ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА С ДЕПРЕССОРНЫМИ ПРИСАДКАМИ

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследована зависимость поверхностного натяжения дизельного топлива от содержания депрессорных добавок, разработанных в различных композициях. Поверхностное натяжение дизельного топлива определено простым и достаточно точным существующим известным методом. Наибольший эффект на снижение поверхностного натяжения дизельного топлива с депрессорно-диспергирующей добавкой оказала добавка ODP1 в концентрации 0,75%, ∆ σ, Дж/м2 составляет 13,13.

ABSTRACT

This paper investigates the risk of dependence on diesel fuel from the content of depressant contaminants developed in various compositions. The surface tension of diesel fuel is determined by the original and fairly accurate existing construction method. The greatest effect from the aggravation of the tension of diesel fuel with a depressant-dispersant additive of the use of ODP1 at a concentration of 0.75%, ∆ σ, J/m2 is 13.13.

Ключевые слова: дизельное топливо, депрессорная присадка, поверхностное натяжение, концентрация, поверхностно-активные вещества, газ-жидкость, стабилизирующий эффект.

Keywords: diesel fuel, depressant, surface tension, concentration, surfactants, gas-liquid, stabilizing effect.

Цель работы. Определить зависимость поверхностного натяжения от содержания в них депрессорно-диспергирующих присадок различного состава.

Введение. Несмотря на постоянную модернизацию и совершенствование нефтеперерабатывающих заводов, недостаток производственных мощностей для получения высококачественного низкозастывающего дизельного топлива сделал использование депрессорно-диспергирующих присадок одним из технически наиболее простых и экономически выгодных методов. Депрессорно-диспергирующие присадки – это специальные химические вещества, которые добавляются в базовые летние топлива для получения зимних сортов ДТ. Назначение присадок – снизить предельную температуру фильтруемости и температуру застывания ДТ в зимний период времени. Однако, поскольку дизельное топливо, получаемое на разных НПЗ, имеет различный углеводородный состав, выбор присадок для разных видов топлива осуществляется экспериментально, путем подбора депрессорно-диспергирующих присадок различного состава, до тех пор, пока не будет найден оптимальный состав для конкретного топлива.

В работе [1] показана возможность снижения температуры текучести дизельного топлива с помощью депрессорных присадок, синтезированных на основе вторичных полимерных отходов. Исследована зависимость эффективности депрессорных присадок от соотношения состава присадок. Показано, что введение депрессорных присадок, является наиболее эффективным способом снижения температуры застывания дизельного топлива. Исследование [2] показало, что депрессорные присадки в сочетании с низкозамерзающим реактивным топливом могут улучшить низкотемпературные свойства дизельного топлива летнего сорта.

Дизельное топливо (ДТ) представляет собой нефтяную дисперсную систему (НДС) [3], а используемые присадки обычно обладают свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ) [4]. К механизму действия присадок в нефтепродуктах можно подойти с классических позиций коллоидной химии [5]. ПАВ, благодаря своей особой структуре, могут адсорбироваться на границе раздела дисперсной системы полярной частью к полярной фазе и неполярной частью к неполярной фазе, поэтому присутствие ПАВ снижает поверхностное натяжение границы раздела, что приводит к повышению кинетической и агрегативной устойчивости дисперсной системы. В результате повышения стабильности топливной дисперсной системы уменьшается размер частиц дисперсной фазы (по сравнению с нефтепродуктом в присутствии присадок по сравнению с нефтепродуктом без присадок) [6].

Методы. Метод определения величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз газ-жидкость, т.е. измерение максимального давления пузырька, проходящего через капилляр в контакте с поверхностью жидкости, определялось известным методом на имеющемся у нас приборе [7]. Принципиальная схема аппарата, основанного на этом методе, показана на рисунке 1.

Рисунок 1.  Прибор для измерения поверхностного натяжения по методу максимального давления пузырька газа

Сначала наполняется пробирка 1 жидкостью для анализа. Стеклянная трубка 2 с капиллярным наконечником пропускается через пробку пробирки 1. С помощью водяного аспиратора 4 создаётся вакуум в емкости 1. Разрежение измеряется по разности уровней жидкости в жидкостном манометре 3, в качестве манометрической жидкости используется толуол. Прибор позволяет измерять поверхностное натяжение границы раздела фаз жидкость-газ с точностью 0,2-0,5%.

Поверхностное натяжение границы раздела жидкость-газ прямо пропорционально давлению, соответствующему медленному и устойчивому прохождению пузырьков газа (воздуха) через капиллярный наконечник. Глубина погружения капилляра устанавливается вертикальным перемещением капиллярной трубки. Равномерное проскакивание пузырьков воздуха достигается с помощью регулирования крана 7 скорости истечения воды из аспиратора 4.

Максимальное давление для проскакивания пузырьков зависит от радиуса капилляра. Чтобы не определять радиус капилляра, измерения проводят на стандартной (эталонной) жидкости, для которой известно точное значение поверхностного натяжения при температуре эксперимента.

Поверхностное натяжение σ испытуемого раствора рассчитывается по формуле:

где  i=1, 2,…n (i – номер исследуемого раствора);

Δh₀ – разность уровней толуола в коленах манометра для стандартной жидкости;

Δh_i – разность уровней толуола в коленах манометра для i-го исследуемого раствора.

Стандартной жидкостью является дистиллированная вода, точное поверхностное натяжение которой известно в широком диапазоне температур: для воды при 20°C σ₀ = 72,75 мДж/м2 (72,75 эрг/см2).

Поэтому задача сводится к определению показаний манометра (Δh0) стандартного раствора (дистиллированной воды) и исследуемого раствора (Δhi).

Результаты. В данном исследовании зависимость поверхностного натяжения от содержания в них депрессорно-диспергирующих присадок различного состава определялась по вышеуказанной методике [8]. Результаты исследований показаны в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость поверхностного натяжения ДТ (σ) от содержания в ней депрессорной присадки

По проведенным исследованием из таблицы 1 видно, что поверхностное натяжение дизельного топлива с депрессорно-диспергирующей добавкой начинает снижаться, по мере увеличения концентрации депрессорно-диспергирующей присадки; наибольший эффект на снижение поверхностного натяжения дизельного топлива с депрессорно-диспергирующей добавкой оказала добавка ODP1 в концентрации 0,75%, ∆ σ, Дж/м2 и составляет 13,13.

Максимальная эффективность ДТ – это когда поверхностное натяжение ДТ становится минимальным при добавлении определенного количества присадок.

Результаты эксперимента, приведенные в таблице 1, показывают, что развитые присадки более эффективны в снижении, т.е. стабилизации поверхностного натяжения дизельного топлива. Более того, минимальные значения поверхностного натяжения ДТ наблюдались при концентрациях присадок, при которых наблюдалась максимальная эффективность ДТ. При использовании присадки в высоких концентрациях поверхностное натяжение не снижается. Другими словами, увеличение концентрации выше оптимального значения не изменяет действие присадки.

Заключение. Поверхностное натяжение дизельного топлива снижается при добавлении депрессорных присадок и зависит от количества добавленной присадки.

Поэтому, контролируя поверхностное натяжение дизельного топлива без присадок и с различным количеством присадок, можно предсказать, при какой концентрации будет наблюдаться наилучший эффект в исследуемом дизельном топливе.

Список литературы:

1. Влияния депрессорной присадки на качественные показатели дизельного топлива // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Вафаев О.Ш. [и др.]. 2018. № 9 (54). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6357 (дата обращения: 16.06.2023).
2. Вафаев О.Ш., Таджиходжаев З.А., Джалилов А.Т. Влияние добавок на низкотемпературные свойства дизельного топлива // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 6 (63). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7529 (дата обращения: 16.06.2023).
3. Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные системы. М., Химия, 1990, 226 с.
4. Башкатова С.Т., Винокуров В.А., Вишнякова Т.П. – Физико – химические основы улучшения качества нефтей и нефтепродуктов с помощью полимерных присадок. М., ГАНГ им. И,М,Губкина, 1997, 84 с.
5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М., Химия, 1982, 400 с.
6. Башкатова С.Т., Винокуров В.А., Вишнякова Т.П. – Исследование влияния депрессоров различной природы на дисперсность топливных дисперсных систем. Сб. Тезисов докладов научно-технического семинара «Актуальные проблемы применения нефтепродуктов». М., 1998, с. 21-24.
7. В.А. Любименко, Д. Ю. Митюк, В. И. Фролов, В. А. Винокуров Практикум по курсу «Физическая и коллоидная химия»: учебное пособие. 3-е изд., перераб., испр. и доп.– М.: ФГУП «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2013. – 125 с.
8. Получение сложноэфирных депрессорных присадок для печных топлив на основе вторичного полиэтилентерефталата // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Вафаев О.Ш. [и др.]. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12391 (дата обращения: 16.06.2023).