Влияние добавок на низкотемпературные свойства дизельного топлива

АННОТАЦИЯ

Показана возможность улучшения низкотемпературных свойств  летних сортов дизельных топлив при помощи депрессорных присадок в сочетании с низкозастывающим топливом для реактивных двигателей.

ABSTRACT

An opportunity of improvement of low-temperature characteristics of summer kind of diesel fuel by means of depressor additivies in combination with low-coldest fuel for reaction enginesis presented.

Ключевые слова: депрессорная присадка, температура помутнения, температуры застывания, реактивное топливо, дизельная топлива, эффективность присадок.

Keywords: depressor additiv, cloud point, temperature of hardening, jet fuel, diesel fuel, efficiency of additives.

Введение. Применение летних сортов дизельных топлив при температурах ниже 0^оС вызывает значительные затруднения в связи с выпадением из топлива в процессе их использования криталлов высокоплавких углеводородов, что приводит к потере их подвижности и полному прекращению работы двигателя. В связи с этим разработка топлив с низкими температурами застывания является актуальной проблемой.

В летних сортах дизельного топлива содержится много углеводородов с высокой температурой плавления. Для всех классов углеводородов справедлива закономерность: с ростом молекулярной массы, а следовательно, и температуры кипения, повышается температура плавления углеводородов. Значительное влияние на температуру плавления оказывает строение углеводородов. Углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения, могут иметь значения температуры плавления в широких пределах. Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длиной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при более низких температурах (кроме бензола и n-ксилола) [1]. 

Существуют различные теории механизма застывания нефтепродуктов. В соответствии с одной из них считается, что при застывании либо образуется непрерывная пространственная сетка из кристаллов парафина в результате последовательного выделения из жидкой фазы твердых углеводородов с различной температурой кристаллизации, либо сверхмицеллярная структура [2]. По другим теориям застывание может происходить из-за образования в системе парафин – углеводороды структурного каркаса, который иммобилизуя жидкую фазу, препятствует ее движению, или связано с образованием сольватных оболочек жидкой фазы вокруг кристаллов парафина, которые значительно увеличивают их объем, повышают внутреннее трение всей системы и понижают ее текучесть [3].

Растворимость н-парафинов в углеводородах других классов зависит от температуры среды, ее природы и температуры кристаллизации самих н-парафинов. При низких температурах они ограниченно растворяются в других углеводородах. Температура помутнения зависит от растворимости в топливе парафинов. При этом инициаторами являются частички механических примесей, вода или пузырьки воздуха.

В состав дизельных топлив входят парафины с длиной цепи С₆ – С₂₇ для летних и с длиной цепи С₆ – С₁₉ для зимних сортов. Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние дизельные топлива можно получать облегчением фракционного состава, но при этом уменьшается отбор дизельного топлива от нефти с 42 до 30,5 % [4]. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее экономически целесообразным способом улучшения низкотемпературных свойств летних дизельных топлив является применение депрессорных присадок.

В ранних исследованиях нами была установлена зависимость температуры застывания дизельных топлив от природы и концентрации депрессора, от температуры процесса. При этом температура застывания топлив понижалась до минус 24 ^оС [5].

Часто на практике для улучшения низкотемпературных свойств в летнее дизельное топливо вводится низкозастывающее реактивное топливо ТС-1до

20 %. При этом не наблюдается отрицательного влияния полученной смеси на работу двигателя и его износ [6].

В настоящей исследованиях показана возможность улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив при помощи депрессоров в сочетании с низкозастывающим топливом для реактивных двигателей. Для этой цели мы готовили смесь летнего дизельного топлива с содержанием ТС-1 до

 20 % и присадок 0,1 % присадки Д_п1 и 0,43 % Д_п2. После чего определяли их температуру помутнения и застывания (рис. 1, 2).

Рисунок 1. Влияние концентрации ТС-1  на температуру помутнения топлива 

Как видно из рисунка 1 температура помутнения базового дизельного топлива составляет минус 10  ^оС, а топлива с содержанием 0,1 % Д_п1 и 0,43 % Д_п2 – минус 11 ^оС. При увеличении концентрации ТС-1 до 20 % их температура помутнения понизилась на 2 ^оС.

Рисунок 2. Влияние концентрации ТС-1  на температуру застывания топлива

Из рисунка 2 видно, что введение ТС-1 улучшает низкотемпературные свойства топлива. Так, температура застывания топлива с содержанием 20 % ТС-1 в присутствии присадок понижается до минус 30 ^оС.

При смешении дизельного топлива с ТС-1 изменение температуры застывания и помутнения не подчиняется правилу аддитивности, а смещается в сторону высокозастывающего компонента. Изменение температуры помутнения при смешении обуславливается растворимостью парафиновых углеводородов в смеси, а температуры застывания – их концентрацией. По мере разбавления высокозастывающего компонента низкозастывающим концентрация парафинов в смеси будет падать, и как следствие, разность между температурами помутнения и застывания увеличивается. Степень увеличения разности зависит от температуры плавления парафинов в их исходной концентрации. Чем меньше исходная концентрация парафинов и чем ниже их температура плавления, тем в большей мере увеличивается разность между температурами помутнения и застывания получаемой смеси [7].

Известно, что для понижения температуры застывания дизельных топлив при эксплуатации в зимнее время топлива смешивают с керосином в пределах до 50 % и более [8]. С экономической точки зрения это нецелесообразно и приводит к большому перерасходу ценного реактивного топлива. Проведенные нами исследования показали возможность получения зимнего дизельного топлива с температурой застывания минус 30 ^оС путем введения в летнее топливо 0,1 % депрессора и до 20 % ТС-1 и с температурой замерзания минус 25 ^оС использованием смеси дизельного топлива с 5 % ТС-1 и 0,05 % присадки Д_п3.

Учитывая климатические условия нашей республики нам представляется, что нет необходимости в получении топлив с температурой застывания минус 30 ^оС, тем более, что при этом потребуется расходование огромного количества топлива для реактивных двигателей. Поэтому мы считаем целесообразным для получения зимних сортов дизельных топлив использование 0,05 % депрессорной присадки Д_п3  в смеси с  5 % ТС-1.

Список литературы:
1. Гуреев А.А. и др. Топливо для дизелей. - М.: Химия. 1993. С. 193 – 194.
2. Энглин Б.А. Применение моторных топлив при низких температурах. М.: Химия. 1968. – 164 с.
3. Гурвич Л.Г. Научные основы переработки нефти. М.: Гостоптехиздат. 1940. – 544 с.
4. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. М.: Техинформ. 1999. - 88 с.
5. Карпушкин С.И., Джалилов А.Т., Барханаджян А.Л. Использование высокомолекулятных соединений в качестве депрессорных присадок.//Ж. химия и химическая технология. 2009. № 2 (24). С. 45 – 46.
6. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы. М.: Транспорт. 1986. – 72 с.
7. Энглин Б.А. Применение моторных топлив при низких температурах. М.: Химия. 1980. С. 70 – 71.
8. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости.М.: Химия. 1989. – 75 с.