Разработка технологического процесса получения многофункциональной присадки «КМ», улучшающей качество дизельных топлив до европейского уровня (стр. 1 )

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ «КМ», УЛУЧШАЮЩЕЙ КАЧЕСТВО ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ ДО ЕВРОПЕЙСКОГО УРОВНЯ

02.00.13 – Нефтехимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени » на кафедре физической и коллоидной химии.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

, доктор технических наук, профессор, Российский Государственный Университет нефти и газа имени

, кандидат технических наук, старший инженер, ИНТЕРНЕШНЛ»

Ведущая организация: НП»

Защита состоится “15“ мая 2012 года в 1500 час. в ауд. 541 на заседании диссертационного совета Д 212.200.04 при Российском Государственном Университете нефти и газа имени Москва, Ленинский проспект, корп.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Университета нефти и газа имени .

Автореферат разослан

“ 12 “ апреля 2012 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие машиностроительных отраслей промышленности, наблюдаемое в последние годы во всем мире, привело к стремительному увеличению парка автомобилей и других транспортных средств, для работы которых обычно используют моторные топлива: дизельные топлива (ДТ) или бензины. Однако, при этом, приобретает актуальность проблема экономии моторного топлива. Одним из экономически целесообразных способов решения этой проблемы является оснащение автомобилей дизельными двигателями, которые расходуют на 30 % меньше топлива, по сравнению с бензиновыми (карбюраторными). Важным преимуществом дизельных двигателей является и то, что они имеют более высокий КПД и обладают большей безопасностью. В качестве основного недостатка дизельных двигателей следует отметить большую металлоемкость, что пока препятствует их широкому использованию в легковых автомобилях. Однако, по существующим прогнозам, в последующие 20 лет соотношение объемов потребления бензинов и ДТ будет постоянно изменяться в сторону увеличения последних.

Базируясь на богатом потенциале энергоресурсов, Россия, будучи страной, занимающей значительную часть европейского материка, в настоящее время уделяет большое внимание повышению качества производимых на ее территории ДТ, с учетом современных требований, в том числе и европейских стандартов. Одним из перспективных способов повышения качества ДТ является введение в них присадок различного функционального назначения. В России, несмотря на многочисленные разработки присадок для ДТ, их промышленное производство в настоящее время, практически, отсутствует. В связи с этим, разработка и внедрение новых безотходных и экологически безопасных технологий для получения эффективных присадок, позволяющих улучшать качество ДТ одновременно по нескольким показателям, являются в настоящее время для России весьма актуальными.

Цель работы. Целью настоящей работы являлось исследование закономерностей получения многофункциональной присадки, улучшающей качество Российских ДТ до уровня европейских стандартов, и разработка безотходного, экологически безопасного технологического процесса ее получения.

Научная новизна. Впервые предложен способ получения композиционной многофункциональной присадки КМ для ДТ, предусматривающий использование в качестве исходных компонентов сополимеров этилена с пропиленом (ДЭП-М), алкиламина итаконовой кислоты (диспергатор «А»), этилгексилнитрата (ЭГН) и сложных эфиров карбоновых кислот (СМ-1). Предложенный способ обеспечивает образование однородной композиции, присадки КМ, которая позволяет повысить качество российских ДТ, марки «Л», ГОСТ 305-82, до европейского уровня. Присадка КМ является многофункциональной, так как она позволяет повысить качество ДТ, одновременно влияя на несколько его показателей. Присадка КМ в концентрации 0,05% масс понижает температуру застывания (tз) и предельную температуру фильтруемости (tф, CFPP) ДТ, проявляя свойство депрессора; увеличивает значение цетанового числа (ЦЧ) ДТ, повышая его способность к самовоспламенению и проявляя свойство промотора воспламенения; понижает скорректированный диаметр пятна износа малосернистых ДТ, улучшая их противоизносные свойства; обеспечивает седиментационную устойчивость ДТ при отрицательных температурах окружающей среды.

При исследовании механизма действия многофункциональной присадки КМ в ДТ было экспериментально доказано, что разработанная композиционная присадка КМ существенно понижает поверхностное натяжение топливной дисперсной системы (ТДС) и уменьшает средний размер частиц дисперсной фазы, что свидетельствует о повышении ее стабильности, ответственной за улучшение эксплуатационных свойств ТДС.

Практическое значение и реализация результатов работы. В результате проведенных исследований на основе отечественного сырья разработана новая композиционная многофункциональная присадка КМ, позволяющая при концентрации 0,05% масс в ДТ, марки «Л» ГОСТ 305-82:

- получить ДТ соответствующее требованиям европейского стандарта ЕН 590:2004 (ГОСТ Р ), предъявляемым к ДТ, сорта «F», с tф (CFPP), ниже минус 20°С, улучшая его низкотемпературные свойства и обеспечивая седиментационную устойчивость при отрицательных температурах;

- повысить ЦЧ ДТ до значений более 51 единицы, улучшая его способность к самовоспламенению;

- понизить значение скорректированного диаметра пятна износа малосернистого ДТ до 460 мкм и менее, улучшая его противоизносные свойства.

Разработан безотходный, экологически безопасный технологический процесс получения композиционной многофункциональной присадки КМ и принципиальная технологическая схема установки для ее получения. Выявлены оптимальная рецептура и режимы приготовления присадки, сохраняющей стабильность при длительном хранении. При производстве присадки КМ используют отечественное сырье и стандартное отечественное оборудование. Организовано опытно - промышленное производство присадки.

Проведенный комплекс лабораторных исследований, а также полученные положительные результаты подтвердили целесообразность использования разработанной присадки при производстве ДТ европейского уровня.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на 5 научно-технических и научно-практических конференциях:

- 7-ой Международной конференции «Химия нефти и газа» - Томск, 2009;

- Научно – технической конференции молодых специалистов - Рязань, 2010;

- Международной конференции “Управление и образование” - Бургас (Болгария), 2010;

- 5-ой Международной научно-технической конференции «Новые топлива с присадками» - С.-Петербург, 2008;

- 18 International Congress of Chemical and Process Ingineering - CHISA, 2008.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 3 научные статьи в журналах, включенных в Перечень ВАК, и 5 тезисов научных докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и 2 приложений.

Работа изложена на 102 страницах и содержит 32 таблицы, 16 рисунков и библиографию из 106 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, представлены ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе представлен анализ литературных данных по влиянию присадок различного функционального назначения на качество ДТ, рассмотрены механизм действия присадок в ДТ и технологические особенности их получения.

На основании обзора литературных данных сделан вывод о целесообразности разработки новых присадок, улучшающих свойства ДТ одновременно по нескольким показателям.

Во второй главе приведены характеристики объектов исследования: ЭГН, диспергатора «А», СМ-1, ДЭП-М и ДТ: ДТ №1, марки «Л», ГОСТ 305-82 и нестандартного ДТ №2 для получения ДТ европейского уровня, соответствующего ГОСТ Р .

Описаны методики: получения композиционной присадки, улучшающей способность ДТ к самовоспламенению, противоизносные и низкотемпературные свойства в лабораторных условиях; оценки низкотемпературных свойств ДТ; определения ЦЧ ДТ; седиментационной устойчивости ДТ; определения поверхностного натяжения на границе раздела: газ-жидкость; оценки противоизносных свойств ДТ и метод определения дисперсности нефтяных дисперсных систем .

В третьей главе приведены результаты исследования закономерностей получения композиционной многофункциональной присадки КМ, улучшающей показатели качества ДТ.

Сформулированы следующие требования, предъявляемые к присадке. Присадка должна:

- обеспечивать седиментационную устойчивость ДТ при отрицатель-ных температурах окружающей среды;

- уменьшать значение скорректированного диаметра пятна износа и, тем самым, улучшать противоизносные свойства ДТ, что особенно важно для малосернистых ДТ;

- понижать tф ДТ, улучшая низкотемпературные свойства ДТ;

- повышать значение ЦЧ ДТ и обладать свойством промотора воспламенения.

Кроме перечисленных требований, при разработке присадки необходимо было соблюдение следующих условий.

Во - первых, все компоненты, входящие в состав присадки, должны быть хорошо совместимыми друг с другом, то есть обладать взаимной растворимостью. Это позволит присадке сохранять свою устойчивость, то есть не расслаиваться при длительном хранении, в течение не менее одного года, при температуре окружающей среды, не ниже минус 1˚С.

Во – вторых, присадка должна полностью растворяться в ДТ при комнатной температуре (25˚С).

В – третьих, процесс получения присадки должен быть безотходным и экологически чистым, то есть в процессе ее получения должны отсутствовать вредные выбросы в атмосферу и сточные воды.

При исследовании зависимости показателей качества ДТ, содержащих присадку, от условий получения присадки было установлено, что оптимальной температурой приготовления композиционной присадки, содержащей все вышеперечисленные компоненты, является температура˚С, то есть такая минимальная температура, при которой была получена однородная присадка, которая при хранении ее в течение одного года при температуре, не ниже минус 1˚С, сохраняла свои свойства. Оптимальное время приготовления присадки – 1,0 - 1,5 часа.

Для выявления оптимального соотношения компонентов в присадке далее приведены результаты исследования влияния состава на показатели качества ДТ.

Для выявления оптимального состава композиционной присадки были приготовлены и исследованы четыре композиции (КМ-1; КМ-2, КМ-3; КМ-4), состав которых представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Состав исследованных композиций.

№ п. п.	Наименование композиционной присадки	ЭГН, % масс.	ДЭП-М + диспергатор «А», % масс.	СМ-1, % масс.
1.	КМ-1	25	35	40
2.	КМ-2	40	25	35
3.	КМ-3	35	40	25
4.	КМ-4	33,33	33,33	33,33

В качестве компонента, обеспечивающего разрабатываемой присадке свойства депрессора, был выбран ДЭП-М, низкомолекулярный сополимер этилена с пропиленом, а в качестве диспергирующего компонента – диспергатор «А».

В табл. 2 приведены низкотемпературные характеристики ДТ в зависимости от содержания в нем ДЭП-М + диспергатор «А».

Таблица 2.

Зависимость низкотемпературных характеристик ДТ №1 от содержания в нем компонентов ДЭП-М + диспергатор «А».

№ п. п.	Концентрация ДЭП-М + диспергатор «А» в ДТ, % масс.	tф, °С	tз, °С
1.	0,00	-9	-16
2.	0,05	-20	-31
3.	0,10	-23	-31

На рис. 1-4 приведены зависимости низкотемпературных характерис-тик ДТ, tз и tф, от состава композиционных присадок КМ-1, КМ-2, КМ-3, КМ-4 и содержания их в ДТ.

Рис. 1. Зависимость низкотемпературных характеристик ДТ от концентрации КМ-1.

Из результатов, представленных на рис. 1, следует, что исходное ДТ №1 без присадки соответствует сорту «С», для которого предусмотрено значение tф, не выше минус 5˚С, а ДТ №2 – сорту «Е», для которого tф должна быть, не выше минус 15˚С. При концентрации 0,05 % масс. композиция КМ-1 позволила на базе ДТ №1 получить ДТ, сорта «Е» с tф, ниже минус 15˚С. Для получения сорта «F» на основе ДТ №1 в него необходимо добавить 0,2% масс композиции КМ-1. В то же время, для того, чтобы получить из ДТ №2, сорта «Е», ДТ, сорта «F», в него потребуется ввести всего лишь 0,02% масс композиции КМ-1.

Рис. 2. Зависимость низкотемпературных характеристик ДТ от концентрации КМ-2.

Из результатов, представленных на рис. 2, следует, что композиция КМ-2 при концентрации ее в ДТ №1, равной 0,05% масс, позволила на базе ДТ, сорта «С», получить ДТ, сорта «D»; при концентрации 0,15% масс, получить ДТ, сорта «Е»; а при концентрации 0,2% масс, – получить ДТ, сорта «F».

Что касается ДТ №2, соответствующего ДТ, сорту «Е», то при введении в него композиции КМ-2 в концентрации, равной 0,05% масс, можно получить ДТ, соответствующее, согласно Европейской классификации, сорту «F» с tф, не выше минус 20˚С.

Рис. 3. Зависимость низкотемпературных характеристик ДТ от концентрации КМ-3.

Эффективность композиции КМ-3, в ДТ №1, практически, соответствует эффективности композиции КМ-2: при концентрациях КМ-3, равных 0,05% масс, 0,10% масс и 0,20% масс, можно получить ДТ, сортов «D», «Е» и «F», соответственно.

Добавление композиции КМ-3 в ДТ №2 в концентрации всего 0,01% масс дает возможность из ДТ сорта «Е» получить ДТ сорта «F».

Рис. 4. Зависимость низкотемпературных характеристик ДТ от концентрации КМ-4.

Композиция КМ-4 при добавлении ее в концентрациях 0,02%, 0,10% и 0,15% масс в ДТ №1 позволяет на базе ДТ, сорта «С», получить ДТ, сортов «D», «E» и «F», соответственно. Что касается ДТ №2, то на основе ДТ, сорта «Е», при концентрации КМ-4, равной 0,05% масс, можно получить ДТ, сорта «F», с существенным запасом по качеству, который составляет минус 11˚С.

Проанализировав полученные результаты, можно видеть, что для ДТ №1 оптимальной оказалась композиция КМ-1, а для ДТ №2 – КМ-3.

Оба топлива выдержали испытание на седиментационную устойчивость.

Противоизносные свойства малосернистых ДТ исследовали путем выявления зависимости скорректированного диаметра пятна износа ДТ от содержания в них композиций различного состава (табл. 3). Содержание сернистых соединений в ДТ №1 составляло 0,001% масс, а в ДТ №2 - 0,004% масс.

В табл. 3 представлена зависимость скорректированного диаметра пятна износа ДТ №1 от содержания в нем СМ-1.

Таблица 3.

Зависимость скорректированного диаметра пятна износа ДТ №1 от содержания СМ-1.

№ п. п.	Концентрация СМ-1 в ДТ, % масс.	Диаметр пятна износа, мкм
1.	0,000	629
2.	0,005	500
3.	0,010	451
4.	0,015	400
5.	0,020	390

Таблица 4.