ПОЛУЧЕНИЕ ПРИСАДОК УЛУЧШАЮЩИХ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены результаты исследований, направленных на получение и изучение антиокислительных соединений, предназначенных для применения в качестве присадок к дизельным топливам. В условиях современного производства легких дистиллятных топлив наблюдается снижение их естественной устойчивости к окислению, что связано с глубокой гидроочисткой, удалением природных ингибиторов и увеличением доли вторичных компонентов, склонных к образованию осадков. В связи с этим возрастает необходимость разработки доступных и эффективных антиоксидантов на основе местного сырья. В рамках исследования были выделены нафтеновые кислоты из керосиновых и дизельных фракций методом защелачивания, после чего получены нафтенаты магния и меди путем ионного обмена. Синтезированные соединения вводились в базовое дизельное топливо в различных концентрациях, а их антиокислительная эффективность оценивалась по изменению ключевых физико-химических параметров при длительном хранении. Полученные результаты демонстрируют, что нафтенаты металлов обладают выраженными ингибирующими свойствами, при этом нафтенат магния показал наиболее стабильный эффект замедления окислительных процессов. Проведённые исследования подтверждают возможность использования данных соединений в качестве эффективных антиокислительных присадок, что позволяет улучшить стабильность дизельных топлив при хранении.

ABSTRACT

This study presents the results of research aimed at obtaining and evaluating antioxidant compounds intended for use as additives in diesel fuels. Modern production of light distillate fuels is characterized by a noticeable decrease in their inherent oxidative stability, which is largely associated with deep hydrotreating, removal of natural inhibitors, and the increasing incorporation of secondary refinery components prone to oxidation and sediment formation. Consequently, the development of accessible and efficient antioxidants based on locally available raw materials becomes an urgent task. In this work, naphthenic acids were extracted from kerosene and diesel fractions through alkalization, followed by the synthesis of magnesium and copper naphthenates via ion-exchange reactions. The synthesized compounds were introduced into base diesel fuel at various concentrations, and their antioxidant performance was assessed by monitoring changes in key physicochemical properties during long-term storage. The results demonstrate that metal naphthenates exhibit pronounced antioxidative behavior, with magnesium naphthenate showing the most stable inhibition of oxidative processes. The findings confirm the potential applicability of these compounds as effective antioxidant additives, contributing to enhanced storage stability of diesel fuels.

Ключевые слова: дизельное топливо, антиокислительные присадки, нафтенаты металлов, антиокислительные свойства дизельных топлив.

Keywords: diesel fuel, antioxidant additives, metal naphthenates, oxidative stability of diesel fuels.

Введение

Все возрастающие объемы гидрогенизационных процессов при производстве дизельных топлив с улучшенными экологическими характеристиками приводит к ухудшению антиокислительных свойств дизельных топлив [1, 2, 3]. Данное обстоятельство усугубляется все большим углублением процессов предварительной подготовки нефтяного сырья в условиях процесса электрообессоливания и обезвоживания, где также происходит удаление соединений, обладающих ингибирующими свойствами.

Наряду с этим, следует отметить тенденцию все большего вовлечения в состав дизельного топлива продуктов вторичного происхождения с повышенной склонностью к окислению и осадкообразованию. Например, практикуется вовлечение в качестве компонента товарного дизельного топлива легких фракций коксового производства. Поэтому решение вопросов поиска антиокислительных присадок и стабилизации дизельных топлив приобретает важное значение.

Эффективным приемом повышения термоокислительной способности топлив является введение антиокислительных присадок, среди которых наибольшее распространение получил ионол.

Однако, в республике отсутствует производство ионола и практика использования его в дизельном топливе.

Поэтому актуальной задачей являлось исследование по подбору антиоксидантов на основе доступного, местного сырья. Учитывая способность солей нафтеновых кислот повышать антиокислительные свойства топлив была изучена возможность получения нафтенатов на основе нафтеновых кислот, содержащихся в нефтях.

Материалы и методы исследования

Известно. что в низкомолекулярной части нефти присутствуют кислородсодержащие гетероатомные органические соединения, в основном нафтеновые кислоты, фенолы и др. [4, 5]. Основная часть кислых соединений нефтей имеет характер карбоновых кислот (нафтеновых), общей формулой С_nH_mCOOH. Они по химическим свойствам сходны с жирными карбоновыми кислотами и со щёлочами они образуют соли.

Эта реакция позволяет выделять нафтеновые кислоты из нефтяных фракций. Для получения нафтеновых кислот нами использованы фракции керосина и дизельного топлива, которые подвергались защелачиванию с получением нафтенатов по следующей схеме:

RCOOH + NaOH → RCOONa + H₂O,

где R – углеводородный радикал.

Затем, определяется титрованием концентрация нафтената натрия в щелочных отходах, нейтрализуется избыток щелочи соляной кислотой до рН = 8 и готовится расчетное количество 5-10% раствора сульфата магния и меди. Замена катиона натрия на магний и медь приводит к образованию нафтенатов магния и меди по следующим реакциям:

2RCOONa + Mg(OH)₂ → (RCOO)₂Mg + 2NaOH

2RCOONa + Cu(OH)₂ → (RCOO)₂Cu + 2NaOH

Полученные магниевые и медные соли нафтеновых кислот использованы в качестве антиоксидантов. Магниевая и медная соли нафтеновых кислот предварительно растворялись в базовом дизельном топливе, а затем вводились в товарное дизельное топливо.

Эффективность антиоксидантов оценивали методом фиксации времени образования осадков при хранении образцов дизельных топлив с присадками. Присадки добавляли в концентрациях (%мас.): 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1. Образцы дизельного топлива с присадками выдерживали от 1 до 6 месяцев, определение основных физико-химических показателей: плотности, вязкости, показателя преломления и осадкообразования проводили через каждые 10 дней.

Результаты и обсуждения

Результаты показали, что полученные нафтенаты проявляют антиокислительные способности, при этом сравнительно лучшей антиокислительной способностью обладает нафтенат магния. Полученные данные по определению контрольных физико-химических показателей дизельных топлив с добавлением нафтената магния приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Влияние нафтената магния на свойства дизельного топлива при хранении

Как видно из таблицы, при низких концентрациях осадкообразование наблюдается на 2 месяце хранения дизельного топлива, а при сравнительно больших концентрациях нафтената магния (0,01-0,1%мас.)  на третьем месяце наблюдения.

Заключение

Таким образом, на основании приведенных экспериментальных данных по изучению антиокислительных присадок на основе местных сырьевых ресурсов, выявлена возможность получения нафтенатов магния, обладающих удовлетворительными свойствами ингибировать окисление дизельных топлив при хранении и выдана рекомендация по их использованию для получения дизельного топлива с улучшенными антиокислительными свойствами.

Список литературы:

1. Виппер А.Б. Влияние качества топлива и масла на работу устройств по очистке выхлопных газов автомобильных дизелей // Химия и технология топлив и масел. - 2005. - № 3. - С. 33 - 34.
2. Otterholm В. Engine Oils for Euro 4 Engines and Beyond - Need for Low Sulphur, Phosphorus and Sulfated Ash. // 14-th International Colloquium Tribology "Tribology and Lubrication Engineering", Ostfildern, Germany,  January 13-15 - 2004. Technische Akademie Esslingen. - P. 37 - 43.
3. Zhang, H., Wang, S., & Liu, Y. (2021). Antioxidant additives for improving the oxidative stability of diesel fuels: A review. Fuel, 285, 119–131. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119131
4. Сергиенко С.Р. Неуглеводородные высокомолекулярные компоненты нефти / Нефтехимия. - 1977. - Т. 17, - №6. - С. 809 - 819.
5. Rana, M.S., Samano, V., Ancheyta, J., & Diaz, J.A.I. (2007). A review of recent advances on process technologies for upgrading of heavy oils and residues. Fuel, 86, 1216–1231. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.08.004