Разработка состава многофункционального пакета присадок для малосернистых дизельных топлив

В настоящее время НПЗ России переходят к выпуску малосернистых дизельных топлив. Наряду со снижением содержания серы в дизельном топливе снижается токсичность отработанных газов, но в то же время это приводит к ряду проблем, в частности выходу из строя ТНВД из – за снижения противоизносных, защитных свойств дизельных топлив.

Наиболее эффективным способом получения высококачественных малосернистых дизельных топлив возможно за счет ведения присадок различного функционального назначения, таких как депрессорные, диспергирующие, противоизносные и промоторы воспламенения.

Анализ рынка присадок к дизельным топливам показывает, что подавляющее их большинство представлено иностранными компаниями, что неприемлемо для обеспечения потребностей силовых ведомств, в связи с чем важной задачей является разработка многофункционального пакета присадок, улучшающего противоизносные, защитные и антиокислительные свойства, обеспеченной отечественной сырьевой и производственной базой.

На основании результатов проведенного исследования по влиянию состава дизельного топлива на противоизносные свойства установлено, что одним из наиболее эффективных способов улучшения противоизносных, защитных и антиокислительных свойств дизельных топлив является вовлечение в их состав специальных присадок.

Была исследована присадка КАП – 25, применяемая в настоящее время в качестве защитной в гидравлических маслах АУП, МГЕ – 10А и консервационном масле для стрелкового вооружения КРМ.

Присадка КАП – 25 является производной алкенилянтарных кислот, которые получают алкилированием малеинового ангедрида тетрамером пропилена.

Присадка КАП – 25 представляет собой вязкую малоподвижную прозрачную массу от желтого до светло – коричневого цвета. Поскольку молекулярная масса углеводородной части молекулы присадки велика, она нерастворима в воде.

Высокая эффективность действия присадки КАП – 25 определяется полярностью молекулы алкенилянтарной кислоты и наличием двух активных групп COOH, что определяет ее способность адсорбироваться на поверхности металла и вытеснять воду за счет более высокой (74 кДж/моль), чем у воды (50 кДж/моль) энергией адсорбции. Хорошая растворимость в топливе обеспечивается наличием углеводородного радикала с длинной цепи C₁₂ – C₁₅.

Молекулы алкенилянтарной кислоты, адсорбируясь на поверхность металла, образуют прочную пленку, которая сглаживает неровности трущихся поверхностей, увеличивая площадь их контакта, снижая контактные нагрузки и, как следствие, износ металла.

Результаты оценки противоизносных свойств дизельных топлив с присадкой КАП – 25 на топливах с различным содержанием серы показали, что при добавлении в топлива с содержанием серы от 3 до 270 ppm средними значениями количественного улучшения противоизносных свойств дизельных топлив (снижения Д.п.и) для различных концентраций присадки КАП – 25 являются данные, приведённые в таблице 1.

Известно, что средним диапазоном значений Д.п.и. гидроочищенных топлив без присадок является 500 – 620 мкм. Исходя из этого, необходимое улучшение противоизносных свойств дизельных топлив до соответствующих требований составляет 40 – 160 мкм.

Таблица 1

Показатели противоизносных свойств дизельных топлив
в зависимости от концентрации КАП - 25

Результаты экспериментальных исследований позволили установить, что оптимальной концентрацией присадки КАП-25 в малосернистых дизельных топливах для улучшения их противоизносных свойств, учитывая возможный антагонизм с присадками другого функционального действия, с учетом экономической составляющей является её содержание 0,01 – 0,02 %.

Топлива с присадкой КАП – 25 обладают высокими противоизносными свойствами не уступающими применяющимся в настоящее время зарубежным аналогам.

В целях улучшения антиокислительных свойств малосернистых дизельных топлив предложено использовать присадку Агидол – 1, вырабатываемую в промышленных масштабах.

В целях исследования данной присадки в качестве антиокислительной, исследованы образцы дизельного топлива с содержанием серы 270 ppm с различными концентрациями антиокислителя и присадки КАП-25 (таблица 2).

Таблица 2

Состав образцов дизельного топлива

Результаты оценки антиокислительных свойств дизельных топлив, содержащих 270 ppm серы, с композицией присадок КАП – 25 и Агидол – 1 до и после окисления представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты оценки антиокислительных свойств образцов дизельного топлива
до и после окисления

Из анализов результатов, приведенных в таблице 3, следует, что при вовлечении присадок КАП – 25 и Агидол – 1 в малосернистые дизельные топлива происходит значительное улучшение их антиокислительных свойств.

В целях установления уровня защитных свойств товарных дизельных топлив, проведены экспериментальные исследования образцов дизельного топлива без присадок с различным содержанием серы, вырабатываемых отечественными нефтеперерабатывающими заводами, которые показали, что коррозионные потери металла при снижении содержания серы в диапазоне от 2000 до 3 ppm увеличиваются в 1,7 раза, при этом наиболее заметное увеличение коррозии отмечается в образцах топлив с содержанием серы менее 500 ppm.

Результаты оценки защитных свойств топливных композиций дизельных топлив с различными концентрациями присадок представлены на рисунке 1. Из полученных результатов следует, что при вовлечении присадки КАП – 25 в дизельное топливо происходит снижение коррозии металла, особенно при концентрациях 0,02 % масс, что обуславливает ее высокую защитную эффективность. При этом необходимо отметить, что топливо с содержанием присадки КАП–25 – 0,02% масс по защитным свойствам соответствует дизельным топливам с содержанием серы 2000 ppm.

Рис. 1. Коррозионные потери металла в зависимости от концентрации присадок
КАП – 25 и Агидол – 1 в дизельном топливе

Для обоснования оптимального состава пакета присадок к малосернистым дизельным топливам, были исследованы образцы композиций присадок на предмет улучшения противоизносных свойств дизельных топлив. Результаты оценки противоизносных свойств дизельных топлив представлены в таблице 4, из которых следует, что все исследованные композиции присадок уменьшают диаметр пятна износа на 125 – 184 мкм. Наиболее эффективной по улучшению противоизносных свойств оказалась композиция № 10.

Таблица 4

Состав образцов дизельного топлива с 270 ppm серы с присадками
и оценка влияния на противоизносные свойства

На основании результатов проведенного экспериментального исследования предложен многофункциональный пакет присадок для малосернистых дизельных топлив, включающий КАП – 25 и Агидол – 1 в соотношении 20:1 и вводимая в топливо в концентрации 0,02 % масс.

При исследовании оптимальной концентрации в топливе получены следующие результаты (таблица 5)

Таблица 5

Оптимальная концентрация присадки

Анализируя полученные результаты, делаем вывод, что наиболее оптимальной с экономической точки зрения будет концентрация присадки 0,02 %

Таким образом, применение предложенного многофункционального пакета присадок позволяет обеспечит сохранение ресурса топливной аппаратуры дизелей при применении малосернистых топлив за счет снижения износа металла в 1,5 – 2 раза, исключив зависимость отечественных потребителей от импортных производителей противоизносных присадок, а так же полученный пакет присадок в 2,5 – 3 раза дешевле своих зарубежных аналогов.

Литература:

1. Винокуров В.А., Соколов В.В. Моторные топлива и их влияние на экологию больших городов. – Мир нефтепродуктов, №3, 2009. с. 41 – 42.

2. ГОСТ Р 52368 – 2005 (EN 590) «Топливо дизельное автомобильное».

3. Федоринов И.А., Анисимов В.И. и др. Опыт получения сверхмалосернистых дизельных топлив по стандарту EN – 590 – 2005 в ООО «Волгограднефтепереработка». Нефтепереработка и нефтехимия, №1, 2006. с. 23 – 28.

4. Каминский Э.Ф., Булатников В.В., Хавкин В.А. Перспективы повышения качества нефтепродуктов в России. Мир нефтепродуктов, №5, 2004. с. 20 – 21.