ПОЛУЧЕНИЕ ПРИСАДОК, ПОВЫШАЮЩИХ ЦЕТАНОВОЕ ЧИСЛО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены Исследования влияние цетаноповышающих присадок 1-нитро-2-этилциклогексан (НЭЦГ), Kerobrizol EHN (производства фирмы Basf), Hitec 4103W (Afton Chemical Corporation), RV 100 (Total) на показатели качества дизельного топлива. Указаны методы исследования свойств присадок с улучшенными свойствами. Была выявлена натболее активная и стабильная присадка. Данные о проведенных исследованиях и показаниях были отмечены в представленных таблицаих и рисунках. Показано какая именно присадка используется для повышения цетанового числа. В результате исследований установлены величины повышения цетановых чисел при использовании указанных присадок. Показано, что с увеличением содержания исследованных присадок смазывающая способность топлива ухудшается.

ABSTRACT

This article discusses the study of the influence of cetane-increasing additives 1-nitro-2-ethylcyclohexane (NECH), Kerobrizol EHN (manufactured by Basf), Hitec 4103W (Afton Chemical Corporation), RV 100 (Total) on the quality indicators of diesel fuel. Methods for studying the properties of additives with improved properties are indicated. A more active and stable additive was identified. Data on the studies performed and indications were noted in the presented tables and figures. It is shown which additive is used to increase the cetane number. As a result of the research, the magnitude of the increase in cetane numbers when using these additives was established. It has been shown that with an increase in the content of the studied additives, the lubricity of the fuel deteriorates.

Ключевые слова: дизельное топливо; смазывающая способность; цетановое число; цетаноповышающие присадки.

Keywords: diesel fuel; cetane number; cetane enhancing additives; lubricity.

Введение. В настоящее время в мире большое внимание уделяется производству экологически чистого дизельного топлива. Цетановое число в дизельном топливе считается одним из важнейших показателей качества, а для двигателей нового поколения требуется, чтобы цетановое число было от 51 до 55 при производстве. Улучшение эксплуатационных характеристик дизельных топлив в настоящее время невозможно без высокоэффективных присадок. Для получения дизельного топлива, отвечающего требованиям стандарта Евро-5, важно синтезировать присадки, необходимые с целью снижения содержания ароматических и нафтеновых углеводородов, повышения содержания нормальных парафинов.  В мире ведутся исследовательские работы по синтезу присадок на основе сложных эфиров органических веществ для повышения цетанового числа дизельного топлива.

В связи с этим особое внимание уделяется изучению химического состава дизельных топлив, их физико-химических свойств; получению присадок, повышающих цетановое число, путем модификации их с помощью сложных эфиров; определению физико-химических, технологических, физико-механических свойств получаемых присадок повышающих цетановое число; разработке технологии синтеза присадок, повышающих цетановое число, для сезонных дизельных топлив. При переработке нефти в нашей республике также уделяется большое внимание локализации сырьевой базы, снижению количества высокомолекулярных парафинов в дизельном топливе и производству продуктов, направленных на синтез присадок к ним, достигаются определенные результаты. В новой стратегии, направленной на дальнейшее развитие Республики Узбекистан, определены такие важные задачи, как «внедрение рыночных механизмов с установлением гарантий социальной защиты в поставках природного газа путем ускорения трансформационных процессов в нефтегазовой отрасли». В последние годы наблюдается быстрый рост количества дизельных автомобилей и других транспортных средств. Это, прежде всего, две основные экологические проблемы: выбросы нефтеперерабатывающих заводов при производстве топлива; связанные с загрязнением биосферы отработанными газами. В некоторых странах доля автотранспорта в загрязнении воздуха составляет: во Франции- 32 %, в Англии-30 %, в США-60 %. Следует отметить, что для крупных городов и населенных пунктов эти показатели значительно выше, чем в среднем по стране (85-95 %). В связи с увеличением расхода дизельного топлива возрастает необходимость снижения их негативного воздействия на окружающую среду и улучшения их экологических показателей.

Методология исследований. Целью данного исследования является улучшение свойств дизельного топлива с применением присадок различного функционального назначения (депрессорных, смазочных, противодымных, повышающих цетановое число, антивозрастных, антиокислительных и др.). Свойства пакета присадок при выборе позволяют получить топливо с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами. При приготовлении пакетов присадок для дизельного топлива необходимо учитывать их совместимость, так как различные ПАВ могут отрицательно влиять на функциональные свойства друг друга, то есть оказывать антагонистическое действие. Сортировка присадок производится по принципу технического тендера. При этом используются лучшие разработки присадок последнего поколения таких как  (Kerobrizol EHN, Hitec 4103W, Total RV 100) ведущих зарубежных компаний, а также разработанные отечественные присадки. Такой подход позволяет выбрать наиболее эффективные присадки или оптимальный пакет присадок. Введение антивозрастной присадки улучшает смазочные свойства дизельного топлива, уменьшает влияние на трибологические свойства вязкости, углеводородного состава и содержания серы.                

Депрессорно-диспергирующая присадка улучшает низкотемператур-ные свойства средних дистиллятов, позволяет эффективно снижать предельную температуру фильтрации и температуру застывания дизельного топлива. Присадки, улучшающие цетановое число, предназначены для улучшения воспламеняемости дизельного топлива.

Изучено влияние присадок, повышающих цетановое число влияющих на основные показатели качества пробы дизельного топлива Керобризол EHN, (производства BASF), Хитек 4103W (Afton Chemical Corporation), RV 100 (Total).

Как известно, наиболее активной и стабильной присадкой в применении является Керобризол. Его активными компонентами являются 2-этилгексиловый эфир азотной кислоты. Рекомендуемое количество присадок составляет 200-2000 мг/кг и зависит от исходного цетанового количества (в топливе без присадок) и количества цетана (ЦЧ), которое необходимо достичь. Проведены исследования влияния на показатели качества дизельного топлива присадки 1-нитро-2-этилциклогексана (НЭЦГ), повышающей цетановое число, предусмотренной ГОСТ 305-82. Эта присадка была получена нитрованием циклогексана, выделенного из состава отходов комплекса «Шуртанский газохимический комплекс». Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние присадки NESG на показатели качества дизельного топлива

Из таблицы 1 видно, что в исследуемом диапазоне концентраций наблюдалось значительное повышение температуры ЦЧ с 51 до 53 единиц, кинематической вязкости, застывания и помутнения при введении присадки НЭЦГ в состав дизельного топлива.

С увеличением содержания серы и плотности присадки в дизельном топливе диаметр пятна эрозии (EДД) увеличился с 873 до 951 мкм (9%). В исследуемых показателях качества изменений не наблюдается , превышающих допустимые нормы ГОСТа в рассматриваемом диапазоне концентраций.

Зарубежная присадка Hitec 4103 W предназначена для увеличения цетанового числа дизельного топлива; рекомендуемое количество составляет 500-1000 частей на миллион. Исследование физико-химических свойств этой присадки показало, что было замечено, что значение показателей качества дизельного топлива, в состав которого входит присадка, незначительно увеличилось в его составе (таблица 2).

Таблица 2

Влияние присадки Hitec 4103 W на показатели качества дизельного топлива

Как видно из таблицы 2, при введении присадки Hitec 4103W в дизельное топливо в исследуемом диапазоне концентраций цетановое число возрастает с 51 до 55 единиц. Происходит значительное изменение кинематической вязкости, температуры затвердевания и диаметр пятна износа , содержание серы и плотность увеличиваются с увеличением количества присадок в дизельном топливе (ЕДД) от 838 до 910 мкм (на 8,6%).

В настоящее время в республике на комплексе «Шуртанский газохимический комплекс» полиэтилен получают в процессе полимеризации этилена в растворе циклогексанона с использованием катализаторов Циглера-Натта на основе новых современных технологий.

В настоящее время эти отходы утилизируются и используются для различных целей. Здесь полиэтилен синтезируется по anонно-координационному механизму в присутствии катализатора Циглера-Натта, при этом применяемая технология позволяет контролировать плотность полимера в широком диапазоне, полиэтилен высокой, средней и низкой плотности получают введением бутен-1 звена в основную полимерную цепь.

Поэтому выпускаемый в комплексе продукт представляет собой сополимер Бутена-1 с этиленом. В составе макромолекулы сополимера этилена, получаемой при низком давлении, наблюдается короткое разветвление боковой цепи, длина которой определяется количеством сополимеризуемого мономера (Бутен-1). Состав и физико-химическая характеристика отходов комплекса "Шуртанский газохимический комплекс" по результатам эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 3

Физико-химическая характеристика отходов комплекса “Шуртанский газохимический комплекс”

(низкомолекулярный полиэтилен высоковязкое топливо, смолистая жидкость, вязкость 40 SP сантипуз) .

Эта присадка была получена нитрованием циклогексана, выделенного из состава отходов с комплекса «Шуртанский газохимический комплекс». Схема реакции нитрования этилциклогексана: результаты исследования представлены в таблице 2 [7].

Для повышения цетанового числа дизельного топлива используется присадка Total RV100 для улучшения цетана, активным компонентом которой является 2-этилгексилнитрат. Рекомендуемая дозировка присадки-200-2000 мг/кг (табл.3). Как видно из таблицы 3, что при увеличении содержания присадки RV100 Total наблюдается небольшое увеличение кинематической вязкости, плотности и содержания серы. Температура размытия в исследуемом диапазоне концентраций практически не меняется. С увеличением количества присадки RV100 количество цетана увеличивается до 53 единиц. (С 2 баллами) при объемных присадках 0,5% диаметр износа пятна увеличивается с 860 до 935 мкм (на 15,0 %). Присадка RV100 не оказывает существенного влияния на качественные показатели в общем диапазоне исследуемых концентраций: кинематическую вязкость, температуру затвердевания и размытия, содержание и плотность серы.       

Таблица 4

Влияние присадки RV100 на показатели качества дизельного топлива

Зависимость цетанового числа пробы дизельного топлива от концентрации исследуемых присадок представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость концентрации присадок в дизельном топливе от цетанового числа

Как видно из рисунка 1, увеличение количества цетана наблюдалось при добавлении к образцу дизельного топлива присадок 1-нитро-2-этилциклогексана (НЭЦГ), Hitec 4103W, Total RV 100 Total RV100. Присадка НЕЦГ оказала наибольшее влияние на количество цетана, а Hitec 4103W-наименьшее. Проведены исследования влияния этих присадок на смазывающие свойства дизельных топлив. Смазывающие свойства топливных составов ГОСТ 9 90-75 «жидкие и пластмассовые смазочные материалы. Метод определения смазочных свойств в четырехшариковой машине (ТШМ).

Согласно этому методу, смазочными характеристиками для среднего дистиллированного топлива являются Эдд, сварочная нагрузка и критическая нагрузка. При исследовании смазки топливных составов были приняты следующие условия: приложенная нагрузка 100 Н, время испытания 60 мин, температура 20 °С. Критерием смазки является среднее значение диаметров точек смазки каждого из трех нижних шариков, расположенных в направлении и перпендикулярном направлению пятна износа, в электронном микроскопе с 25-кратным увеличением с точностью до 0,01 мм. Влияние концентрации присадок, повышающих цетановое число дизельного топлива, на износ пятно показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Влияние концентрации присадок, повышающих цетановое число дизельного топлива, на EДД

Как видно из рисунка 2, включение в состав дизельного топлива всех исследуемых присадок приводит к повышению ЕДД, то есть к ухудшению его смазывающей способности. Максимальное снижение ЕДД связано с введением в состав дизельного топлива присадки НЕЦГ (0,5% в объеме на 17,3 %). Присадка Hitec 4103W оказывает наименьшее негативное влияние на смазывающую способность (увеличение ЕДД на 12,2 % при объеме 0,5 %).

Заключение. Проведенные исследования показывают, что при использовании присадки 1-нитро-2-этилциклогексана (НЕЦГ) наблюдалось увеличение цетанового числа до более высокого значения (54,5) и минимальное снижение ЕДД (890 мм).

Список литературы:

1. Митусова Т. Н., Полина Е. В., Калинина М. В. Современные дизельные топлива и присадки к ним.– М.: Изд_во «Техника», 2002.– 64 с.
2. Morel F., Bonardot J., Benazzi E.// Нефтегазовые технологии.– 2010.– №3.– С. 80.
3. Митусова Т. Н., Сафонова Е. Е., Брагина Г. А., Бармина Л. В. // Нефтепереработка и нефтехимия.– 2006.– №1.– С. 13.
4. Рахимов М. Н., Баулин О. А. Учебно -_методическое пособие по определению смазывающей способности масел, смазок и среднедистиллятных топлив.– Уфа: Изд. ГОУ ВПО УГНТУ, 2008.– 18 с.
5. Данилов, А. М. Применение присадок в топливах для автомобилей: справ. изд. / А.М. Данилов. – Москва: Химия, 2000. – 232 с.
6. Данилов А. М. Присадки к топливам // Химия и технология топлив и масел. – 2007. – № 2. – С. 47–56.
7. Данилов, А. М. Присадки к топливам, используемые в России / А.М. Данилов // Мир нефтепродуктов – 2004. ‑ № 2. – С. 2-6.
8. Данилов, А. М. Разработка и применение присадок к топливам в 2006-2010 гг.: аналитический обзор / А.М. Данилов // Химия и технология топлив и масел: научно-технический журнал. – Москва, 2011. – № 6. – С. 41-45.
9. Дизельные топлива и присадки, допущенные к применению в 2001–2004 гг. / Т. М. Митусова, Е. Е. Сафонова, Г. А. Брагина, Л. В. Бармина // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2006. – № 1. – С. 12–19.   
10. Фозилов С.Ф. Полимер чиқиндилардан дизель ёқилғилари учун турғунлаштирувчи қўндирмалар олиш технологиясини яратиш. Автореф. доктор. дисс.  Ташкент-2017 г.68 бет.
11. Фозилов С.Ф., Мавлонов Ш.Б., Ишкобулова Ж.С. Получение высших жирных спиртов и их применение в депрессорных присадок используемых для нефтяных масел. Материалы республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования», посвященной году активных инвестиций и социального развития. Раздел 4, Нукус. 2019. 376-377.
12. Фозилов С.Ф., Ахмедова О.Б., Комилов М.З., Мавлонов Ш.Б., Ражабов С.Х., Турсунов А.С. Синтез и изучение высших жирных спиртов на основе промышленных отходов и их приминение для улучшения свойств дизельных топлив. «Universum: технические науки» электронный научный журнал.- г.Москва. 2020 г. №2 (71).
13. Электронный ресурс http://garsisoil.ru/fueladd_basf_kerehn.html.