УЛУЧШЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВОЙСТВ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ПУТЕМ ДОБАВЛЕНИЯ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК

Зимняя эксплуатация двигателей, работающих на дизельном топливе, начинается при температуре воздуха +5 °C. При температурах ниже этого значения требуются особые подходы к используемому дизельному топливу (ДТ).

Зимнее ДТ применяется при температурах выше -20 °С (в этом случае температура застывания топлива должна быть до -35 °С, температура помутнения до -25 °С) или до -30 °С (с температурой застывания до -45 °С и температурой помутнения до -35 °С); Арктическое ДТ характеризуется рабочей температурой до -50 °С [4, с. 256].

Из-за экономических факторов на нефтеперерабатывающих заводах выпускается, в основном, летнее ДТ, составляющее около 90 % общего объема производства. Таким образом, на зимнее ДТ приходится менее 10 %, а на арктическое — около 1 % [1, с. 108].

Деление ДТ обусловлено включением различных примесей, в частности  Н-парафинов. Так, летнее ДТ отличается от зимнего большим наличием в составе длинноцепочных молекул парафинов, начинающих кристаллизоваться уже при положительных температурах.

Для дизельного двигателя наиболее важным является параметр предельной фильтруемости, так как при помутнении топлива фильтр не создает критического сопротивления, что не мешает более-менее стабильной работе двигателя до тех пор, пока не начнется соединение молекул парафинов с образованием кристаллических структур, увеличивающих свои размеры с понижением температуры [1, с. 109]. При критической температуре структурные единицы парафинов, увеличивающиеся за счёт коагуляции (слияния частиц), достигают размеров, превышающих диаметр микропор фильтра тонкой очистки топлива (более 3-5 мкм.), что приводит к его закупорке, в результате чего подача топлива в двигатель прекращается. Температура, при которой фильтр перестает пропускать топливо - температура предельной фильтруемости.

Один из способов улучшения низкотемпературных характеристик ДТ — введение в топливо присадок – депрессоров (антигелей). Применение уже небольших количеств депрессора способствует достаточно резкому снижению температуры предельной фильтруемости и застывания на 10-20°C, однако практически не влияет на температуру помутнения топлива [3, с. 105].

Зависимость коэффициента фильтруемости от процентного (массового) содержания определенных присадок рассмотрена в [5] и представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние содержания присадок С, % (мас.) на коэффициент фильтруемости ДТ: 1 - Keroflux-S486; 2 - смесь ЭФАП-Б и Keroflux-5486 в массовом соотношении 3:1.

Депрессорные присадки (ДП) к ДТ имеют в своем составе алифатические и ароматические дистилляты нефти, полимеры метакриловой кислоты или сополимеры этилена с полярными мономерами (винилацетатом). Модификация топлива производится на нефтеперерабатывающих заводах в процессе его производства, однако использование ДП потребителем для улучшения низкотемпературных свойств ДТ также экономически оправдано и во многом зависит от среднегодовой температуры воздуха в регионе. Однако в таком случае ввод ДП должен проводиться с учетом предельной концентрации присадки (в среднем до 0,1 % от общего объема топлива) [5].

Основной эффект ДП заключается в изменении размеров, формы и строения (молекулярной структуры) сгустков парафиновых углеводородов, формирующихся при понижении температуры ДТ (что позволяет относить ДП к классу модификаторам кристаллических структур). Это достигается одним из способов: образование пленки из молекул присадки на кристаллах парафина; совмещения частиц ДП с частицами парафинов адсорбцией или внедрением в структуру парафинов в момент формирования дисперсной фазы; создании на поверхности агрегатов парафинов энергетического барьера, препятствующего притяжению и коагуляции частиц дисперсной фазы (парафинов). Выбор присадки зависит от необходимости получения определенного конечного эффекта, а  разность вышеописанных действий ДП зависит от физических свойств частиц присадки, их химического состава и разности плотностей топлива и ДП. Как правило, при дальнейшем понижении температуры действие ДП в топливе характеризуется противоположным эффектом – она образует искусственные очаги кристаллизации парафинов, притягивая их к себе, с  сохранением высокой дисперсности получившихся частиц.

Во всех описанных случаях кристаллов парафина оказывается больше, чем в ДТ без депрессора. Однако размеры выпавших твердых углеводородов сравнительно меньше, что положительно влияет на скорость загрязнения и закупорки фильтра тонкой очистки. Уменьшение температуры замерзания ДТ также препятствует полной кристаллизации топлива в топливной системе автомобиля, исключает гидратообразование и связывает воду из топлива. Также ввод определенных присадок отличается повышением эффективности ДТ за счет вовлечения в состав более тяжелых фракций, улучшение смазывающей способности топлива (за счет содержания серы) и корректировкой цетанового числа ДТ.

При одновременном использовании сразу нескольких ДП необходимо учитывать их совместимость во избежание возможного обратного эффекта составляющих их различных поверхностно-активных веществ [1, с. 111]. Негативный эффект может выражаться как в нейтрализации депрессорного эффекта, так и в ухудшении топливных свойств ДТ (ухудшение смазочных свойств, диспергирование связной воды, уменьшение ресурса топливных систем). Поэтому перед использованием даже одного вида присадок, необходимо убедиться в соответствии параметров ДТ рекомендуемым для данной присадки. С увеличением количества одновременно используемых присадок необходимо также заранее просчитать необходимую поправку на объем уже введенных присадок (т.е. совокупная концентрация присадок не должна превышать максимально допустимую величину). Во избежание возможных негативных последствий при необходимости получения комплексного эффекта есть смысл использовать не несколько разных присадок, а одну универсальную, т.е. обладающую несколькими полезными свойствами.

Механизм действия депрессоров таков, что они эффективны только при введении до помутнения ДТ, т.е. до начала образования микрокристаллов парафинов. Оптимальная температура введения присадки примерно на 10°С выше температуры помутнения. При более низких температурах при введении ДП в топливо обязателен подогрев ДТ и последующее перемешивание получившейся смеси для равномерного распределения присадки по всему объему топлива. Улучшать замерзшее топливо бессмысленно; для помутневших и расслоившихся ДТ в качестве крайней меры рекомендуется разбавление керосином [5].

Список литературы:

1. Автомобильные присадки и добавки: монография / Балабанов В. И., Болгов В. Ю. - М.: Изд-во РГАУ - МСХА им. К. А. Тимирязева, 2011. - 224 с.
2. Все о присадках и добавках для автомобилиста / Балабанов В. И. - М.: Изд - во «ЭКСМО», 2008. -240 с.
3. Устройство автомобилей категорий b и c: учебное пособие для вузов / Жолобов Л. А. — 2-е изд. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 265 с.
4. Производственная эксплуатация строительных и дорожных машин: учеб. пособие / Максименко А.Н., Макацария Д.Ю. - Минск: Вышэйшая школа, 2015. - 390 с.
5. ДЕПРЕССОРНЫЕ ПРИСАДКИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ. globecore.ru/ [Электронный ресурс] - Режим доступа: globecore.ru/stati/danilov/7-prisadkki-i-vspomoga-sredstva/7-3-depressornye-prisadki.html (дата обращения 12.12.2018).