0,00	49
2.	КМ-1	0,05	53
3.	КМ-2	0,15	54
4.	КМ-3	0,10	53,7
5.	КМ-4	0,15	53
ДТ №2
6.	-	0,00	48,3
7.	КМ-1	0,10	54
8.	КМ-2	0,10	55,5
9.	КМ-3	0,05	54
10.	КМ-4	0,05	56

Из результатов, представленных в табл. 6, следует, что все исследованные композиционные присадки КМ-1, КМ-2, КМ-3 и КМ-4 позволили получить ДТ, которые обеспечивали значение ЦЧ, соответствующее требованиям ГОСТ Р (ЕН 590:2004), не менее 51 ед. При этом, если композиционная присадка КМ-1, в которой содержание цетаноповышающего компонента ЭГН составляло 25%, при концентрации ее в ДТ, равной 0,05% масс, повышала ЦЧ ДТ №1 на 4 ед, то композиционная присадка КМ-3, в которой содержание ЭГН составляло 35%, при концентрации ее в ДТ, равной 0,1% масс, повышала его ЦЧ на 4,7 ед. Таким образом, для ДТ №1 оптимальной можно считать композиционную присадку КМ-1. Что касается ДТ №2, то, как следует из результатов, представленных в табл. 6, оптимальной для него является композиционная присадка КМ-4, которая позволила при концентрации 0,05% масс повысить ЦЧ ДТ №2 на 7,7 ед.

К исследованию механизма действия присадки КМ мы подошли, с позиций классической химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Понимая, что присадка КМ обладает свойством ПАВ, а ДТ можно рассматривать, как ТДС, мы предположили, что присадки-ПАВ будут стабилизировать ТДС. Для доказательства этого предположения была исследована зависимость поверхностного натяжения (σ) на границе раздела фаз ТДС от концентрации КМ. Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что присадка КМ с увеличением ее концентрации в ТДС понижает значение «σ», вплоть до достижения оптимальной концентрации, выше которой изменения значений «σ» не происходит.

Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 7 и на рис. 5.

Таблица 7.

Зависимость поверхностного натяжения ДТ (ТДС) (σ) от содержания (С) в нем присадки КМ, а также химической природы и концентрации компонентов, составляющих присадку КМ.

№ п. п.	Наименование компонента присадки или присадки	С, % масс.	σ, МДж/м2	∆σ, МДж/м2
1.	-	0,00	67,2	-
2.	КМ	0,05	50,3	16,9
3.	КМ	0,10	50,1	17,1
4.	КМ	0,20	50,1	17,1
5.	диспергатор «А»	0,05	60,4	6,8
6.	диспергатор «А»	0,10	60,0	7,2
7.	диспергатор «А»	0,20	60,0	7,2
8.	ЭГН	0,05	61,8	5,4
9.	ЭГН	0,10	60,0	7,2
10.	ЭГН	0,20	60,0	7,2
11.	ДЭП-М	0,05	62,5	4,7
12.	ДЭП-М	0,10	62,0	5,2
13.	ДЭП-М	0,20	62,0	5,2
14.	СМ-1	0,05	65,1	2,1
15.	СМ-1	0,10	64,8	2,4
16.	СМ-1	0,20	64,7	2,5

Рис. 5. Зависимость поверхностного натяжения ТДС от концентрации присадок.

Аналогичные зависимости были получены и для присадок монофункционального назначения, входящих в состав многофункциональной присадки КМ. При этом присадки монофункционального действия способствовали понижению значений «σ» в меньшей степени, по сравнению с КМ.

Таким образом, обобщая литературные данные, а также полученные в настоящей работе экспериментальные результаты, можно утверждать, что все присадки, независимо от их химической природы и функционального назначения, работают в ДТ по единому механизму, который связан с повышением стабильности ТДС в присутствии присадок. Чем большим стабилизирующим эффектом обладают присадки, тем более эффективно они работают в ДТ, улучшая его показатели качества.

Четвертая глава посвящена разработке технологического процесса получения композиционной, многофункциональной присадки КМ и организации ее производства.

Разработанная в настоящей работе композиционная многофункциональная присадка КМ для ДТ получается по периодическому процессу при оптимальных условиях. Под оптимальными условиями получения присадки КМ мы понимали такие условия (давление, время, температура, соотношение компонентов и их химическая природа), при которых полученная присадка проявляла максимальную эффективность в ДТ при ее минимальной концентрации. Было установлено, что такими условиями являлись следующие: давление – атмосферное, время – 1,0 - 1,5 часа, температура – 40-42˚С, соотношение компонентов: ДЭП-М : диспергатор «А» : ЭГН : СМ-1 : ДТ = 0,875 : 0,875 : 1,250 : 2,000 : 5,000. Получение присадки КМ в среде ДТ позволяло получить присадку сразу в виде готового 50%-ного концентрата в ДТ, что облегчало ее введение в ДТ. Была разработана принципиальная технологическая схема установки для получения присадки КМ. Для получения многофункциональной присадки КМ использовали отечественное стандартное оборудование и сырье.

На рис. 6 приведена принципиальная технологическая схема установки для производства присадки КМ. Присадку получают в реакторах Р-1 и Р-2, имеющих перемешивающее устройство и рубашку, обвязанную по схеме “пар-вода”. В реакторы Р-1 и Р-2 через мерник F-1 из обогреваемой емкости Е-1 насосом загружают ЭГН; из обогреваемой емкости Е-2 насосом через мерник F-2 – ДЭП-М с диспергатором «А»; из емкости Е-3 насосом через мерник F-3 – СМ-1; из емкости Е-4 насосом через мерник F-4 – ДТ. После загрузки компонентов включают перемешивающее устройство, в рубашку подают теплоноситель и начинают нагревание реакционной смеси до 40-42°С. При температуре в реакторе 40-42°С и постоянном перемешивании реакционную смесь выдерживают в течение 1,0 - 1,5 часов. По окончании процесса приготовления присадки КМ перемешивание выключают, а содержимое реакторов охлаждают путем подачи воды в рубашку. Затем присадку КМ выгружают в емкость Z-1, отбирают пробу для анализа и упаковывают в бочки.

 

В табл. 8 и на рис. 7 представлен материальный баланс процесса получения 1 тонны присадки КМ.

Таблица 8.

Материальный баланс получения 1 тонны композиционной многофункциональной присадки КМ.

№ п. п.	Загружено	Количество, кг	Получено	Количество, кг
1.	ЭГН	125
2.	Диспергатор «А»	87,5
3.	ДЭП-М	87,5
4.	СМ-1	200
5.	Среда, в которой приготовлена присадка: - ДТ	500	Композиционная многофункциональная присадка КМ: 50% концентрат в ДТ.
6.	Итого:	1000		1000

Из результатов, представленных в табл. 8 и рис. 6-7, следует, что разработанный процесс является безотходным и экологически чистым.

Разработанная в настоящей работе композиционная присадка КМ улучшает качество ДТ одновременно по нескольким показателям, что позволяет рассматривать ее как многофункциональную. Компоненты, входящие в состав присадки КМ, вместе со средой, в которой она приготовлена, ДТ, проявляют синергизм, обеспечивая ее высокую эффективность в ДТ.

 

Рис. 7. Материальный баланс получения 1 тонны композиционной многофункциональной присадки КМ.

В пятой главе приводится экономический анализ эффективности отечественной многофункциональной присадки КМ по сравнению с зарубежными присадками фирмы «Сlariant». Расчеты подтвердили экономическую целесообразность вовлечения присадки КМ в ДТ. Показано, что экономия от использования КМ при концентрации 0,05 % масс на каждую тонну ДТ составит 0,91 евро, при цене КМ, равной 1,48 евро/кг, в отличие от цены пакета присадок фирмы «Clariant», равной 3,32 евро/кг, а при производстве 100 000 тонн ДТ она составит 91 000 евро.

Многофункциональная присадка КМ не только стоит дешевле присадок фирмы «Clariant», но и ее концентрация в ДТ в 2 - 3 раза меньше. Кроме того, использование отечественной присадки исключает некоторые дополнительные затраты, в том числе, затраты на таможне при получении импортного груза.

Выводы.

1. Разработан безотходный, экологически безопасный технологический процесс получения композиционной многофункциональной присадки КМ, в виде 50% концентрата в ДТ, не имеющей аналогов.

2. Исследованы основные закономерности получения композиционной присадки КМ, и выявлены оптимальные условия ее получения.

3. Многофункциональная присадка КМ при концентрации 0,05-0,20% масс позволяет повысить качество российских ДТ ГОСТ 305-82 до уровня европейских ДТ, соответствующих требованиям европейского стандарта EN 590:2004.

4. При исследовании механизма действия присадки КМ в ДТ доказано, что многофункциональная присадка КМ уменьшает поверхностное натяжение и средний размер частиц ТДС, что свидетельствует о повышении устойчивости ТДС в ее присутствии. Полученные результаты позволяют рассматривать механизм действия присадки КМ в ДТ, по аналогии с механизмом действия ПАВ в классических дисперсных системах.

5. Выявлена корреляция между поверхностной активностью присадки, ее эффективностью и уменьшением среднего размера частиц ТДС.

6. Расчеты показали, что экономический эффект от использования многофункциональной присадки КМ в ДТ при концентрации 0,05 % масс составляет 0,91 евро на каждую тонну ДТ.

Публикации по теме диссертации

1. , , - Влияние поверхностной активности присадок на степень дисперсности и на эксплуатационные свойства топливной дисперсной системы. – Ж. «Химия и технология топлив и масел», 2008, №1, с.20-22;

2. , , - Зависимость эксплуатационных свойств топливной дисперсной системы от степени дисперсности и влияние на нее поверхностной активности присадок. - Сб. докладов 5 Международной научно-технической конференции «Новые топлива с присадками», С.-Петербург, 2008, с.142-145;

3. Zavarukhina Yu. B., Grishina I. N., Bashkatova S. T., Kolesnikov I. M. - Development of a range of the additives improving properties of Russian diesel fuels. - Trudy of 18 International Congress of Chemical and Process Ingineering, CHISA, 2008, p.243-246;

4. Zavarukhina Yu. B., Grishina I. N., Bashkatova S. T., Kolesnikov I. M. - Development of a variety of additives for diesel fuels. - Trudy of 18 International Congress of Chemical and Process Ingineering, CHISA, 2008, p.251-253;

5. , , - Многофункциональная присадка для дизельных топлив. - Сб. докладов VII Международной конференции «Химия нефти и газа», Томск, 2009, с. 27.

6. , Башкатова присадка КМ, позволяющая повысить качество российских дизельных топлив до европейского уровня. - Сб. докладов Международной конференции «Управление и образование», Бургас (Болгария), том 6(4), 2010, с.265-267.

7. , , - Межмолекулярные взаимодействия в топливной дисперсной системе и их вклад в механизм действия присадок в дизельных топливах. – Ж. «Нефтехимия», 2011, том 51, №5, с.369-375.

8. , - Композиционная многофункциональная присадка «КМ-1», повышающая качество Российских дизельных топлив до Европейского уровня. – Ж. «Технологии нефти и газа», 2012, №1, с. 30.