МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ПРИСАДОК КАК ОСНОВНОЙ ФАКТОР КАЧЕСТВА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены основные методы повышения качества дизельного топлива по средствам введения различного рода присадок. Описан и обоснован механизм действия соответствующих присадок, а также наблюдаемый эффект повышения качества дизельного топлива. Дана комплексная оценка различным видам присадок на качественном и количественном уровне. На основе рассмотренных характеристик присадок можно сформулировать технические рекомендации по повышению качества дизельного топлива.

В настоящее время дизельное топливо является наиболее популярным и востребованным видом нефтепродуктов. Раньше выпускать солярку, которая бы соответствовала экологическим требованиям и была достаточно высокого качества,не позволялитехнологии нефтепереработки. На данный момент этой проблемы нет, выпускаемое дизельное топливоприведено в соответствие с современными нормами экологической безопасности.Оно обладает достаточно высокими эксплуатационными характеристиками, что позволило существенно расширить сферу его использования. Основными потребителями дизельного топлива на сегодняшний день стали легковые и грузовые автомобили, водный и железнодорожный транспорт, сельскохозяйственная и строительная техника. Дизельные двигатели также активно используются при оснащении технологического оборудования, электростанций.

Все более ужесточающиеся требования к качеству топлива, с одной стороны, и ухудшение сырьевой базы нефтеперерабатывающих заводов, за счет увеличения в общем объеме доли тяжелой, высокосернистой нефти с другой, все это сказывается на углеводородном составе получаемых топлив и определяет их качественные характеристики, влияет на эффективность действия функциональных присадок в данных топливах.

Для доведения качества топлив до жестких требований стандартов в настоящее время, является обязательным условием, применение присадок для выпуска высококачественных товарных топлив, в первую очередь дизельных. Наибольшее распространение получилина данный момент: цетаноповышающие присадки, противоизносные (смазывающие) присадки, антикоррозионные присадки[1].

Цетановое число является одним из главных показателей качества дизельного топлива. Высокое цетановое число топлива является залогом хороших пусковых свойств. Допускается введение присадокдля повышения цетанового числа дизельных топлив — веществ органического происхождения, позволяющие уменьшить период задержки самовоспламенения топливной смеси [2-4].

В качестве таких присадок наиболее эффективными являются соединения двух классов: перикисного типа (диарил- и диалкилпероксиды);алкилнитратного типа (циклогексилнитрата, 2-этилгексилнитрата, изопропилнитрата)[5-7].

На данный момент практический интерес представляют органические соединения на основе пероксидов. Отечественная промышленность выпускает дикумилпероксид, за рубежом наиболее популярные из пероксидовприсадка дитретбутилпероксид [ДТБЭ][1]. Главным преимуществом пероксидов является меньшая токсичность и взрывоопасность, отсутствие коррозионной агрессивности, их хорошая совместимость с противоизносными присадками, и с присадками других типов.

Механизм действия присадки заключается в легком гомолитическом распаде их молекул по связям О-О или О-N с энергиейактивации около 150 кДж/моль. Воспламенение топлива инициируется образующимися свободными радикалами. Промоторы воспламенения действуют только на начальных стадиях процесса горения [1].ЦЧ топлива может подняться на 10-12 единиц уже при введении присадки в концентрации до 1%[5]. В настоящее время не прекращаются попытки создания промоторов воспламенения, так как алкилнитраты преобладающие в качестве коммерческих присадок при достаточно высокой эффективности обладают рядом серьезных недостатков, например, они коррозионно-агрессивны, токсичны, и кроме того снижают эффективность противоизносных присадок[6,8].

В России допустимы к применению в дизельных топливах следующие цетаноповышающие присадки:

- зарубежные: Kerobrizol EHN (BASF), ADX 743, LZ 8090 (Lubrizol), RV 100 (Total), ZR 668 (Infineum), CI 0801 (InnoSpec), где основным компонентом выступает 2-этилгексилнитрат [9].

- отечественные: изопропилнитрат (ИПН), циклогексилнитрат (ЦГН), АддиТОПЦ (2-этилгексилнитрат); PRO – цетан плюс 51 (2-этилгексилнитрат); Миксент-2000 (2-этилгексилнитрат с добавкой сукцинимида С-5А и растворителя), Миакрон-2000 (смесь 2-этилгексилнитрат и циклогексилнитрат, где основным компонентом является циклогексилнитрат)

Дизельное топливо само по себе является смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры, его противоизносные свойства определяются групповым углеводородным составом так [11,12], прежде всего, присутствием нафтеновых углеводородов.Присутствие в топливе поверхностно-активных-веществ (ПАВ) оказывает значительное влияние на смазывающие свойства, так, содержащиеся в ДТсернистые соединения – сульфиды и бензотиофены, характеризуются высокими противоизносными свойствами [1]. На современном этапе, при использовании дизельных топлив с низким содержанием серы (менее 350 ppm) невозможно обеспечить необходимую смазывающую способность без применения соответствующих присадок.

Наиболее распространенной основой противоизносных присадок служат карбоновые кислоты.Среди них наиболее часто встречающимися являются жирные кислоты талового масла (ЖКТМ) или их фракций, получаемые из природного сырья [13,14], но их недостатком является присутствие в составе смоляных кислот, которые могут приводить к ухудшению эксплуатационных свойств и стабильности дизельных топлив.Техническиеалкилсалициловые кислоты (ТАСК) так же могут быть использованыв качестве эффективных смазывающих присадок [15].

Механизм действия присадок заключается в химическом взаимодействия ПАВ присадки с тонкими пленками оксидов на трущихся поверхностяхи образование модифицированного слоя металла, который обеспечивает равномерное распределение нагрузки и снижает износ [13]. Смазывающие свойства данных присадок можно объяснитьтакими факторами как: химической активностью присадки по отношению к материалам пары трения и адсорбцией присадок на поверхности металла [13].

В настоящее время допущены к применению противоизносные присадки как отечественного производства: Комплексал-ЭКО «Д» (ООО «Новокуйбышевский завод масел и присадок»), Байкат (ОАО «АЗКиОС»), Миксент 2030 (ООО «Алтайский центр прикладной химии»), так и импортного производства: Dodilube 4940 (Сlariant), Kerokorr LA 99С (BASF), PC 30, PC 31, PC 32 (Total), LZ 539, ADX 4101 (Lubrizol),R646, R 650, R655, R690 (Infinеum) и др. Отечественные присадки выпускают на основе композиции алифатических кислот талового масла в углеводородном растворителе [14,16]. Кислоты таловых масел с различными добавками являются основными активными веществами в присадках зарубежных фирм [1].

При использовании топлив протекают коррозионные процессы, ведущие к понижению надежности и долговечности работы двигателя. Поэтому допускается введение в топливо антикоррозионных присадок для придания топливу защитных свойств за счет образования на поверхности металла защитных пленок.

Содержание примесей, способных вызывать коррозию железа и цветных металлов, жестко регламентируется в стандартах дизельных топлив. Присутствие водорастворимых кислот и щелочей, а также сероводорода не допускается. Поэтому в автомобильной системе на границе раздела фаз возможно протекание только электрохимической коррозии под действием сконденсировавшейся воды [1].

По механизму действия антикоррозионные присадки делятся на две группы. Первый заключается в улучшение смачиваемости металлов топливом и снижение поверхностного натяжения на границе топливо-вода (эфиры и соли органических кислот) Механизм вторых – образование на защищаемой поверхности прочной хемосорбционной пленки, которая перекрывает доступ воздуха и влаги (нитрованные масла, алкилсульфонаты). [1,5].

В настоящее время дизельные топлива, получаемые по современным технологиям, не могут обеспечить необходимую чистоту двигателя в процессе эксплуатации. Топливо образует различные отложения в области высоких температур, которые даже в незначительных количествах может нарушить работу двигателя.

Поэтому для улучшения эксплуатационных свойств используются многофункциональные моющие присадки. Они улучшают качество топлива по нескольким показателям: снижают расход топлива, уменьшают токсичность выхлопных газов и продлевают ресурс катализаторов и фильтров.Но их главной задачей является предотвращение обеспечение равномерной подачи топлива и образования отложений на распылительных форсунках[1].

Моющие присадки, представляют собой комплекс присадок, в который входит активный компонент, деэмульгатор, антиоксидант, ингибитор коррозии и при необходимости: противоизносные присадки и растворитель. В качестве моющего компонента используются циклические амины на основе алкенилсукцинимидов различного строения, их главным отличием является высокая термическая стабильность. В качестве растворителей используют легкие углеводородные фракции.

На данный момент ассортимент моющих присадок не большой, он представлен зарубежными производителями: BASF (KeropurDP 4510C, KeropurDPсерии 5000), InnoSpec (OCTIMISEG 2003), AftonChemical (Hitec 4661, 4669, 4678)[1].

Проведя анализ современного производства дизельного топлива и существующие меры по улучшению его качества можно сказать, что введение присадок различного по характеру действия в топливо является необходимым. В настоящее время в условиях жестких требований предъявляемых к качеству дизельного топлива приоритетной задачей является не только поиск новых присадок, но и детальное изучение механизма их действия так как на основе этого механизма можно использовать одну и туже присадку проявляющую различный характер действия. Такой подход позволит снизить затраты на присадки и увеличит качество дизельного топлива.

Повышение качества дизельного топлива представляет собой комплексную задачу, решение которой сводится не только к поиску присадок различного действия, но и к изучению синергизма и антогонизма действия присадок. Вместе с тем необходимо учитывать многофункциональный характер действия некоторых присадок и их синергизм с многофункциональными. Поиск оптимального соотношения является основной проблемой в рамках задачи по улучшению качества дизельного топлива.

Список литературы:

1. Данилов, А.М. Применение присадок в топливах: Справочник / А.М. Данилов. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010. – 368 с.
2. Перекрестов, А.П. Противоизносные присадки в дизельное топливо и их развитие/ А.П. Перекрестов, А.А. Брайко// Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2008. - № 2. - С. 218.
3. Минибаева, Л.К. Влияние присадок Kerobrizol EHN, Hitec 4103W, Total RV100 на показатели качества дизельного топлива / Л.К. Минибаева, Р.Р. Усманов, О.А. Баулин, М.Н. Рахимов // Башкирский химический журнал. - 2011. Т. 18.- № 2. - С. 102.
4. Гришина, И.Н. Физико-химические основы и закономерности синтеза, производства и применения присадок, улучшающих качество дизельных топлив / И.Н. Гришина. М.: Нефть и газ, 2007. – 230 с.
5. Капустин, В.М. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками / В.М. Капустин. - М.: КолосС, 2008. – 232 с.
6. Пучков, Н.Г. Дизельные топлива/ Н.Г. Пучков – Л.: Красный печатник, 1958. – 194 с.
7. Саблина, З.А. Присадки к моторным топливам / З.А. Саблина, А.А. Гуреев. М.: Химия, 1977. – 258 с.
8. Меньшикова, Т.С. Новые данные о применении пероксидов и алкилнитратов в качестве присадок, повышающих цетановое число дизельных топлив / Т.С. Меньшикова, Д.А. Халикова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т.15. № 19. - С. 141.
9. Петрухнова, Е.В. Импортозамещение присадок, улучшающих свойство дизельного топлива Евро / Е.В. Петрухнова, Р.В. Плаксина, Л.Е. Корнишина, М.М. Волкова // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. - 2011. - № 7. - С. 21.
10. Розенберг, Ю.А. Влияние смазочных масел на надежность и долговечность деталей машин / Ю.А. Розенберг. - М.: Машиностроение, 1970. - 315 с.
11. Иванова, Л.В. Влияние группового углеводородного состава дизельных топлив на их эксплуатационные свойства / Л.В. Иванова, В.Н. Кошелев, Е.А. Буров // Нефтехимия. - 2014. - Т. 54. № 6. - С. 478.
12. Митусова, Т.Н. Современные дизельные топлива и присадки к ним/ Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. М.: Техника, 2002. -64 с.
13. Данилов, А.М. О задачах по созданию отечественного ассортимента присадок для дизельных топлив / А.М. Данилов, В.П. Паронькин, А.А.Меркин // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2008. - № 2. - С. 20.
14. Тыщенко, В.А. Разработка противоизносной присадки к малосернистым дизельным топливам на основе технических алкилсалициловыхкислот // В.А. Тыщенко, С.В. Котов, Г.В. Тимофеева, Н.С. Котова, Л.А. Онучак, М.А. Родина // Вестник Самарского государственного университета. - 2011. - № 83. - С. 201.
15. Данилов, А.М. Отечественные присадки к дизельным топливам / А.М. Данилов // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2010. - № 1. - С. 9.
16. Андрюхова, Н.П. Разработки ООО «Пластнефтехим» в области присадок к топливам / Н.П. Андрюхова, М.В. Ермолаев, В.А. Ковалев, М.В. Финелонова // Мир нефтепродуктов. - 2010. - № 1. - С. 16