автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование изменения качества реактивного топлива ТС-1, хранящегося в условиях тропического климата Вьетнама

Введение.

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общая характеристика топлив для воздушно-реактивных двигателей.

1.1.1 Условия применения топлив для воздушно-реактивных двигателей.

1.1.2 Требование к качеству реактивных топлив.

1.1.3 Окисление и смолообразование в реактивных топливах при хранении .8 1.1.4. Микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности в топливе.

1.2. Реактивное топливо ТС-1.

1.2.1. Фракционный состав.

1.2.2. Элементный и групповой углеводородный составы.

1.2.3. Гетероатомные соединения.

1.2.4. Механические примеси.

1.2.5. Растворенная и свободная вода.

1.2.6. Растворенные газы.

1.2.7. Физико-химические свойства реактивного топлива ТС-1.

1.3. Проблемы хранения и применения реактивного топлива ТСво Вьетнаме.

1.4. Климатические условия районов отбора проб топлива ТС

1.5 Задача исследований.

Глава 2 СОДЕРЖАНИЕ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Содержание исследований.

2.2. Предмет исследований.

2.3. Методы исследований склонности топлива ТС-1 к изменениям его параметров при хранении.

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА РЕАКТИВНОГО ТОПЛИВА ТС

НА СКЛАДАХ ГСМ И В БАКАХ АВИАТЕХНИКИ 3.1. Исследование реальных условий хранения и применения топлива ТС

3.2. Исследование степени биозасоренности топлива ТС-1, находящегося на хранении и в эксплуатации в СРВ.

3.3. Исследование фактического качества топлива ТС-1, находящегося на хранении и в эксплуатации в СРВ.

3.4. Оценка эксплуатационных свойств желтого топлива ТС-1, находящегося на хранении в СРВ.

3.4.1. Термоокислительная стабильность топлива ТС-1.

3.4.2. Совместимость топлива ТС-1 с металлами

3.4.3. Совместимость с резинотехническими изделиями.

Глава 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ИЗМЕНЕНИЯ ЦВЕТА

ТОПЛИВА ТС-1 ПРИ ХРАНЕНИИ

4.1. Опытное хранение топлива ТС-1 в реальных условиях.

4.2. Исследование динамики изменения цвета топлива ТС-1, находящегося на хранении в реальных условиях СРВ.

4.3. Исследование изменения окраски топлива ТС-1 при лабораторном хранении.

4.3.1. Исследование влияния металлов на топлива ТС-1.

4.3.2. Исследование влияния воды на топлива ТС-1.

4.3.3. Исследование причин изменения окраски топлива ТС-1 в лабораторных условиях.

4.3.4. Динамика изменения окраски топлива ТС-1 при опытном хранении в реальных и лабораторных условиях.

Глава 5 ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ

ВЕЩЕСТВ, ОКРАШИВАЮЩИХ ТОПЛИВО 5.1. Изучение процессов изменения цвета топлива ТС-1 при воздействии света.

Глава 6 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВОССТАНОВЛЕНИЯ

КАЧЕСТВА ТОПЛИВА ТС-1 6.1 Адсорбенты.

6.2. Метод восстановления качества топлива ТС-1.

6.3. Эффективность метода восстановления качества топлива ТС

Глава 7 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ

ТРОПИКОСТОЙКОСТИ ТОПЛИВА ТС

7.1. Исследования эффективности биоцидной присадки

7.1.1. Лабораторные испытания топлива ТС-1 с присадкой.

7.1.2. Натурные испытания топлива ТС-1 с присадкой.

7.2. Исследования эффективности антиокислительной присадки

7.2.1 Лабораторные испытания топлива ТС-1 с антиокислительной присадкой.

7.2.2 Натурные испытания топлива ТС-1 с антиокислительной присадкой

Выводы.

Социалистическая Республика Вьетнам в настоящее время не имеет своей нефтеперерабатывающей промышленности, но в перспективных планах страны развитию этой отрасли уделяется большое внимание. На сегодняшний день потребности в нефтепродуктах удовлетворяются за счет импортных поставок, основная доля которых приходится на Российскую Федерацию.

Специфические климатические условия СРВ предъявляют особые требования к горюче-смазочным материалам при их хранении, транспортировке и применении. В условиях высоких среднегодовых температур, повышенной относительной влажности воздуха и значительного количества осадков в "сезон дождей" ГСМ подвергаются крайне неблагоприятному воздействию внешних факторов, которые во многих случаях не учитывались российскими разработчиками продуктов, ориентировавшихся, прежде всего, на климатические условия России. Поэтому вопросы исследования изменения физико-химических свойств ГСМ, применяемых в условиях жаркого тропического климата, выявление особенностей их использования, установление допустимых сроков хранения, разработка мероприятий по повышению устойчивости продуктов нефтепереработки к воздействию факторов тропического климата, имеют важное значение при решении задач обеспечения надежной и безотказной эксплуатации вооружения, военной техники и специальных средств в пределах установленного для них ресурса.

Из всей номенклатуры применяемых во Вьетнаме ГСМ наиболее жесткие требования предъявляются к топливам для авиационных газотурбинных двигателей. Основным сортом, потребляемым военной авиацией СРВ, является реактивное топливо ТС-1 российского производства (ГОСТ 10227-86).

На основании многолетнего опыта применения топлива ТС-1 вьетнамские специалисты отмечают, как основную, проблему, связанную с изменением окраски топлива (от бежевой до желто-зеленой) в ходе его кратковременного хранения в течение 3-12 месяцев. Впервые отмеченное явление привлекло их внимание в начале 70-х годов, но в последние годы случаи изменения цвета топлива ТС-1 стали более частыми. Следует отметить, что в России подобные явления при хранении топлив в течение установленного нормативно-технической документацией срока (5 лет) не зафиксированы.

Хотя ГОСТ 10227-86 на реактивное топливо ТС-1 не содержит требований к его внешнему виду и не была установлена взаимосвязь между цветом и показателями качества, нормируемыми стандартами, основной потребитель во Вьетнаме - авиация, опасается применять пожелтевшее топливо, предполагая на основании данных, приводимых в технической литературе, ухудшение его эксплутационных характеристик и связывая это с участившимися случаями неисправностей и отказов авиатехники. Так, например, в 90-х годах в районе Камрань крупные партии топлива были забракованы службой ГСМ по причине появления окраски, что привело к временному прекращению полетов. Аналогичные случаи имели место и в ВВС министерства обороны СРВ.

В России проводились широкие исследования изменений химического состава топлив при хранении, обоснованы допустимые сроки хранения на складах для различных климатических зон России.

Научно-обоснованные нормы по этим вопросам регламентируются соответствующей технической документацией. Однако, до настоящего времени систематические исследования, относящиеся к особенностям поведения топлив в экстремальных условиях эксплуатации в жарком тропическом климате, не проводились. Отсутствие экспериментальных и научных данных не позволяет сформулировать рекомендации по эксплуатации топлив в жарком тропическом климате.

На решение этих вопросов, а также исследование пожелтения топлив в процессе хранения и была направлена настоящая работа.

Это вызывает необходимость более углубленного изучения процессов, протекающих в топливе ТС-1 и приводящих к изменению его цвета.

В связи с этим в процессе работы поставлены и решены следующие вопросы:

- определение причин изменения цвета топлива при хранении;

- исследование влияния изменения цвета топлива ТС-1 на его эксплуатационные характеристики;

- выделение и изучение химической структуры окрашивающего вещества в топливе ТС-1;

- разработка рекомендаций по сохранению качества топлива ТС-1 при его хранении в условиях жаркого тропического климата Вьетнама;

- разработка рекомендаций по восстановлению качества окрашенного топлива, находящегося на базах горюче-смазочных материалов.

Научная новизна: впервые установлено, что изменение цвета топлива ТС-1 происходит за счет накопления продуктов окисления азотистых соединений, содержащих в молекулах хинониминные функциональные группы. Предложены гипотетическая схема и математическая модель процессов окисления алкилхинониминов и алкилхинондииминов изменения окраски топлива.

Практическая значимость: разработаны рекомендации по устранению окрашивания и повышению стойкости топлива к воздействию факторов тропического климата путем использования в составе топлива антиокислительной присадки ионол в концентрации 0,005% и биоцидной присадки ТЦ-011 в концентрации 0,005%, что позволяет продлить гарантийный срок хранения в 1,5 - 2 раза. Разработан процесс восстановления качества топлива ТС-1, изменяющего окраску после хранения, с помощью адсорбционной очистки на силикагеле.

выводы

1. Впервые проведено комплексное исследование причин изменения окраски реактивного топлива ТС-1 при его длительном хранении в условиях тропического климата Вьетнама и разработаны рекомендации для стабилизации качества топлива резервного хранения.

2. Показано, что изменения физико-химических и эксплуатационных свойств топлива ТС-1 при длительном более 2 лет хранении не выходит за рамки, предусмотренные ГОСТом а изменение его цвета связано с фотохимической активностью соединений с хинониминной и хинондииминной структурами. Появление желто-зеленой окраски топлива в этом случае не связано с резким ухудшением его качества. Прямой связи между биоповреждением топлива и изменением его окрашивания при хранении не обнаружено.

3. Изучена динамика изменения цвета топлива ТС-1 в зависимости от условий его хранения. Выявлено преимущество хранения в подземных резервуарах, выполненных из стали, вдали от прибрежной зоны. Для повышения стабильности качества топлива резервного хранения рекомендована композиция присадок биоцидного и антиокислительного действия в концентрациях по 0,005 % мае.

4. Установлена возможность восстановления качества топлива резервного хранения путем его адсорбционной очистки силикагелем КСМ.

5. Предложенные рекомендации позволяют существенно снизить расходы на обеспечение резерва страны и обеспечить повышенную боеготовность ВВС MHO Вьетнама.

1. Большаков Г.Ф. Физико-химические основы применения реактивных топлив.- Л.: Химия, 1972. 232 с.

2. Большаков Г.Ф., Глебовская Е.А. Гетероорганические соединения реактивных топлив.- Л.: Изд. ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, 1962.- 220 с.

3. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов.-Л.: изд. Недра, 1974. 320 с.

4. Большаков Г.Ф. Физико-химические основы применения топлив и масел. Теоретические аспекты химмотологии. Новосибирск: Наука, 1987. -209 с.

5. Братков A.A., Серегин Е. П., Горенков А.Ф., Чирков A.M., Ильинский А. А., Зрелов В.Н. Химмотология ракетных и реактивных топлив.- М.: Химия, 1987.-304 с.

6. Братков A.A., Азев B.C., Виленкин A.B., Горенков А. Ф., Заскалько П.П., Серегин Е.П. и другие. Теоретические основы химмотологии.- М.: Химия, 1984.-390 с.

7. Вишнякова Т.П., Голубева И.А. Стабилизация реактивных топлив антиокислительными присадками. М.: ЦНИИТЭ нефтехим., 1980. с.36 (переработка нефти, тем. Обзор)

8. Вишнякова Т.П., Голубева И.А. и др. Стабилизаторы и модификаторы нефтяных дистиллятных топлив.- М.: химия, 1990.- 192 с.

9. Голубева И.А., Харитонов В.В., Климаева Е.В., Яковлев B.C. ХТТМ., 1993 г.

10. Гуреев A.A., Азев B.C., Камфер Г.М. Топливо для дизелей. Свойства и применение.- М.: Химия, 1993.- 336 с.

11. Гуреев A.A., Серегин Е. П., Азев B.C. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. -М.: Химия, 1984,- 198 с.

12. Гуреев A.A., Фукс И.Г., Лашхи B.JI. Химмотология. М.: Химия. 1986.336 с.

13. Денисов Е.Т., Ковалев Г.И. Окисление и стабилизация реактивных топлив,- М.: Химия, 1983.- 273 с.

14. Данилов А.М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: химия, 1996.- 232 с.

15. Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г. и др. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив. Справочник М.: Химия, 1985.- 240 с.

16. Ивченко Е.Г., Севостьянов Т.В. Сернистые и высокосернистые нефти. Баш. АССР.- М.: Гостоптехидат. 1963. -319 с.

17. Карпов В.А. Доклад "Результаты предварительных исследований образцов авиационного топлива ТС-1 во Вьетнаме». ИЭМЭЖ, 1989.

18. Карпов В.А., Лаптева Е.А. Научно-техническая справка по результатам микробиологитческих и химмотологических исследований. ИЭМЭЖ, 1990.

19. Кошелев В.Н., Голубева И.А. и др. Стабилизация экологически чистого дизельного топлива композиционными присадками. М.: ХТТМ., N.4.1996 г. с. 29-31.

20. Лай Тхи Ти Хьен. Микроорганизмы в топливе ТС-1 во Вьетнаме. Доклад во ВНИИНП.-М. 1986.

21. Литвинов A.A. Основы применения реактивных топлив в гражданской авиации,- М.: Транспорт, 1983.- 145 с.

22. Паушкин Я.М. Химический состав и свойства реактивных топлив.- М.:

23. Изд. АН СССР, 1958.- 376 с.

24. Паушкин Я.М. Химия реактивных топлив.- М.: изд-во АН СССР, 1962.236 с.

25. Пискунов В.А., Зренов В.Н. Влияние топлив на надежность реактивных двигателей и самолетов.- М.: Машиностроение, 1978.- 270 с.

26. Саблина З.А. Состав и химическая стабильность моторных топлив.- М.: Химия, 1972.- 280 с.

27. Сергиенко С.Р. Высокомолекулярные соединения нефтей.- М.: Химия, 1964.- 541 с.

28. Спиркин В.Г. Химмотология топлив. Под ред. И.Г. Фукса. -М.: нефть и газ, 2002.-181 с.

29. Чертков Я.Б., Большаков Г.Ф., Гулин Е.И. Топлива для реактивных двигателей.- М.: Недра, 1964.- 226 с.

30. Чертков Я.Б., Спиркин В.Г. Сернистые и кислородсодержащие соединения нефтяных дистиллятов.- М.: Химия, 1971.- 107 с.

31. Чертков Я.Б., Спиркин В.Г. Применение реактивных топлив в авиации.

32. М.: Транспорт, 1974.- 160 с.

33. Чертков Я.Б. и др. Химия и технология и масел.-М.: 1976, №2, с. 3-58.

34. Чертков Я.Б. Современные и перспективные углеводородные реактивные и дизельные топлива.- М.: Химия, 1968.- 335 с.

35. Чертков Я.Б. Неуглеводородные соединения в нефтепродуктах.- М.: Химия, 1964.- 228 с.

36. Чуршуков Е.С. Рожков И.В., Широкова Г.Б., Корнилова E.H. Влияние меркаптановой серы на коррозионные свойства реактивных топлив. Нефтепереработка и нефтехимия.- 1969.-№7. -С. 18-21.

37. Энглин Б.А. Применение жидких топлив при низких температурах.- М.: Химия, 1980.- 167 с.

38. Чертков Я.Б., Рыбаков К.Б. Загрязнения и методы очистки нефтяных топлив.- М.: Химия, 1970.- 238 с.

39. Химмотология реактивных и ракетных топлив. Под. ред. A.A. Браткова-М.-Химия,-1987.-301 с.

40. Теоретические основы химмотологии. Под. ред. Браткова А.А.-М.-: Химия.- 1984.-320 с.

41. АН, М. F.; Nizami A. Role of Heteroatoms in Jet Fuel Instability. Fuel Science & Technology International V 13 May 1995. P 655-679.

42. Black, В. H.; Hardy, D. R.; Beal, E. J. Accelerated Peroxide Formation in Jet Fuel Using Conventional and Oxygen Overpressure Methods. Prepr.Pap.-Am. Chem.Soc., Div. Fuel. Chem. 1990, 35(4), 1277-1285.

43. Black, В. H.; Hardy, D. R.; Beal, E. J. Accelerated Peroxide Formation in Jet Fuel at 65 °C in Capped and Vented Bottles. Energy Fuels 1991,2, 281-282.

44. Chin L. P.; Katta V. R. Viswannath R. Numerical Modeling of Jet Fuel Autoxidation in flowing Systems. American chemical society, division of petroleum chemistry, v 39, n 1 Feb 1994. Washington, DS, USA. p 19-25.

45. Clark, R. H. The Role of a Metal Deactivator in Improving the Thermal Stability of Aviation Kerosines. Presented at the 3rd International Conference on Stability and Handling of Liquid Fuels, London, 1988.

46. Comyn, J.; Day, J.; Shaw, S. J. Durability of Aluminum-Sealant Joints in Jet fuel, Water and Antifreeze. International Journal of Adhesion and Adhesives v 117n3 Aug 1997, p 213-221

47. Edwards, T. USAF Supercritical Hydrocarbon Fuels interests. AIAA Paper 93-0807, presented at the AIAA 31 st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, Jan 11-14,1993.

48. Edward, T.; Zabarnick,S. Supercritical Fuel Deposition Mechanisms. Ind. Eng.Chem. Res 1993, 32, 3117.

49. Ervin J. S.; Williams T. F.; Heneghan S. B. Reduced Dissolved Oxygen and Jet Fuel Deposition. Aerospace Power Proceeding of the Intersociety Energy Conversion Engineering Conference v 1 1995. USA, p 515-522.

50. Ervin, J. S.; Heneghan, S. P.; Martel, C. R.; Williams T. F. Effects of Surfaces on Deposits Resulting from Thermally Stressed Jet Fuels. ASME J. Eng. Gas. Turb. Power 1995. 98-103.

51. Fraytet; Michael C.; Seal B. Method for Improving the Long Term Color Stability of Jet Fuel. Patent № USH0001368.

52. Grant Jones E., Lori M. Balster, and Walter J. Balster. Quantitative Evaluation of Jet Fuel Fouling and the Effect of Additives. Energy & Fuels 1995, 9, 906-912.

53. Hardly, D. R.; Beal, E. J. Presented to CRC Tests Methods Panel of the Oxidation Stability Group, 19 April 1993. Also: Prepr.-Am. Chem. Soc., Div. Pet. Chem. 1994, 39, 82.

54. Hardy, D. R.; Hazlett, R. N.; Beal, N. J.; Burnett, J. C. Assessing Distillate Fuel Storage Stability by Oxygen Overpressure. Energy Fuels 1989, 3, 20-24.

55. Hazlett, R. N. Thermal Oxidation Stability of Aviation Turbine Fuels, ASTM Monograph 1; American Society for Testing and Materials: Philadelphia, 1991; pp 150-151.

56. Hazlett, R. N., Hall, J. M.; Nowack, C. J.; Craig, L. Hydroperoxide Formation in Jet Fuels. In Proceeding of the Conference on Long Term Storage Stability of Liquid Fuels, Tel Aviv, Israel, Dec 1983, pp 132-148.

57. Heneghan, S.; William, T.; Martel, C.; Ballal, D. Effects of Oxygen and Additives on the Thermal Stability of Jet Fuels. ASME J. Eng. Gas Turb. Power 1995, 117, 120.

58. Holmes, S. In 'Proc. 2nd Int. Conf. on Long Term Storage Stabilities of Liquid Fuels' (Ed. L. L. Stavinoha), Southwest Research Institute, San Antonio, 1986, p336.

59. James M. Pickard, E. Grant Jones. Kinetics of the Autoxidation of a Jet-A Fuel. Energy & Fuels 1996, 10, 1074-1077.

60. Johnson, R. K; Monita, C. M. Jet Fuel Stability and Effect of Fuel- System Material. Technical Report AFAPL-TR-68-20; Air Force Aero Propulsion Laboratory, Wright- Patterson Air Force Base: Dayton, OH, 1968.

61. Jones, E. G.; Balster, W. J. Baiter, L. M. Quantitative Evaluation of Jet-Fuel Fouling and the Effect of Additives. Energy Fuels 1995, 9, 906-912.

62. Jones, E. G.; Balster, W. J. Surface Fouling in Aviation Fuel: Short-vs Long-Term Isothermal Tests. Energy & Fuels. 1995, 9, 610-615.

63. Kauffman, Robert E. Effects of Different Sulfur Compounds on Jet Fuel Oxidation and Deposition. American Society of Mechanical Engineers 1995. ASME, New York, USA. 8 pp.

64. Neihof, R. A. In 'Proc. 2nd Int. Conf. on Long Term Storage Stabilities of Liquid Fuels' (Ed. L. L. Stavinoha), Southwest Research Institute, San Antonio, 1986, p 215.

65. Nguyen Van Khue. The use of silicagel in separating oxidized product from jet fuel. Journal of chemistry, T. 39/3, 65-68, 2001.

66. Nguyen Van Khue, Nguyen Phuong Tung, Vu Tam Hue. Oxidation and colour changes of Jet fuel TC-1 kept in storage in Vietnam. Journal of chemistry, T. 38/2, 45-48, 2000.

67. Nguyen Van Khue, Nguyen Phuong Tung, Lai Thi Thuy Hien. Khao sat qua trinh nhiem ban sinh hoc cua nhien lieu phan luc TC-1 trong dieu kien bao quan o Viet Nam. Vien Cong Nghe Hoa hoc, 48-52, 1998.

68. Nguyen Van Khue, Hoang Kim Trong. Tuyen tap bao cao cua TTNDVN, Ha Noi, 141-143, 1993.

69. Nguyen Van Khue, Nguyen Phuong Tung. The effects of BHT (2,6 di-tert-butyl-4methylphenol) as an anti-oxidation additive for TC-1 jet fuels. Journal of chemistry T39/1 80-83, 2001.

70. Pande, S. G.; Hardy, D. R. Effect of Copper, MDA, and Accelerated Aging on Jet Fuel Thermal Stability As Measured by the Gravimetric JFTOT. Energy & Fuels, 1995, 9, 177-182.

71. Pande S. G.; Black B. H. A Reliable and Practical Accelerated Test Method for Predicting the Long-Term Storage Stabilities of Aviation Turbine Fuel Based on Hydroperoxide Formation. Energy & Fuel 1995, 9, 183-187.

72. Pande S. G.; Harddy D. R. Comparison of the Effects of Storage in the Presence of Copper Using Laboratory VS Field Conditions on Jet Fuel Thermal Stability as Measured by the Gravimetric JFTOT. Energy & Fuels v 11 n 5 Sep-Oct 1997. P 1019-1025.

73. Parde R.; Batts B. D. The Chemical Composition of a Jet Fuel Sediment Formed by Microbiological Action. Fuel Vol. 75, 9, pp. 1132-1138,1996.

74. Pickard, J. M.; Jones, E. G. Catalysis of Jet-A Fuel Autoxidation by Fe203.

75. Reinoso, E. H. and Fleischmacher, O. In 'Proc. 2nd Int. Conf. on Long Term Storage Stabilities of Liquid Fuels' (Ed. L. L. Stavinoha), Southwest Research Institute, San Antonio, 1986, p 296.

76. Taylor, W. Deposit Formation from Deoxygenated Hydrocarbons. II. Effects of Trace Sulfur Compounds. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1976, 15, 64.

77. Taylor, W.; Frankenfeld, J. Deposit Formation from Deoxygenated Hydrocarbons. III. Effects of Trace Nitrogen and Oxygen Compounds. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1978, 17, 87.