ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ НА СПОСОБ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

INFLUENCE OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF USED MOTOR OILS ON THE METHOD OF THEIR UTILIZATION

Victoria Sharygina

Student, Department of Biology and Chemistry, Vologda State University,

Russia, Vologda

Voropai Lyudmila Mikhailovna

Scientific Supervisor, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Department of Biology and Chemistry, Vologda State University,

Russia, Vologda

Nazarova Marina Alexandrovna

Scientific Supervisor, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Department of Biology and Chemistry, Vologda State University,

Russia, Vologda

АННОТАЦИЯ

Для определения срока и условий эксплуатации моторных масел, для выбора способов их переработки и утилизации определяют их качество. В связи с этим была поставлена цель определить качество моторного масла по фракционному составу и установить влияние химического состава масла на его эксплуатационные характеристики. Для анализа использовали отработанное и свежее масла марки 10W40 производителя «Лукойл». Объект исследования – изменение фракционного состава масел при его эксплуатации. При выполнении эксперимента использовали следующие методы: вискозиметрический, гравиметрический, титриметрический, метод фракционной перегонки, метод определения температуры вспышки и хроматографический метод. Было установлено, что при эксплуатации масел изменяется фракционный состав и наблюдается уменьшение содержания низкокипящих фракций. За счет этого происходит изменение эксплуатационных характеристик. По изменению фракционного состава можно выбрать метод регенерации или утилизации отработанных масел.

ABSTRACT

To determine the life and operating conditions of motor oils, to select the methods of their processing and disposal, their quality is determined. In this regard, the goal was set to determine the quality of engine oil by fractional composition and to establish the influence of the chemical composition of the oil on its performance characteristics. Used and fresh oils of the brand 10W40 produced by Lukoil were used for the analysis. The object of the study is the change in the fractional composition of oils during its operation. When performing the experiment, the following methods were used: viscometric, gravimetric, titrimetric, fractional distillation method, flash point determination method and chromatographic method. It was found that during the operation of oils, the fractional composition changes and a decrease in the content of low-boiling fractions is observed. Due to this, there is a change in operational characteristics. By changing the fractional composition, you can choose the method of regeneration or disposal of used oils.

Ключевые слова: масло; фракционный состав; регенерация; угар; вязкость; щелочное число; йодное число; диспергирующие свойства; температура вспышки.

Keywords: oil; fractional composition; regeneration; fumes; viscosity; base number; iodine number; dispersing properties; bag temperature.

Свойства эксплуатационных материалов зависят от химического состава. В зависимости от состава и способов получения выделяют четыре вида масел: минеральные, органические, синтетические и полусинтетические [1]. На рынке Вологодской области чаще используют синтетические и полусинтетические моторные масла, которые получают в результате каталитического крекинга нефтепродуктов. Продуктами крекинга являются фракции предельных ароматических и непредельных углеводородов. Алканы и ароматические углеводороды не склонны к реакциям окисления в условиях эксплуатации транспорта. Напротив, алкены легко окисляются с образованием нагаров на поверхности металлов, что вызывает преждевременное старение и коррозию. За счет окисления также изменяется химический состав масел и эксплуатационные характеристики: вязкость, щелочное и йодное числа, температура вспышки, диспергирующие свойства, фракционный состав, содержание влаги и зольных примесей.

Для определения срока и условий эксплуатации моторных масел, для выбора способов их переработки и утилизации определяют их качество. Одним из важнейших показателей качества масел, который отсутствует в ГОСТе, является фракционный состав. Именно по изменению относительного содержания фракций алканов, аренов и алкенов можно определить качество масел и сделать вывод о возможности его дальнейшего использования.

В связи с этим была поставлена цель определить качество моторного масла по фракционному составу и установить влияние химического состава масла на его эксплуатационные характеристики. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1) определить основные эксплуатационные характеристики масел: кинематическая вязкость, индекс вязкости, наличие механических примесей и воды, щелочное число, температуру вспышки, моющие диспергирующие свойства;

2) методом фракционной перегонки установить и сравнить изменение фракционного состава свежих масел и масел, бывших в эксплуатации;

3) установить зависимость фракционного состава масел и эксплуатационных характеристик.

Работа выполнялась совместно с центром по определению качества эксплуатационных материалов «Центр ЭКО».

Для анализа в лабораторию Вологодского государственного университета поступило отработанное и свежее масла марки 10W40 производителя «Лукойл», которые являются предметом исследования.

Объект исследования – изменение фракционного состава масел при его эксплуатации.

При выполнении эксперимента пользовались следующими методами: вискозиметрический, гравиметрический, титриметрический, метод фракционной перегонки, метод определения температуры вспышки и хроматографический метод.

Анализ масел проводился по следующим показателям: кинематическая вязкость при температурах 100 °С, 50 °С, 40 °С; индекс вязкости; наличие механических примесей и воды; щелочное число, температура вспышки, моющие диспергирующие свойства; наличие посторонних компонентов (изопропанола, этиленгликоля).

Кинематическую вязкость определяют при температурах 100 °С, 50 °С, 40 °С по формуле 1.

 ,                                                                                               (1)

где:

– кинематическая вязкость;

– плотность.

С учетом показателя кинематической вязкости рассчитывают по номограмме индекс вязкости.

Наличие механических примесей находят методом разбавления масла в бензине с последующим перемешиванием и отстаиванием. Для определения содержания воды в предметах исследования используют безводный сульфат магния, который легко гидратируется с выделением теплоты. По изменению температуры масел при добавлении к ним соли рассчитывают содержание воды. Щелочное и йодное число находят методом титрования. Оценку содержания энергетических компонентов в масле определяют по температуре вспышки в приборе «ТВЗ-2-ПХП». Моющие диспергирующие свойства исследуют хроматографическим анализом. По диаметру масляного пятна анализируют степень окисления, загрязнения и моющие свойства масла. Наличие посторонних компонентов в масле определяют методами титрования и фотоэлектроколориметрии.

Результаты эксперимента оценки качества масел представлены в таблице 1.

Таблица 1

Эксплуатационные характеристики моторных масел

Анализ полученных результатов свидетельствует, что после эксплуатации масел меняется значение кинематической вязкости, увеличивается щелочное число, уменьшаются диспергирующие свойства. Однако все эти показатели соответствуют требованиям ГОСТа. Отработанные масла при добавлении к ним фракций нефти, которые соответствуют составу масел, можно вновь использовать.

Наиболее точным показателем изменения качества моторного масла является фракционный состав углеводородов. Поэтому на втором этапе определяли фракционный состав масел, используя аппарат для перегонки нефтепродуктов. По температурам перегонки (до 70 °С, 70 – 120 °С, 120 – 200 °С, более 200 °С) выделяем 4 фракции масел и определяем их объем. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты эксперимента по определению фракционного состава масел

В анализируемых свежих маслах преобладают фракции углеводородов с температурами кипения выше 120 °С. Именно эти фракции определяют смазывающие и стабилизирующие свойства масел. Результаты свидетельствуют, что при перегонке выделяют три фракции жидкие и одна густая фракция остается на дне, которая при охлаждении твердеет. Она имеет Т_кип. > 200°С. Твердый остаток, состоящий из высокомолекулярных соединений, алканов, аренов и окисленных компонентов – карбост. В нем также присутствуют добавки, которые вводят в масла для придания им определенных.

При эксплуатации масел изменяется фракционный состав. Наблюдается уменьшение содержания низкокипящих фракций и увеличение содержания высококипящих – процесс «усадки масел». Эти процессы происходят не только за счет испарения, но и за счет реакций окисления легкокипящих фракций, димеризации непредельных компонентов в маслах. Уменьшение содержания низкокипящих фракций вызывают изменение эксплуатационных характеристик и их постепенное старение. После старения масел встает вопрос их переработки и утилизации. Выбор метода также определяется по химическому составу:

- физический – отстаивание, фильтрация, отгон топливных фракций, центрифугирование, промывка водой, вакуумная перегонка и др.;

- физико-химический – коагуляция загрязнений поверхностно-активными веществами, контактная очистка отбеливающими глинами, селективная очистка пропаном, фенолом, фурфуролом и др.;

- химический – сернокислый, щелочной, гидрогенизационный.

Наиболее доступным способом регенерации отработанных масел является физический метод. Однако, он имеет ограничения и используется только в тех случаях, если вязкость масел изменяется в сравнении с исходным значением при изменении температуры на 10-15°С. При увеличении этого показателя выше представленного значения нельзя регенерировать масло физическими методами. Рекомендуется использовать физико-химические методы регенерации, но они более затратны, требуют специального оборудования и производственных площадей, что ограничивает их применение.

Таким образом, на основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1) При эксплуатации моторных масел происходят не только процессы окисления, димеризации, но и изменение фракционного состава моторных масел;

2) По изменению фракционного состава моторных масел можно определить их способ регенерации.

Список литературы:

1. Итинская, Н.И. Топливо, масла и технические жидкости / Н.И. Итинская, Н.А. Кузнецов.- М.: Агропромиздат, 1989.- 205 с.
2. Кириченко, Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: практикум / Н.Б. Кириченко.- М.: Академия, 2004.- 96 с.