авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Теоретические и экспериментальные подходы к разработке технологии производства присадок, повышающих качество дизельных топлив

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГРИШИНА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРИСАДОК, ПОВЫШАЮЩИХ КАЧЕСТВО ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

05.17.07 – "Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина.

Научный консультант:

Доктор химических наук, профессор

Колесников Иван Михайлович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Туманян Борис Петрович

Доктор химических наук, профессор

Агаев Вячеслав Гамидович

Доктор химических наук, профессор

Твердохлебов Владимир Павлович

Ведущая организация: ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»

Защита состоится «__»________ 2010 г в ___ часов в аудитории № ______

на заседании диссертационного совета Д 212.200.04 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан «__»_______ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор, Р.З. Сафиева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дизельные топлива (ДТ) в России являются традиционными топливами для крупногабаритных грузовых автомобилей, пассажирских автобусов и всех конструкций, работающих на дизельных двигателях. Наблюдаемое во всем мире в последнее десятилетие углубление процессов переработки нефти и газового конденсата, связанное с вовлечением в их состав «тяжелых» фракций, привело к существенному ухудшению качества получаемых из них продуктов, в том числе и ДТ. В то же время, требования, предъявляемые сегодня в мире к качеству ДТ, достаточно высоки. Для нормирования показателей качества российских ДТ в соответствии с современными требованиями в России введен новый Технический Регламент "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту", утвержденный постановлением Правительства РФ от 27 февраля 2008 г. N 118 с изменениями от 25 сентября и 30 декабря 2008 г.

Требования, предъявляемые Техническим Регламентом к выпускаемым топливам, существенно отличается от действующего, вплоть до настоящего времени, ГОСТ 305-82 и по ассортименту ДТ, и по их качеству. Он предусматривает в период до 31 декабря 2011 года выпуск ДТ, содержание сернистых соединений в которых не превышает 350 мг/кг (класс 3), до 31 декабря 2014 года выпуск ДТ с содержанием сернистых соединений не превышающем 50 мг/кг (класс 4) и с 1 января 2015 года выпуск ДТ с содержанием сернистых соединений не более 10 мг/кг (класс 5). Выпуск ДТ с такими показателями, естественно, предполагает использование присадок различного функционального назначения, призванных повышать качество ДТ ГОСТ 305-82, влияя на такие показатели, как: цетановое число (ЦЧ), скорректированный диаметр пятна износа (СДПИ), температура застывания (tз) и предельная температура фильтруемости (tф) и улучшая тем самым способность к самовоспламенению, противоизносные, низкотемпературные и другие свойства ДТ.

Принимая во внимание тот факт, что промышленное производство отечественных присадок для ДТ пока развивается незначительными темпами, а требования к качеству ДТ постоянно возрастают, разработка подходов к созданию новых присадок, в том числе и многофункциональных, позволяющих повысить качество отечественных ДТ до европейского уровня, является своевременной и актуальной.

Цель работы разработка теоретических и экспериментальных подходов к разработке технологии производства присадок, повышающих качество выпускаемых в РФ дизельных топлив, за счет вовлечения в них присадок различного назначения, в том числе, многофункциональных.

Основные задачи:

  1. Изучить закономерности изменения цетанового числа дизельных топлив от концентрации в них цетаноповышающих присадок и сернистых соединений с созданием параметрических уравнений, описывающих их влияние на цетановое число, что позволяет их оптимизировать при добавлении к дизельным топливам.
  2. Исследовать закономерности влияния депрессорных присадок на понижение температур застывания, помутнения и фильтруемости дизельных топлив.
  3. Установить экспериментальные закономерности изменения дымности выхлопных газов (ДВГ) от концентрации и природы присадок в дизельном топливе.
  4. Исследовать зависимости противоизносных свойств дизельных топлив от концентрации присадок. Предложить параметрическое уравнение, в котором отражена природа присадки.
  5. На основе исследования свойств индивидуальных присадок разного назначения создать композиционную присадку, проявляющую синергизм действия в дизельном топливе. Изучить её эффективность, по сравнению с индивидуальными присадками.
  6. Предложить универсальное кинетическое уравнение растворения композиционной присадки, в котором природа присадки отражена в константе скорости процесса.
  7. Выявить закономерности накопления смол в дизельном топливе при его длительном хранении без присадки (до 100 месяцев), описать процесс, с помощью кинетического уравнения, которое позволит прогнозировать накопление смол в дизельном топливе.
  8. Предложить механизм действия присадок на эксплуатационные свойства дизельных топлив, который учитывает:

- химизм влияния присадок на цетановое число дизельных топлив в условиях горения дизельных топлив с созданием параметрических уравнений;

- влияние присадок на электропроводность дизельных топлив;

- кинетику межмолекулярных взаимодействий дизельного топлива с присадкой;

- поверхностное натяжение топливной дисперсной системы.

9. Установить эффект диспергирующего действия присадок на дисперсную фазу топливной дисперсной системы (ТДС), в которую входят, в том числе, и частицы парафиновых углеводородов, нормального строения.

10. Впервые методом квантовой химии в рамках программы молекулярной химии изучить взаимодействие присадки, типа алкиламина итаконовой кислоты, с дизельным топливом.

Научная новизна.

  1. Впервые изучены закономерности по изменению цетанового числа дизельных топлив от концентрации в них цетаноповышающих присадок и сернистых соединений с созданием параметрических уравнений, описывающих их влияние на цетановое число, что позволяет оптимизировать их применение в дизельных топливах. Концентрацию сернистых соединений предлагается рассчитывать по уравнению, связывающему концентрацию с плотностью.
  2. Исследование закономерностей влияния депрессорных присадок на понижение температур застывания, помутнения и фильтруемости дизельных топлив позволило установить их идентичное поведение – снижение по ниспадающим кривым. Зависимость температуры застывания дизельного топлива от концентрации присадок описывается линейно-степенным уравнением.
  3. Установлены экспериментальные закономерности изменения дымности выхлопных газов от концентрации и природы присадок. По максимуму снижения дымности выхлопных газов присадки располагаются в ряд, который отражает роль функциональной группы в молекулах присадок в механизме горения дизельных топлив с присадками.
  4. Впервые исследованы зависимости противоизносных свойств дизельных топлив от концентрации различных применяемых присадок при работе дизельного двигателя. Установлено, что эффективность противоизносной присадки СМ-1, разработанной в настоящей работе, зависит от температуры её синтеза.
    Создано параметрическое уравнение, в котором отражена природа присадки.
  5. На основе исследования свойств индивидуальных присадок разного назначения создана многофункциональная композиционная присадка, проявляющая синергизм действия в дизельных топливах. Установлено, что эффективность композиционной присадки существенно зависит от соотношения входящих в ее состав индивидуальных компонентов.
  6. Выявлено, что в присутствии композиционной присадки повышение цетанового числа дизельного топлива, понижение температур помутнения, застывания и фильтруемости, снижение диаметра пятна износа, увеличение толщины пленки дизельного топлива, более эффективно, по сравнению с действием индивидуальных присадок.
  7. Созданное кинетическое уравнение растворения композиционной присадки является универсальным, в котором природа присадки отражена в константе скорости процесса.
  8. Выявлена закономерность накопления смол в дизельном топливе при его длительном хранении без присадки (до 100 месяцев), создано кинетическое уравнение, которое позволяет прогнозировать накопление смол в дизельном топливе. Методом термодинамических функций создано параметрическое уравнение для определения количества воды, растворенной в дизельном топливе.
  9. Впервые предложен обобщенный механизм действия присадок в дизельных топливах, который учитывает:

- химизм влияния присадок на цетановое число дизельного топлива в условиях его горения с созданием параметрических уравнений;

- влияние присадок на электропроводность дизельного топлива;

- кинетику взаимодействия дизельного топлива с присадкой;

- поверхностное натяжение на границе раздела фаз топливной дисперсной системы.

  1. Впервые методом имидж-анализа доказано диспергирующее действие присадок на дисперсную фазу дизельного топлива, которая состоит, в том числе, и из частиц парафиновых углеводородов нормального строения.
  2. Впервые методом квантовой химии в рамках программы молекулярной химии изучено взаимодействие присадки, типа алкиламина итаконовой кислоты, с дизельным топливом. Установлено, что агрегат, состоящий из 10 молекул парафиновых углеводородов нормального строения, распадается на отдельные молекулы, что подтверждается данными имидж-анализа.

Практическая ценность.

  1. Разработаны новые депрессорно-диспергирующие присадки, позволяющие на базе дизельных топлив, марки «Л» ГОСТ 305-82, получать дизельные топлива, соответствующие сортам «Е» и «F», согласно ГОСТ Р 52368-2005, с предельной температурой фильтруемости, не выше минус 15С и минус 20С, соответственно, и обеспечивающие седиментационную устойчивость дизельных топлив при отрицательных температурах окружающей среды.
  2. Разработана новая противоизносная присадка СМ-1, позволяющая при концентрации 0,01-0,02% масс в дизельных топливах, содержащих < 0,02% масс. сернистых соединений, понизить значение показателя «скорректированный диаметр пятна износа» до 460 мкм и менее и таким образом, получить дизельные топлива, отвечающие по этому показателю требованиям Европейского Стандарта EN 590:2004.
  3. Разработана новая композиционная присадка «Европрис» (торговые марки «Миакрон-2000М» и «Миксент™-2000М»), которая, оказывая влияние одновременно на семь показателей качества российских дизельных топлив, позволила получить дизельные топлива европейского уровня, ЕВРО – 4,5.
  4. Впервые разработан безотходный, экологически безопасный технологический процесс производства многофункциональной присадки «Европрис» («Миакрон-2000М»/«Миксент™-2000М») для дизельных топлив, позволяющей получить дизельные топлива европейского качества, ЕВРО-4, и организовано опытно-промышленное производство присадки.
  5. Проведенные широкомасштабные испытания присадки «Европрис» («Миакрон-2000М»/«Миксент™-2000М») доказали, что она улучшает качество малосернистых дизельных топлив, одновременно влияя на следующие показатели: повышает цетановое число до значений, выше 51 ед.; понижает предельную температуру фильтруемости до значений, ниже минус 20С; понижает температуру помутнения зимних марок дизельных топлив на 5-7С; обеспечивает седиментационную устойчивость дизельных топлив при отрицательных температурах; снижает дымность вредных выбросов при работе дизелей на 55%; уменьшает значение скорректированного диаметра пятна износа дизельных топлив до значений, менее 460 мкм.
  6. Организовано серийное производство присадки «Европрис» («Миакрон-2000М» - ТУ 0257-003-76035768-2008 и «Миксент™-2000М» - ТУ 0257-004-76035768-2009), и она внедрена на промышленных предприятиях при производстве дизельных топлив европейского качества

Апробация работы.

Результаты работы были доложены на: III, IV, V Международных научно-практических конференциях «Новые топлива с присадками» (С.-Петербург, 2004, 2006, 2008 г.г.); 7-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2007); 18 International Congress of Chemical and Process Engineering (2008, Praha - CHISA-2008); IV Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (г. Москва, 2008); VII Международной конференции «Химия нефти и газа» (г. Томск, 2009).

Публикации.

По теме диссертации имеются 37 публикаций, в том числе, опубликованы: 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, изданная издательством «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 3 патента РФ, 2 учебных пособия и 19 докладов на научно-технических конференциях, в том числе и Международных, по проблемам развития нефтегазового комплекса России, переработки, нефтяных дисперсных систем, химии и технологии нефти и газа и разработки новых топлив с присадками.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 262 страницах, включает 52 таблицы, 43 рисунка. Библиографический список содержит 180 публикаций отечественных и зарубежных авторов.

Принятые сокращения.

Аi – молекулы реагирующих веществ, массовые доли веществ

Сi – концентрация веществ

D – коэффициент диффузии; размерность дипольных моментов, Дебай

е - заряд

G – энергия Гиббса

m - масса вещества

Н – энтальпия, теплота образования

Кр – константа равновесия

k – константа скорости

М – молекулярная масса

N0 – число Авогадро

n – число атомов в молекуле

R – универсальная газовая постоянная

r – радиус частицы

S – энтропия

Т – абсолютная температура, К

t – температура, С

V – объем, скорость

– константа, содержащая стехиометрические коэффициенты

– время

– поверхностное натяжение

– плотность

– дипольный момент

– молекулярная орбиталь определенной симметрии

– длина волны

– вязкость

– атомная орбиталь

– угол поворота

– волновая функция

– коэффициент

– диэлектрическая проницаемость

– частота колебаний, стехиометрические коэффициенты

g0, g – количество ДТ: до взаимодействия с присадкой, и вовлеченное в процесс взаимодействия с присадкой, соответственно.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено современное состояние проблем, связанных с производством и применением отечественных ДТ, а также с использование присадок различного функционального назначения для улучшения качества ДТ. Обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследования.

В первой главе проанализированы литературные данные и нормативные документы, регламентирующие значения показателей качества ДТ в России и в Странах Европейского содружества (ЕС). По результатам анализа, сделан вывод о том, что в настоящее время качество ДТ, российского производства, соответствующее ГОСТ 305-82, существенно уступает европейским ДТ, отвечающим требованиям EN 590:2004. Рассматривая повышение качества российских ДТ до европейского уровня, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним новым ГОСТ Р 52368-2005, аналога EN 590:2004, как одну из актуальных задач современной отечественной нефтепереработки, сформулированы современные требования, предъявляемые к современным ДТ.

Во второй главе проанализирован существующий в настоящее время ассортимент присадок для ДТ, а также способы их получения и применения. Особое внимание уделено присадкам, которые повышают ЦЧ (промоторы воспламенения) топлив; улучшают смазывающую способность малосернистых ДТ (противоизносные); снижают количество вредных выбросов, образующихся при работе дизеля (антидымные); улучшают низкотемпературные свойства топлив (депрессорные и депрессорно-диспергирующие). Кроме того, рассмотрены многофункциональные присадки, способные оказывать влияние на несколько показателей ДТ одновременно.

В главах три шесть приведены основные экспериментальные результаты.

В третьей главе представлены результаты исследования физико – химических закономерностей синтеза и применения различных присадок, улучшающих качество ДТ. На основании полученных результатов исследования разработаны новые присадки для ДТ:

  • промоторы воспламенения, повышающие ЦЧ ДТ;
  • депрессорно - диспергирующие, улучшающие низкотемпературные свойства и обеспечивающие седиментационную устойчивость топлив при отрицательных температурах;
  • антидымные, снижающие ДВГ при работе дизеля;
  • противоизносные, повышающие смазывающую способность малосернистых ДТ;
  • композиционные присадки, улучшающие качество ДТ, одновременно по нескольким показателям.

Особый акцент в настоящей работе сделан на депрессорно-диспергирующих присадках. Учитывая географическое положение России, большая часть территории которой расположена на Севере, депрессоры всегда пользовались большим спросом у российского потребителя, особенно в зимний период. Несмотря на то, что исследованиям, связанным с синтезом депрессорных присадок и их влиянием на низкотемпературные свойства ДТ (tф, tз, tп), посвящено достаточно большое число публикаций, тем не менее, традиционные депрессоры, будь то сополимеры этилена с винилацетатом (ЭВА), или сополимеры высших алкилметакрилатов с винилацетатом (АМА-ВА), не способны обеспечить седиментационную устойчивость ДТ и предотвратить их расслаивание при отрицательных температурах. В связи с этим, возникла необходимость использовать, наряду с депрессорами, еще и диспергирующие присадки, которые будут препятствовать осаждению кристаллизующихся из ДТ при низких температурах н-парафинов, сохраняя седиментационную устойчивость ДТ и предотвращая закупоривание пор фильтров топливной аппаратуры при работе дизеля.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.