автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Влияние многофункциональной присадки на экологические и эксплуатационные свойства моторных топлив

РГК ОД

2 4 июп 2000

На правах рукописи

Куваева Елена Николаевна

ВЛИЯНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ топлив

05 Л 7.07 - Химическая технология топлива

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 2000

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете на кафедре «Химии и технологии нефти и газа»

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор Магарил Р. 3.

Научный консультант

- кандидат технических наук

Магарил Е. Р.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор

Агаев С. Г.

- кандидат технических наук, доцент Рахимов М. Н.

Ведущая организация - ООО «ТюменНИИгипрогаз»

ОАО «Газпром»

Защита состоится « О » 2000 г. в ¿0 час. на

заседании диссертационного Совета Д 064.07.04. при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625000, г. Тюмень, ул. Володарского 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим присылать в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан « » ОА^дёЯЯ 2000

г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук,

профессор Жихарева И. Г.

Л ^ио — Л ПС. Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ежегодно мир потребляет ~ 4 млрд. м3 нефти, из которой получают примерно около 2 млрд. м3 моторных топлив. Происшедшие за последние десятилетия изменения требований к качеству автомобильных бензинов и дизельных топлив обусловлены непрерывным ростом мирового парка автомобилей — основных потребителей этих топлив. Общее количество легковых автомобилей достигает в 2000 году ~550 млн. и будет увеличиваться далее при среднегодовом приросте около 9%.

Выбросы с отработавшими газами автотранспортных средств -крупнейший источник загрязнения атмосферы. Твердые частицы, углеводороды и их оксипроизводные, канцерогенные полициклические ароматические углеводороды, СО, С02, ИОх, оксиды серы и образующийся озон создают глобальные проблемы.

Выбросы от автомобильного транспорта в России составляют около 22 млн. т. в год.

Загрязненный воздух - источник хронических заболеваний взрослых и детей. В частности, у детей развиваются расстройства нервной системы и сердечно-сосудистые заболевания. По статистике США, более 70% случаев детских заболеваний происходит из-за вдыхания токсичных газов, а число раковых заболеваний возрастает при этом на 7% в год. Согласно данным ВОЗ, в 68% случаях болезни человечества вызваны вдыханием отравленного воздуха.

Снижению токсичных выбросов с отработавшими газами в развитых странах уделяется большое внимание. С 1996 года ни одна развитая страна не применяет этилированный бензин.

Проблему уменьшения токсичных выбросов пытаются решить с помощью применения каталитических нейтрализаторов и внедрения электромобилей. Внедрение электромобилей - очень дорогостоящий, экономи-

чески неоправданный способ поддержания норм чистоты атмосферного воздуха. Применение каталитических нейтрализаторов является в настоящее время основным наиболее эффективным средством, снижающим токсичность отработавших газов. Почти весь автомобильный парк США, Канады и Японии оснащен такими системами. В России применение каталитических нейтрализаторов невозможно из-за использования этилированного бензина (свинец является каталитическим ядом), их применение ведет также к увеличению расхода топлива на 7-12%, стоимость таких нейтрализаторов составляет примерно 500-1000$ США.

Постоянно растущие требования к качеству моторных топлив требуют поиска новых эффективных средств, улучшающих их экологические и эксплуатационные свойства. Разработка и внедрение новых технологий производства моторных топлив требуют больших капитальных затрат. Использование присадок является единственно возможным способом быстрого улучшения качества моторных топлив.

В ТюмГНГУ разработана многофункциональная присадка, значительно снижающая токсичность отработавших газов автомобилей и.расходуемая в концентрации на два порядка меньшей, чем существующие в мире аналоги.

Для внедрения присадки было необходимо исследовать ее влияние на комплекс эксплуатационных свойств моторных топлив и установить, имеются ли выбросы № с отработавшими газами, так как № обладает высокой токсичностью.

Цель работы. Исследование влияния многофункциональной присадки на основе № на комплекс экологических и эксплуатационных свойств моторных топлив.

Научная новизна. Разработаны упрощенные методики для определения влияния присадки на моющие и антинагарные свойства моторных топлив. Выявлено отсутствие выбросов N1 в отработавших газах двигателя,

который является высокотоксичным компонентом. Установлено, что добавление присадки в микроколичествах в бензин, снижает содержание полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах двигателя на ~95%. Установлено положительное влияние присадки на моющие, антинагарные и антикоррозионные свойства моторных топлив. Исследовано влияние присадки на давление насыщенных паров, электропроводность и расход моторных топлив.

Практическая ценность. Подготовлен, разработан и утвержден комплекс документов, необходимых для внедрения многофункциональной присадки на основе Ni. В настоящее время проводятся работы по внедрению присадки в г. г. Сургуте, Тюмени, Уфе.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертации были доложены на: международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 1996), на международной научно-технической конференции «Экология автотранспортного комплекса» (Москва, 1996), на научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 1999), на 3-ей международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 1999), на научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2000).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, 1 статья в печати.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка использованной литературы, включающего 121 наименование, изложена на 143 страницах, содержит 21 таблицу, 11 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы работы, формулируются цель и задачи исследования.

В первой главе проведен литературный обзор существующих присадок к моторным топливам. Ассортимент присадок к топливам включает в себя более тридцати типов. Кроме многотоннажпых, хорошо известных присадок, таких как моющие, антикоррозионные, антиокислительные, антидымные, депрессорные существуют многофункциональные присадки, представляющие особый интерес. На различные присадки выданы сотни патентов, анализу и рассмотрению которых посвящена данная глава.

Во второй главе приведены методики экспериментальных исследований влияния присадки на токсичность отработавших газов и эксплуатационные свойства моторных топлив.

Для оценки моющих свойств присадки продукт пропускали из напорной склянки при постоянном давлении (180 мм. в. ст.) перед фильтром из пористого стекла и определяли скорость истечения продукта в приемник. Затем пропускали 1л продукта с растворенным в нем, в концентрации 0,2%, мазутом. В результате отложения на фильтре смолисто-асфальтовых веществ, скорость течения исходного продукта падала. Далее пропускали исходный продукт до восстановления начальной скорости. Такое же определение при тех же условиях проводили при введении в продукт присадки. Исследования проводили на лабораторной установке (рис.1).

Антикоррозионные свойства оценивали по методике ВНИИ НП с несущественными изменениями.

Влияние присадки на образование нагара, было оценено в следующих модельных опытах (рис. 2).

Атмосфера

1- Напорная склянка

2- Фильтр из пористого стекла

3- Манометр

4- Приемник

Рис. 1. Схема установки для определения моющих свойств топлива

1- Газометр

2- Реометр

3,4- Пробирка Дрекселя (размещены

в ультратермостате)

5- Кварцевый реактор

6- Трубчатый нагреватель

7- Термопара

8- Барботер

Атмосфера

—& К авто-—трансфор -матору

к потенциометру

Рис. 2. Схема установки для определения антинагарных свойств топлива

В газометре готовили смесь 15% (объемных) диоксида углерода и 85% гелия. Газ из газометра пропускали со скоростью (измеряемой реометром) 20 мл/мин в течение 200 минут через две последовательно установленные пробирки Дрекселя, помещенные в ультротермостат, где газ насыщался последовательно углеводородом и водой.

Смесь гелий-диоксид углерода-пары углеводорода-пары воды поступала в реакционную кварцевую трубку, помещенную в трубчатый нагреватель, в которую вводили чугунную (алюминиевую) крошку (0,5 см3) со средним размером частиц 0,01 см. Использовали чугун и алюминий соответственно из гильзы цилиндра и поршня двигателя КамАЗа. Температуру замеряли платшт-платинородиевоп термопарой с помощью .потенциометра ГШ и регулировали азтотрансформатором с точностью ±3°С. Обработку металлической крошки присадкой проводили следующим образом. Помещали в реактор крошку, заливали (полностью) 1 мл раствора присадки заданной концентрации в керосине, затем при 600°С, пропуская поток воздуха, проводили исчерпывающее сжигание раствора присадки. Реактор продували гелием и охлаждали, извлекали порошок и взвешиванием определяли количество отложившегося, оксида никеля (оно соответствовало количеству никеля, вводимого в растворе присадки).

По окончании опыта систему продували гелием, реактор охлаждали погружением в воду, порошок количественно высыпали и взвешивали.

, Проводили три параллельных опыта. Расхождения в параллельных опытах не превышали ±4,5% отн.

Эксперименты по влиянию присадки на токсичность отработавших газов проводились на автомобилях УАЗ, ЗИЛ, ВАЗ, ГАЗ и топливах А-76, А-92, Л-02-40.

Были выполнены испытания присадки для бензинового двигателя по методике правил № 83 ЕЭК ООН. Использовали автомобиль УАЗ-31512

выпуска 1994 г. с пробегом 5720 км, двигатель УАЗ-4201.10 с распределительным впрыском топлива и микропроцессорным управлением. Анализ отработавших газов осуществляли с помощью газоанализатора АНА-224 фирмы «Пирбург». Испытания проводили на роликовом стенде фирмы «Польнер» KPL510/22C M6.8-23/GPM-100. Использовали бензин А-76 неэтилированный.

Испытания влияния присадки на выбросы токсичных веществ с отработавшими газами дизельного двигателя проведены по нормам правил № 49 ЕЭК ООН. Испытания проводили на дизельном двигателе ЗИЛ-645 на моторном стенде по 13-ступенчатому циклу, с использованием летнего дизельного топлива. Концентрацию токсичных компонентов измеряли с помощью хроматографпческого газоанализатора АЕ-7532 фирмы Янако, дымность отработавших газов измеряли дымомером МК-3 фирмы «Хат-ридж».

Исследование влияния присадки на содержание Ni в отработавших газах проводили на автомашинах ВАЗ-21099 и AVIA А-31. В опытные пробы была добавлена присадка из расчета 9,25 мг присадки на 1кг бензина и 27,75 мг присадки на 1 кг дизельного топлива.

Влияние присадки на содержание Ni в отработавших газах опытных и контрольных проб бензина и дизельного топлива, проводили поочередно при работе на холостом ходу и минимальных оборотах, с полной заменой предыдущего образца топлива. Отбор проб проводили пробоотборным устройством ПУ-ЭР-220 на бумажные фильтры.

Кратность проводимых замеров выполнена согласно ГОСТу 12.01.005-88. Отбор и анализ проб выполнены согласно «Методическим указаниям на фотометрическое определение водо-растворимых солей никеля в воздухе», утвержденных зам. главного государственного санитарного врача РФ от 18 апреля 1977 г., за № 1623-77.

Концентрацию никеля определяли атомно-адсорбционным методом на атомно-адсорбционном спектрофотометре "Spektr АА".

Исследование влияния присадки на содержание бенз-а-пирена в отработавших газах двигателя проводили на автомобиле газ-зю2. Испытания проводили на холостом ходу с использованием бензина а — 92 и а-92 с добавлением присадки в количестве ImtNí/кг топлива.

Пробы отбирали через металлическую трубку, помещенную в выхлопную трубу автомобиля ~ на 1 м, с помощью пробоотборного устройства ПУ-ЭР-220 ira фильтры из стекловолокна. Фильтры были подсоединены к выхлопной трубе с помощью шлангов через конденсатосборник. Отработавшие газы отбирались со скоростью 50 л/мип, объем пропущенных через фильтры отработавших газов составил 10 м3.

После отбора экспонированные фильтры помещались в темную склянку с притертой пробкой и хранились в холодильнике. Далее фильтры подвергались обработке н-гексаном в течение 20 минут при комнатной температуре. Для экстракции использовалось 100 см3 н-гексаиа. Полученный экстракт испаряли и пробу концентрировали 2 см3 ацетонитрила. Из неэкспонированных фильтров готовилась нулевая проба.

Определение концетрации бенз-а-пирена проводилось по "Методике выполнения измерений массовых концентраций полициклических ароматических углеводородов" методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с флуореметрическим детектированием после экстракции проб н-гексаном и концентрирования. Определение проводили на жидкостном хроматографе фирмы Varían с флуореметрическим детектором Varían 9075. Концентрация бенз-а-пирена определялась по методу

абсолютной калибровки. Идентификацию остальных полициклических

i.

ароматических углеводородов (легче бенз-а-пирена) не проводили и изменение их концентрации, при принятии коэффициентов чувствительности одинаковыми, может быть оценено в относительных

единицах. Погрешность определения при доверительной вероятности р=0,95 составила 37%.

Возможность проявления присадкой антиобледенительных свойств проверялась по определению температуры начала кристаллизации при добавлении различных количеств присадки в насыщенный при +1°С раствор воды в смеси толуол-изооктан.

Влияние присадки на удельный расход топлива был оценен в ездовых испытаниях на автомобилях ВАЗ-21099 и ГАЗ-ЗЮ2.

В третьей главе приводятся экспериментальные результаты и их анализ.

Результаты испытания влияния присадки по правилам № 83 ЕЭК ООН приведены в таблице 1. При концентрации присадки в бензине 1 мг1\г1/кг выбросы оксида углерода не изменяются относительно бензина без присадки, при этом выбросы углеводородов снижаются на 35,5% и оксидов азота на 26,5%. Увеличение концентрации присадки до 2 и 4 мг№/кг бензина ухудшают ее воздействие на токсичность отработавших газов (снижается только концентрация углеводородов).

Таблица 1

Результаты исследования влияния присадки на токсичность отработавших газов бензинового двигателя

Топливо Бензиновый двигатель

Выбросы токсичных веществ, г/исп.

СО N0,

Без присадки 24,02 4,82 10,86

С присадкой 1 мг№/кг 24,49 3,11 7,98

Изменение, % +2,0 -35,5 -26,5

С присадкой 2 мг№/кг 30,87 4,06 9,13

Изменение, % +28,5 -15,8 -15,9

С присадкой 4 мг№/кг 27,22 3,42 12,68

Изменение, % +13,3 -29,0 +16,8

Результаты исследований действия присадки при испытаниях по правилам № 49 ЕЭК ООН приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты исследования влияния присадки на токсичность отработавших газов дизельного топлива

Топливо Дизельный двигатель

Выбросы токсичных веществ, г/кВт-ч.

СО СтНП N0,

Без присадки 3,78 0,86 9,08

С присадкой 2 мг№/кг 3,38 0,63 7,37

Изменение, % -10,6 -26,7 -18,8

С присадкой 3 мгМ/кг 3,23 0,54 7,21

Изменение, % -14,6 -37,2 -20,6

В отличие от бензинового, в случае дизельного двигателя, при использовании топлива с присадкой в количестве 3 мг№/кг существенно снижается выброс оксида углерода - на 14,6%; это, несомненно, связано со значительным избытком воздуха при работе дизельного двигателя. Выбросы углеводородов при использовании топлива с присадкой снижаются на 37,2%, оксидов азота - на 20,6%.

На основании проведенных опытов по влиянию присадки на содержание N1 в отработавших газах установлено, что никель в отработавших газах бензинового и дизельного двигателей отсутствует.

Результаты влияния присадки на содержание полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах двигателя приведены в таблице 3 и на рис. 3.

2500

2000 -

т

о

я

1500

В 1000

СИ

500 -

Ж±

4 5

№ пика

X о.

-В—

я

и

-ю-

- бензин

бензин + присадка ( 9,25 мг/кг)

Рис. 3 Влияние присадки на содержание полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах двигателя

Таблица 3

Результаты влияния присадки на содержание полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах двигателя

Вещество Выб росы

без присадки с присадкой

мг/м3-10"6 % мг/м3-10'6 %

Бенз-а-пирена 230 100 10 4,35

Полициклические ароматические углеводороды легче бенз-сс-пи-рена 100 4,98

Из полученных данных видно, что содержание бепз-а-пирена снижается при применении присадки на 95,65%, содержание полициклических ароматических углеводородов - на 95,02%.

В модельном растворе без присадки температура кристаллизации составила -5°С, при добавлении 1 мг№/кг она понижается до -6°С, 2 мгЬч/кг-до -8°С, 3 мг№/кг - до -10°С; при добавлении 5 мг№/кг и охлаждении модельного раствора до -18°С кристаллы льда отсутствуют. Так как в реальных условиях выделение льда из бензина происходит после испарения значительной его части, при применении присадки она, в результате концентрирования в неиспарившемся остатке, должна проявлять значительные антиобледенительные свойства.

Было исследовано влияние присадки на температуру застывания дизельного топлива. В одном случае присадка значительно снижает температуру застывания дизельного топлива, в других - практически не влияет. Вероятнее всего это связано с разной химической природой высокоплавких углеводородов, обуславливающих застывание топлива.

Моющие свойства присадки были исследованы при введении ее в н-октан (в количестве 1 мг№/кг) и в дизельное топливо (в количестве 3 мгМ/кг). Как видно из полученных данных, приведенных на рис. 4,5,

введение присадки снижает количество продукта, неооходимого для полного вымывания отложений, в 2,Зраза.

1

____1

2

а— }

1 * 1

-----

г 50 ? ]

15оа 2соо 2зз;

Количество топлиоа V, мл

0

Рис. 4 Влияние присадки (1мг№/кг) на моющие свойства н-октана. 1 - н-октан; 2 - н-октан+присадка

Количество топлива V, мл

Рис. 5 Влияние присадки (3 мг№/кг) на моющие свойства зимнего дизельного топлива

1 - дизельное топливо; 2 - дизельное топливо+присадка

Антикоррозионные свойства присадки исследовали на модельной смеси изооктан-толуол, дизельном топливе и бензине. Результаты опытов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Влияние присадки на скорость коррозии в стандартных условиях

Продукт Скорость коррозии за 4 часа, г/м2

Без присадки С присадкой Изменение, %

Изооктан+толуол (80%+20%) 2,2 1,6 -21

Бензин

Образец 1 0,83 0,45 -46

Образец 2 0,8 0,4 -50

Образец 3 0,88 0,45 -49

Дизельное топливо

Образец 1 1,5 0,3 -80

Образец 2 1,5 0,9 -40

Образец 3 2,1 1,3 -38

Из приведенных данных видно, что присадка обладает эффективными антикоррозионными свойствами.

В результате испытаний влияния присадки на нагарообразование получено, что отложение углерода на чугуне снижается на 53%, на алюминии - на 43%. Такое снижение нагарообразования (примерно в 2 раза) происходит при отложении на металле оксида никеля слоем толщиной порядка 1,5-10"5см.

Исследования влияния присадки на коксуемость 10%-ного остатка дизельного топлива показали, что происходит ее снижение на 4-22%.

Данные по влиянию присадки на удельный расход топлива приведены в таблице 6.

Таблица 6

Влияние присадки на расход бензина автомобилями ВАЗ-21099 и ГАЗ-3102, л/100км

Дата ис- Темпера- Атмосфе- Относите- Скорость Расход

пытания тура воз- рное дав- льная ветра, м/с бензина,

духа, °С ление, влажность л/100 км

мм. рт. ст. воздуха, %

I 2 3 4 5 6

ВАЗ - 21099

Бензин без присадки

1 о 3 4 5 6

11.06.98 22 752 54 <0,5 7,246

Роизнн с присадкой

] 1.06.93 21,4 755 55 <0,5 . /"■ О-*-» 6,0 и

изменение расхода бензина, % , - 5,15

Бензин без присадки

29.06.98 22,5 743 63 <0,5 7,143

Бензин с присадкой

29.06.98 21,5 743 62 < 0,5 6,346

изменение расхода бензина, % , - 10,9

ГАЗ- 3102

Бензин без присадки

8.07.98 29,5 749 70 <0,5 7,000

Бензин с присадкой

8.07.98 28,5 748 88 <0,5 6,289

изменение расхода бензина, %, - 10,16

Бензин без присадки

10.07.98 26,8 755 63 <0,5 8,910

Бензин с присадкой

10.07.98 27,3 754 60 <0,5 7,980

изменение расхода бензина, %, - 10,44

Как видно из приведенных данных, введение в бензин присадки снижает его расход на 5-10%. Можно предположить следующее объяснение этого явления. При нормальном бездетонационном горении бензина в двигателе регистрируются ударные волны, генерирующие акустические

колебания с максимальной амплитудой при 5000 - 6000 Гц до 35 - 45 дб. Эти колебания можно интерпретировать как результат микродетонации, вызываемой теми же причинами, что и макродетонация. Такая микродетонация, как и обычная детонация, снижает КПД двигателя.

Присадка, уменьшая масштаб микродетонации, повышает долю полезно затрачиваемой энергии, выделяющейся при сгорании топлива.

Результаты исследований влияния присадки на давление насыщенных паров топлива приведены в таблице 7.

Таблица 7

Влияние присадки, 1 мгМ/кг, на давление насыщенных паров

Проба Давление насыщенных паров, кПА

Бензин 51,1

Бензин + присадка 43,2

Изменение, % -15,4

Гексан 29,7

Гексан + присадка 23,4

Изменение, % -21,1

Давление насыщенных паров топлива при применении присадки снижается на 15-21%. По-видимому, данное явление объясняется тем, что присадка концентрируется в поверхностном слое и мольная концентрация углеводородов в нем понижается, в результате этого, в соответствии с законом Рауля-Дальтона понижается давление насыщенных паров. Это придает присадке дополнительную ценность, так как позволяет снизить потери бензина от испарения при хранении, а также дает возможность вовлекать в бензин повышенное содержание н-бутана.

При исследовании влияния присадки на электропроводность топлива выявлено, что применение присадки повышает электропроводность топлива в 1,6 раза.

На основании полученных результатов, можно утверждать, что присадка на основе никеля проявляет многофункциональные свойства при

концентрации, на два порядка меньшей концентраций применяемых присадок. Присадка улучшает и экологические и эксплуатационные свойства топлива, что приводит и к экологическому и к экономическому эффекту.

Глава четвертая посвящена рассмотрению внедрения результатов работы.

Комплекс проведенных исследований показал, что присадка улучшает антиобледенительные, депрессорные, антикоррозионные, моющие свойства топлив, снижает нагарообразование в двигателе н расход бензина, а также уменьшает выделение токсичных веществ с отработавшими газами; особенно велика эффективность присадки относительно снижения выбросов полициклнческих ароматических углеводородов, включая бенз-а-пнрен.

На основании проведенных исследований рекомендовано применение данной присадки. На присадку получен сертификат соответствия, гигиенический сертификат и заключение Государственной экологической экспертизы. Разработаны технические условия. На основании этих документов мэр г. Тюмени издал распоряжение о применении присадки с 01.01.99г.

Ведутся переговоры по внедрению многофункциональной присадки. В течении 5 лег присадка использовалась в ЗАО НВЭЦ "Стерх".

ВЫВОДЫ

1. Исследовано влияние присадки на экологические и эксплуатационные свойства моторных топлив.

2. Разработаны упрощенные методики для определения влияния присадки на моющие и антинагарные свойства моторных топлив.

3. Установлено отсутствие выбросов N1 в отработавших газах двигателя при применении топлив с присадкой.

4. Выявлено, что содержание, в отработавших газах бензинового двигателя бенз-а-пнрена и полициклических ароматических углеводородов легче бенз-а-пирена снижается при применении присадки на ~95%.

5. Установлено, что многофункциональная присадка на основе N1 снижает коррозию на ~50% для бензина, на ~60% для дизельного топлива; повышает моющие свойства моторных топлив в 2,3 раза; снижает расход бензина на 5-10%; уменьшает давление насыщенных паров моторного топлива на 15,4-21%; электропроводность топлива повышается в 1,6 раз.

6. Подготовлен, разработан и утвержден комплекс документов, необходимых для внедрения многофункциональной присадки на основе N1.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Куваева Е. Н., Магарил Р. 3., Трушкова Л. В. Некоторые свойства многофункциональной присадки. //Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири». - Тюмень, 1996 г. - С. 119-120

2. Куваева Е. Н., Магарил Р. 3., Трушкова Л. В. Присадка к топливам, снижающая токсичность отработавших газов двигателей. //Сборник статей «Нефть и газ». - Уфа, 1996 г.

3. Куваева Е. Н., Магарил Р. 3., Трушкова Л.В., Резник Л.Т. Присадка к топливам, снижающая токсичность отработавших газов двигателей. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Экология автотранспортного комплекса». - Москва, 1996. - С. 36-38

4. Куваева Е. Н., Магарил Р. 3., Магарил Е. Р., Клаузнер Г. М., Трушкова Л. В. Экология и автотранспорт. // «ЭКиП». - 1997 . - №2, май. - С. 18-20

5. Куваева Е. Н., Трушкова Л. В., Магарил Е. Р. Присадка к топливам, снижающая токсичность отработавших газов двигателей. //«Нефть и Газ». -1997,-№6,- С. 159

6. Куваева Е. Н., Трушкова Л. В., Магарил Е. Р. Влияние присадки «КМ» на некоторые свойства бензинов и дизельных топлив. //«Нефть и Газ». -1997. - №6. - С.160

7. Куваева Е. Н., Магарил Е. Р. Влияние многофункциональной присадки на расход автомобильного бензина. //«Нефть и Газ». - 1998. - №6. - С. 114-115

8. Куваева Е. Н., Магарил Е. Р. Применение многофункциональной присадки как наиболее экономичный и эффективный метод повышения экологической безопасности автомобильного транспорта. //Тезисы научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов». - Екатеринбург, 1999 г. - С. 33

9. Куваева Е. Н., Магарил Е. Р. Многофункциональная присадка к моторным топливам. //3-я международная научно-техническая конференция «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе». -Москва, 1999 г. - С. 66

Ю.Куваева Е. Н., Магарил Р. 3., Магарил Е. Р. Экология автотранспорта. Некоторые аспекты. // «ЭкиП». (в печати).

11.Кунаева Е. Н., Магарил Е. Р. Возможность снижения загрязнения воздуха больших городов бенз(а)пиреном. //Тезисы докладов научно-технической конференции «Уралэкология - Техноген 2000». - Екатеринбург, 2000г. - С. 88

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА МОТОРНЫХ ТОПЛИВ С ПОМОЩЬЮ ПРИСАДОК.

1. Классификация присадок.

2. Присадки, улучшающие эксплуатационные свойства моторных топлив.

2.1. Антидетонационные присадки.

2.2. Присадки, улучшающие сгорание топлива в дизельных и реактивных двигателях.

2.3. Антиокислительные присадки.

2.4. Противонагарные присадки.

2.5. Моюще-диспергирующие присадки.

2.6. Противокоррозионные присадки.

2.7. Противодымные присадки.

2.8. Присадки, облегчающие применение топлив при низких температурах.

2.8Л. Присадки, предотвращающие образование кристаллов льда в топливах.

2.8.2. Присадки, снижающие температуру кристаллизации топлив ( депрессоры ).

2.9. Присадки различного назначения.

2.9.1. Присадки, увеличивающие электропроводность топлив (антистатические).

2.9.2. Присадки, подавляющие деятельность микроорганизмов (биоциды).

2.9.3. Красители.

2.10. Многофункциональные присадки.

ГЛАВА II. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ПРИСАДКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ ТОПЛИВ.

1. Испытания влияния присадки на токсичность отработавших газов бензинового двигателя по методике правил №83 Европейской экономической комиссии ООН (с пуском прогретого двигателя).

2. Испытания влияния присадки на токсичность отработавших газов дизельного двигателя по нормам правил №49 Европейской экономической комиссии ООН.

3. Содержание № в отработавших газах.

4. Содержание бенз-сх-пирена в отработавших газах.

5. Антиобледенительные свойства.

6. Депрессорные свойства.

7. Моющие свойства.

8. Антикоррозионные свойства.

9. Антинагарные свойства.

10. Коксуемость 10%-ого остатка.

11. Удельный расход топлива.

12. Фракционный состав.

13. Исследование влияния присадки на давление насыщенных паров топлива.

14. Исследование влияния присадки на электропроводность топлива.

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ ПРИСАДКИ НА СВОЙСТВА МОТОРНЫХ ТОПЛИВ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Исследование влияния присадки на выбросы токсичных веществ по правилам ЕЭК ООН №83.

2. Исследование влияния присадки на выбросы токсичных веществ при испытаниях правилам №49 ЕЭК ООН.

3. Содержание N1 в отработавших газах.

4. Содержание бенз-сс-пирена в отработавших газах.

5. Антиобледенительные свойства.

6. Депрессорные свойства.

7. Моющие свойства.

8. Антикоррозионные свойства.

9. Антинагарные свойства.,.

10. Коксуемость 10%-ного остатка.1:

11. Удельный расход топлива.

12. Фракционный состав.

13. Исследование влияния присадки на давление насыщенных паров топлива.

14. Исследование влияния присадки на электропроводность топлива.

15. Опыт длительной эксплуатации автомобиля с присадкой.

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

ГЛАВА IV. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Целесообразность применения присадки к моторным топливам.

2. Внедрение результатов.

ВЫВОДЫ.

Ежегодно мир потребляет ~ 4 млрд. м нефти [1]. Примерно 50% добываемой нефти перерабатывается в моторное топливо. Происшедшие за последние десятилетия изменения требований к качеству и компонентному составу автомобильных бензинов и дизельных топлив обусловлены непрерывным ростом мирового парка автомобилей -основных потребителей этих топлив. Прогнозируется, что общее количество легковых автомобилей достигнет к 2000 году 550 млн. и будет увеличиваться далее при среднегодовом приросте около 9% [2].

В связи с насыщенностью автомобилями, в мире стоит первостепенная проблема загрязнения воздуха. 90-е годы - это десятилетие борьбы за охрану окружающей среды: европейские потребители находятся под сильным воздействием экологических проблем. Углубляется озабоченность по поводу качества топлив и транспортных пробок, особенно в крупных городах с постоянно увеличивающимся парком автомобилей. Потребитель обременен загрязнением атмосферы транспортными средствами и промышленностью. Таким образом, качество топлива теперь становится ключевой проблемой.

Выбросы с отработавшими газами автотранспортных средств -крупнейший источник загрязнения атмосферы. Твердые частицы, углеводороды и их оксипроизводные, СО, СОг, оксиды серы и образующийся озон создают глобальные проблемы. Для их решения требуются крупные ресурсы [3]. Наибольший ущерб окружающей среде 6 приходится на наиболее развитые страны: США, Японию, страны Западной Европы и Россию.

Загрязненный воздух - источник хронических заболеваний взрослых и детей. В частности, у детей развиваются расстройства нервной системы и сердечно-сосудистые заболевания. По статистике США, более 70% случаев детских заболеваний происходит из-за вдыхания газов, а число раковых заболеваний возрастает при этом на 7% в год. Согласно данным ВОЗ, в 68% случаях болезни человечества вызваны вдыханием отравленного воздуха [4 ].

Снижению токсичных выбросов с отработавшими газами в развитых странах уделяется большое внимание. С 1996 года ни одна развитая страна не применяет этилированный бензин. Снижение содержания свинца и его полное исключение из бензина вызвало необходимость изменения технологии и включения таких компонентов бензина, как оксигенаты -высокооктановые присадки - для компенсации утраченных октановых чисел.

Проблему уменьшения токсичных выбросов пытаются решить с помощью применения каталитических нейтрализаторов и внедрения электромобилей. Внедрение электромобилей - очень дорогостоящий, экономически неоправданный способ поддержания норм чистоты атмосферного воздуха. Применение каталитических нейтрализаторов является в настоящее время основным наиболее эффективным средством, снижающим токсичность отработавших газов. Почти весь автомобильный парк США, Канады и Японии оснащен такими системами. В России применение каталитических нейтрализаторов невозможно из-за использования этилированного бензина, а также их применение ведет к увеличению расхода топлива на 7-12% и стоимость таких нейтрализаторов составляет примерно 300$ США. 7

Выбросы отработавших газов автомобилей намного больше при запуске холодного двигателя, чем при эксплуатации разогретого. Количество выбросов увеличивается при использовании автомобиля в холодных климатических условиях, что характерно и в нашей стране.

Постоянно растущие требования к качеству моторных топлив требуют поиска новых эффективных средств, улучшающих их эксплуатационные свойства. Часто использование присадок является единственно возможным способом поддержания оптимального режима работы двигателя. Использование присадок к топливу предоставляет широкие возможности оперативно и гибко влиять на качество топлива и процессы горения. Введение присадок позволяет, не расширяя ассортимента товарных топлив приспосабливать их под конкретные условия эксплуатации, например, в межсезонный период придавать бензинам антиобледенительные свойства или улучшать антидымные характеристики дизельных топлив при форсированных режимах работы двигателей. Кроме того, использование присадок позволяет наиболее быстро и при минимальных затратах снижать количество токсичных выбросов на транспорте. Для этого не требуется больших капиталовложений, проектирования и строительства новых установок, а затраты на приобретение и введение присадок в топливо дают немедленный экологический или экономический эффект[5]. Поэтому большое внимание уделяется присадкам, снижающим токсичные выбросы и не влияющим на качество моторных топлив. В ТюмГНГУ разработана многофункциональная присадка, значительно снижающая токсичность выбросов и расходуемая примерно в 100 раз меньше, чем существующие мировые аналоги[6].

Для внедрения присадки было необходимо исследовать ее влияние на комплекс эксплуатационных свойств моторных топлив, а также 8 установить имеются ли выбросы N1 с отработавшими газами, так как N1 обладает высокой токсичностью.

Целью данной работы стало исследование влияния многофункциональной присадки на основе № на комплекс экологических и эксплуатационных свойств моторных топлив. 9

Выводы

1. Исследовано влияние присадки на экологические и эксплуатационные свойства моторных топ л ив.

2. Разработаны упрощенные методики для определения влияния присадки на моющие и антинагарные свойства моторных топлив.

3. Установлено отсутствие выбросов N1 в отработавших газах двигателя.

4. Определено, что содержание, в отработавших газах двигателя, бенз-а-пирена и полициклических ароматических углеводородов, легче бенз-а-пирена, снижается при применении присадки ~на 95,34%.

5. Определено, что многофункциональная присадка на основе № снижает коррозию ~на 48% для бензина, ~на 59% для дизельного топлива; повышает моющие свойства моторных топлив в 2,3 раза; снижает расход бензина на 5-10%; уменьшает давление насыщенных паров моторного топлива на 15,4-21%; электропроводность топлива повышается в 1,6 раз.

6. Подготовлен, разработан и утвержден комплекс документов, необходимых для внедрения многофункциональной присадки на основе №.

7. В настоящее время проводятся работы по внедрению присадки в г.г. Сургуте, Тюмени и Уфе.

136

1. Нефтегазовые технологии. 1999. - №2. - с. 24-25

2. Азев В. С., Лебедев С. Р., Митусова Т. Н., Емельянов В. Е. Улучшение качества автомобильных бензинов и дизельных топлив // ХТТМ. 1998. - №5. - с. 5-8

3. Нефтегазовые технологии. 1997. - №6. - с. 31-34

4. Паренаго О. П., Давыдова С. Л. Экологические проблемы химии нефти // Нефтехимия. 1999. - том 39.- №1. - с.3-13

5. Данилов А. М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996 232 с.

6. Патент 2082751. Россия, 1997

7. Нефтепродукты (справочник) под редакцией проф. Лосикова Б. В.,-М.: Химия, 1966-776 с.

8. Данилов А. М. Классификация присадок и добавок к топливам // НП и НХ. 1997. - №6. - с. 11-14

9. Кулиев А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам -Л.: Химия, 1985 312 с.

10. Ю.Чертков Я. Б. Моторные топлива Новосибирск: Наука, 1987206 с.

11. Нефть и химия. 1996. - 30, №2. - с. 3-9 - Болг.

12. Патент 2102437. Россия, 1998

13. И.Кильянов М. Ю., Голубовских В. А., Чеховская О. М., Винокуров В. А. Влияние присадки ФК-4 на антидетонационные свойства бензинов термокаталитических процессов // НП и НХ. 1998. - №1. - с. 23-25137

14. Филимонов И. В., Ананьина Н. В., Чижов В. Б. Исследование эффективности действия антидетонационной композиции АДА и ТЭС // НП и НХ. 1996. - №5. - с. 22-24

15. Патент 2101327. Россия, 1998

16. Miyawaki S., Date К., Akasaka Y., Maeda Т. Evolution of MTBE gasoline by Japan passenger cars // SAE Techn. Pap. 1980. - №801352. - P. 13

17. Effect of MTB blending on the properties of gasoline / Hamid Syed Halim, AH Mohammed Ashraf // Fuel Sci. and Technol. Inf. 1995. -13, №5. -P.509-544.

18. Hashimoto Kohtaro, Arai Mitsuru, Tamara Masamitsu // J. Fac. Eng. A / Univ. Tokyo. 1995,№33. - c. 60-61.19.Патент 5482518. США, 1996

19. Присадки к маслам и топливам. Труды научно-технического совещания. Под ред. Крейна С. Э., Санина П. И. и др. М.: Гостоптехиздат, 1961 - 395 с.

20. Горбунов Г. В., Кириллов В. В., Данилов А. М. Исследование нагароочищаюгцих свойств присадок к дизельным топливам // НП и НХ. -1996. -№3,- с. 14-15

21. Саблина 3. А., Гуреев А. А. Присадки к моторным топливам М.: Химия, 1977 - 256 с.

22. Данилов А. М., Митусова Т. Н., Окнина Н. Г., Пережигина И. Я., Соколов В. В., Меленчук И. А. Разработка и испытания антидымной присадки ЭФАП-Б // НП и НХ. 1995. - №3. - с. 12-14

23. Патент 2009175. Россия, 1995

24. Rare-earth additive cuts diesel fuel emmissions // Chem. Eng. (USA). -1997,- 104, №2.-c. 17

25. Билалов E. Б. Транспорт и противодымные присадки // Международный симпозиум. "Проблемы экологии в нефтепереработке и нефтехимии", Экология-95, Уфа, 14-15 дек., 1995: Тезисы докладов Уфа, 1995.-с. 11

26. Патент 2009173. Россия, 199582.Патент 5334227. США, 1995

27. Фазмахметов Р. Г., Шпиро Г. С., Сальникова И. В., Парфенов Е. В. Подбор и технология получения противодымных присадок к дизельным и жидким котельным топливам // ХТТМ. 1997. - №4. - с. 42-43

28. Сокалов Б. Г., де Векки А. В. Современное состояние и перспективы развития синтеза и применения депрессорных присадок к топливам // НП и НХ. 1996. - №5. - с. 27-31

29. Шапкина Л. Н., Метленкова С. А. Химическая модификация низкомолекулярного этилена для получения депрессорной присадки к печному топливу / Сб. научных трудов ВНИИНП. М.: ВНИИНП, 1990. -Вып. 61. - с. 73-77

30. Чесновицкий К. Г. и др. // ХТТМ. 1993. - № 1. - с. 7-8

31. Башкатова С. Т. и др. // ХТТМ. 1992. - №9. - с. 4-6

32. Заявка 59-115389. Япония, 1984

33. Заявка 62-45692. Япония, 1987

34. Заявка 59-149987. Япония, 1984

35. Eur. Pat. Appl. 479953, 1992; С. А. 1992. - V. 117. - 194989 g.

36. Eur. Pat. Appl. 448166,1991; С. A. 1992. - V. 116. - 8711 s.

37. Самойлов С. П., Монастырский В. Н. // ХТТМ. 1973. - №2. - с.60.6214194.Патент 5102427. США, 199295.3аявка 51-157106. Япония, 197696.Патент 3235347. США

38. Митусова Т. Н., Данилов А. М. Депрессорные присадки // Автомобильная промышленность. 1996. - №6. - с. 24-25103. Патент 269692. ЧССР, 1991

39. Хицман Д. О., Лимард Р. Е. В кн.: Качество моторных и реактивных топлив, масел и присадок (по материалам VII Мирового нефтяного конгресса). Под ред. Папок К. С. и Виппера А. Б. М.: Химия, 1970-300 с.

40. Патент 93043694/04. Россия, 1998

41. Патент 2009176. Россия, 1995111. Патент 5160507. США, 1994112. Патент 5256165. США, 1993113. Патент 5284493. США, 1995

42. Патент 164413. Польша, 1995

43. Емельянов В. Е., Кюрегян С. К., Рудяк К. Б. // НП и НХ. 1980. -№11.-с. 8-10

44. Кюрегян С. К., Демиденко К. А. // ХТТМ. 1979. - №1. - с. 6062

45. Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л. Химмотология. М.: Химия, 1968 - 386 с.

46. Лернер М. О. Химические регуляторы горения моторных топлив М.: Химия, 1979 - 224 с.

47. Малышев А. Н., Широких Д. П. Новый каталитический нейтрализатор // Автомобильная промышленность. 1995. - №8. - с. 32-33

48. Мерцалов А. А., Куров Б. А., Нестеров В. А. Методика испытаний // Автомобильная промышленность. 1995. - №8. - с. 33-34

49. Химия окружающей Среды. Под ред. Дж. О. М. Бокриса, М.: Химия, 1982-671 с.

50. ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА ТЮМЕНИ1. РАСПОРЯЖЕНИЕ1. От С&. /о?. 1998 г.1. Тюмень

51. Об улучшении состояния атмосферного воздуха города путем внедрения присадок к моторным топливам

52. Признать целесообразным применение присадок ( типа КМ или альтернативные) к топливам, ввозимым в город, улучшающих экологические показатели и рекомендовать организациям всех форм собственности реализовать моторное топливо, обработанное присадками;

53. Просить Государственный комитет по охране окружающей среды Тюменской области при согласовании лицензий на право торговли моторными топливами требовать необходимость введения присадки, улучшающей экологические свойства топлива;

54. Просить Тюменскую областную нефт&йнсйекцию осуществлять контроль за применением присадок на территории города;

55. Рекомендовать ассоциации "Запсибнефтепродукт" введение присадки к реализуемым моторнь: -чшливам в городе Тюмени;