автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка новых композиционных составов профилактических средств

005048993

На правах/рукописи

СТАНКЕВИЧ КЛАРА ЕВГЕНЬЕВНА

РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СОСТАВОВ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Специальность 05.17.07 -«Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2013

3 1 ЯНВ 2013

005048993

Работа выполнена на кафедре «Технология нефти и газа» ФБГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технической университет».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Кондрашева Наталья Константиновна.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Хайрудинов Ильдар Рашидович

доктор химических наук, профессор, академик РАЕН, главный научный сотрудник ГУЛ Институт нефтехимпереработки РБ; Рахимов Марат Наврузович доктор технических наук, профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет, профессор, заведующий кафедрой «Нефтехимии и химической технологии».

ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет»

Защита состоится «13 февраля » 2013 года в 16.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при ФБГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета. Автореферат разослан «12 января » 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. При перевозке полезных ископаемых возникает проблема, связанная с налипанием и примерзанием части горной массы к металлической поверхности кузовов вагонов и автосамосвалов. При этом до 50% горной породы остается невыгруженной, а это вызывает необходимость в дополнительной очистке, которая приводит к понижению производительности карьерного транспортного оборудования на 20% и увеличивается стоимость перевозки на 30 %.

Профилактические средства нефтяного происхождения - Ниогрин, Универсин, Северин применяются для предотвращения примерзания и смерзания насыпных грузов при транспортировании, а также для пылеподавления и выдувания сыпучих материалов. Однако ресурсы сырья для их производства дефицитны, в то время как потребность в профилактических средствах по России составляет порядка 40 - 50 тысяч топи в год. Поэтому возникла необходимость в поиске новых видов сырья для производства низкозастывающих профилактических средств, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

Исследования, направленные на использование побочных продуктов нефтехимических производств, ресурсы которых имеются в необходимом объёме, являются актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка и исследование новых композиционных составов с получением профилактических средств на базе продуктов вторичных процессов нефтепереработки и побочных продуктов нефтехимических производств для предотвращения прилипания, примерзания вскрышных пород и выдувания сыпучих материалов при транспортировке на горно-добывающих и горно-обогатительных предприятиях, а также для пылеподавления.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1 Определение зависимости вязкостно-температурных свойств базовых продуктов и их компаундов с остатками продуктов нефтехимии и нефтепереработки

2 Исследование влияния тяжелых нефтяных остатков (ТНО), вводимых в базовую основу, на. эксплуатационные свойства разрабатываемого профилактического средства.

-3 Оценка коррозионного влияния различных составов профилактического средства на металлическую поверхность транспортного оборудования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлено, что использование в качестве базовой основы низкозастывающих профилактических смазочных материалов -высокоароматизированных нефтепродуктов (нефраса, тяжелого газойля каталитического крекинга, побочных продуктов нефтехимических производств - кубового остатка ректификации этилбензола и гидрированной фракции смолы пиролиза); в качестве адгезионной, противоизносной, антикоррозионной и вязкостной присадки — тяжелые нефтяные остатки (крекинг-остаток, битум, мазут) в интервале концентраций от 20 до 50 % позволяет улучшить основные эксплуатационные свойства профилактических средств, а именно: уменьшить диаметр пятна износа на 0,1 - 0,4 мм, характеризующий смазочную способность продукта; снизить коэффициент коррозии металлической поверхности и повысить адгезионную способность.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработаны новые композиционные составы профилактических средств из продуктов глубокой переработки нефти и побочных продуктов нефтехимических производств и технологическая схема их получения. Проверка эффективности профилактического действия смазочных материалов проведена в ГУЛ «Институт нефтехимпереработки РБ». Предложенная рецептура получения профилактических средств принята для организации производства на базе опытно-экспериментального производства ИНХП.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

- Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка

и нефтехимия», Уфа, 2005 г.;

- II международной научно-технической конференции, Днепропетровск,

2005г.;

- 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых

учёных, Уфа, 2005 г.;

- Конференции «Перспективы развития химической переработки горючих

ископаемых», Санкт - Петербург, 2006 г.;

- Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка

и нефтехимия — 2007», Уфа, 2007 г.;

- Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка

и нефтехимия - 2008», Уфа, 2008 г.;

- Научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2012», Уфа,

2012 г.;

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 статьи, 2 патента и 9 материалов докладов.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 126 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 164 наименований, содержит 33 таблицы, 16 рисунков, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и сформулированы ее цель и задачи.

В первой главе рассмотрены теоретические основы производства профилактических средств, проведен анализ современных способов борьбы с

прилипанием, примерзанием и смерзанием полезных ископаемых и вскрышных пород с повышенной естественной влажностью к рабочей поверхности полувагонов, кузовов автосамосвалов и ковшей экскаваторов при добыче и транспортировке сыпучих материалов.

Изучение профилактических средств, как нефтяных дисперсных систем (НДС), позволяет получить комплексную информацию о влиянии состава и свойств исходных компонентов, а также условий их компаундирования. Смешение базовых основ и остаточных компонентов при нормальных условиях вызывает нерегулируемые процессы физико-химического агрегирования высокомолекулярных соединений (ВМС), которые являются причиной формирования в НДС обратимых надмолекулярных структур с различными физико-химическими свойствами.

Для научно-обоснованного подбора сырья и оптимального состава профилактических средств с позиции физико-химической механики были изучены закономерности процесса формирования ССЕ, смазывающие и поверхностные свойства адсорбционных углеводородных слоев на твердых поверхностях.

Во второй главе описаны методы исследования физико-химических и вязкостно-температурных свойств НДС, приведены характеристики объектов исследования и изучены состав и свойства базовых компонентов новых и ранее разработанных профилактических средств. Физико-химические характеристики компонентов приведены в таблицах 1 и 2.

Одним из основных эксплуатационных показателей профилактических средств являются смазывающие свойства. Исследования смазывающих характеристик образцов профилактических средств проводились на четырёхшариковой машине трения ЧШМ-З (ГОСТ 9490) с дальнейшим замером значений диаметра пятна износа и критической нагрузки. Оценка смазывающей способности разработанных образцов профилактических средств и исходных базовых компонентов проводилась по ГОСТ 6953.

Краевой угол смачивания и поверхностное натяжение определялись для исследуемых базовых основ и профилактических составов на приборе Ребиндера.

Коррозионная активность исходных компонентов профилактического средства, а также антикоррозионные свойства композиционных составов по отношению к металлической поверхности определялись по методике, разработанной на кафедре материаловедения и защиты от коррозии в УГНТУ.

Таблица 1 - Качество исходных компонентов профилактического средства

Наименование показателя ТГКК КОРЭ марки Б ГФСП Нефрас

Плотность при 20 °С, кг/м3 1020 949 977 910

Вязкость условная,°ВУ,

при 50 °С 2,06 - - -

при 80 °С - 1,167 1,00 1,005

Температура вспышки в закрытом тигле, °С 80 119 70 69

Температура застывания, °С 2 минус 30 минус 30 Ниже минус 75

Содержание механических примесей, % масс. отс. 0,483 0,023 0,051

Содержание воды, % масс. отс. отс. отс. отс.

Углеводородный состав, % масс.: парафинонафтеновые 22 8,4 12,1 11,8

легкие ароматические 5,2 - 6,9 -

средние ароматические 13,3 2,8 11,4 12,9

тяжелые ароматические 62 82,7 47,4 63,8

смолы I 1Д 1.0 13,1 4,6

смолы II 1,9 5,1 18,3 6,9

Таблица 2 - Физико-химическая характеристика остаточных компонентов

Наименование показателя Крекинг-остаток Мазут М-100

Плотность при 20 °С, кг/м3 . 983 1052

Вязкость условная, °ВУ при 80 °С при 100 °С капает 9,05 капает 5,5

Температура вспышки в открытом тигле, °С 178 100

Температура застывания, °С 8 9

Содержание воды, % масс. отс. 15,0

Содержание серы, % масс. 2,1 2,75

Зольность, % масс. 1,92 0,5

Коксуемость, % масс. 15,88 8,1

Содержание механических примесей, % масс. 0,08 0,25

Битум БНД 90/130, дуктильность при 25 °С= 60 см, 1Рмм=43 °С КиШ.

В третьей главе представлены результаты исследования подбора композиционного состава профилактического средства на основе побочных продуктов нефтехимических производств, вторичных продуктов переработки нефти. Применение профилактических средств в различных климатических условиях требует обеспечения низкой температуры застывания и высокого уровня вязкости. В соответствие с этим был составлен проект технических условий на профилактический средство из нового вида нефтяного сырья, представленный в таблице 3.

Таблица 3 - Технические требования на разрабатываемые профилактические средства (проект)

Наименование показателя Норма по техническим условиям Методы испытаний

ПСУ-Л ПСУ-3 ПСУ-С

1 2 3 4 5

Условная вязкость при 50°С, °ВУ, не выше 15 3,0 1,5 ГОСТ 6258

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5

Температура застывания, °С, не выше плюс 5 минус25 минус40 ГОСТ 20287 метод «Б»

Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже 90 80 60 ГОСТ 4333

Массовая доля воды, %, не более 8,0 1,0 0,5 ГОСТ 2477

Массовая доля механических примесей, %, не более 2 1 0,5 ГОСТ 6370

ПСУ - профилактическое средство универсальное (Л, 3, С)

Адгезионные и смазывающие свойства обуславливают малое сопротивление контактирующих поверхностей твердых тел тангенциальным силам сдвига и высокое сопротивление сближению их под действием нормальной нагрузки. При нанесении профилактического средства на поверхность металла происходит формирование граничного слоя жидкости. Процесс формирования адсорбционных пленок на металлической поверхности идёт постепенно с увеличением концентрации поверхностно-активных молекул до насыщения адсорбционного слоя и сопровождается миграцией молекул вследствие их поверхностной подвижности.

В работе исследовались смазывающие свойства нефраса, тяжелого газойля каталитического крекинга, гидрированной фракции смолы пиролиза (ГФСП) и кубового остатка ректификации этилбензола (КОРЭ). Эти продукты были использованы в качестве базовой основы разрабатываемого универсального профилактического средства ПСУ различных марок.

Разработаны опытные образцы профилактических средств, представляющие собой композиции базовых основ с тяжелыми нефтяными остатками: мазутом, битумом и крекинг-остатком (КО), взятыми в количестве до 50 % масс.

Величина работы адгезии (А, эрг/см2) определялась расчётным путем по уравнению:

А= о 1>2 (1+соз0), (1)

где а - поверхностное натяжение жидкости; 0 - краевой угол смачивания; собО - коэффициент смачивания.

Значения работы адгезии и краевого угла смачивания приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Поверхностное натяжение и работа адгезии опытных образцов

профилактических средств

Исследуемые составы Краевой угол смачивания, град. Поверхност ное натяжение, дин/см Работа адгезии, эрг/см2

1 2 3 4

Нефрас 3 30,4 60,76

Нефрас 98%+ КО 2% 3 30,8 61,56

Нефрас 95%+ КО 5% 2 31,2 62,38

Нефрас 90%+ КО 10% 2 31,8 63,58

Нефрас 80%+ КО 20% 2 34,2 68,38

Нефрас 70%+ КО 30% 3 36,7 73,35

Нефрас 50% + КО 50% 4 36,2 72,31

Нефрас 40%+ КО 60% 4 35,5 70,91

Нефрас 50% + ТГКК 50% 4 28,5 56,93

Нефрас 49 %+ ТГКК 49%+КО 2% 4 29,2 58,33

Нефрас 47.5%+ТГКК 47.5%+ КО 5% 5 29,6 59,09

Нефрас 45 %+ ТГКК 45 % +КО 10% 5 30,4 60,68

Нефрас 40%+ ТГКК 40% +КО 20% 6 30,8 61,43

Нефрас 35%+ ТГКК35% +КО 30% 7 31,3 62,37

Нефрас 25%+ ТГКК25% +КО 50% 7 29,6 58,98

Нефрас 20%+ ТГКК 20% +КО 60% 8 28,5 56,72

КОРЭ + ГФСП (1:1) 2 37,2 74,37

(КОРЭ + ГФСП) 95% + Битум 5% 3 38,5 76,95

(КОРЭ + ГФСП) 90% + Битум 10% 3 39,3 78,55

(КОРЭ + ГФСП) 80% + Битум 20% 4 40,2 80,31

(КОРЭ + ГФСП) 70% + Битум 30% 6 40,8 81,37

(КОРЭ + ГФСП) 50% + Битум 50% 8 41,2 81,99

(КОРЭ + ГФСП ) 40% + Битум 60% 8 39,9 79,41

(КОРЭ + ГФСП) 95% + Мазут 5% 3 31,8 63,55

(КОРЭ + ГФСП) 90% + Мазут 10% 4 32,3 64,52

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4

(КОРЭ + ГФСП) 80% + Мазут 20% 5 32,7 65,27

(КОРЭ + ГФСП) 70% + Мазут 30% 6 33,5 66,81

(КОРЭ + ГФСП) 50% + Мазут 50% 6 31,2 62,23

(КОРЭ + ГФСП) 40% + Мазут 60% 7 28,4 56,59

(КОРЭ + ГФСП) 98% + КО 2% 3 37,8 75,55

(КОРЭ + ГФСП) 95% + КО 5% 4 38,2 76,31

(КОРЭ + ГФСП) 90% + КО 10% 4 38,7 77,31

(КОРЭ + ГФСП) 80% + КО 20% 4 39,4 78,70

(КОРЭ + ГФСП) 70% + КО 30% 5 39,8 79,45

(КОРЭ + ГФСП) 50% + КО 50% 5 40,2 80,25

(КОРЭ + ГФСП) 40% + КО 60% 6 39,6 78,98

(КОРЭ + ГФСП) 98% + ТГКК 2% 3 31,5 62,96

(КОРЭ + ГФСП) 95% + ТГКК 5% 3 31,9 63,76

(КОРЭ + ГФСП) 80% + ТГКК 20% 4 32,4 64,72

(КОРЭ + ГФСП) 80% + ТГКК 20% 4 32,9 65,72

(КОРЭ + ГФСП) 70% + ТГКК 30% 5 30,8 61,48

(КОРЭ + ГФСП) 50% + ТГКК 50% 5 30,2 60,28

(КОРЭ + ГФСП) 40% + ТГКК 60% 5 29,5 58,88

С целью улучшения адгезионных свойств в состав базовых основ также вовлекается высококипящий компонент - тяжелый нефтяной остаток (мазут, крекинг-остаток, битум). Тяжелый нефтяной остаток является структурным модификатором дисперсной системы, который приводит к повышению поверхностного натяжения.

Поскольку оценка смазывающей способности испытуемых образцов базовых компонентов и профилактических средств на их основе по величине работы адгезии пе является достаточной, исследовался диаметр пятна износа на ЧШМ-3 по ГОСТ 9490. Результаты испытаний приведены на рисунках 1, 2.

Содержание КО, % масс. X КОРЭ+ГФСП □ Нефрас А ТГКК+Нефрас

Рисунок 1 - Сравнительная характеристика диаметра пятна износа образцов профилактических средств с различным содержанием крекинг-остатка.

Добавка, % масс. АТГКК М Мазут М-100 О Битум ОКО

Рисунок 2 - Сравнительная характеристика диаметра пятна износа образцов смазочных материалов с различным содержанием КОРЭ+ГФСП.

При добавлении в базовую основу остаточных продуктов нефтепереработки происходит распределение дисперсной фазы в дисперсионной среде с образованием ССЕ. Экстремальные зависимости по диаметру пятна износа обусловлены разрушением первичных ССЕ при добавлении остаточного продукта выше критической концентрации. Разрушение первичных ССЕ сопровождается процессом ассоциато- и структурообразования, коагуляцией первичных ССЕ, их уходом с поверхности раздела фаз в объем нефтяной дисперсной системы и, как следствие, резким увеличением диаметра пятна износа.

Для сравнения были проведены исследования с использованием в качестве модификатора смазывающих свойств тяжелых нефтяных остатков, содержащих высокомолекулярные асфальто- смолистые соединения, которые при добавлении в базовую основу профилактического средства образуют ядро ССЕ. При добавлении в базовую основу свыше 50 % ТНО происходит разрушение ССЕ, сопровождающееся, соответственно, увеличением диаметра пятна износа (рисунок 2).

Содержание КО, % масс. ОНефрас+ТГКК ■ Нефрас АКОРЭ+ГФСП

Рисунок 3 — Сравнительная характеристика адгезионных свойств образцов профилактических средств на различной нефтяной основе с КО.

р. а,

т

и

■Ь.

ч:

га

о ю са Оч

Рисунок

85 80 75 70 65 60 55 50

*

1г

о

20

отгкк

40

Добавка, %масс.

60

80

I Мазут А Битум X КО

4 - Сравнительная характеристика адгезионных свойств профилактических средств на основе КОРЭ+ГФСП (1:1).

Обнаружена корреляция адгезионных и смазывающих свойств профилактических средств (рисунки 3, 4). При высоких адгезионных свойствах базовой основы (при нагрузке 20 кгс на ЧШМ-З ) смазочный материал придает достаточно высокие противоизносные свойства поверхности стальных образцов вследствие пластифицирования поверхностного слоя при адгезии. Введение в базовую нефтехимическую основу профилактической смазки тяжёлых нефтяных остатков приводит к увеличению содержания поверхностно-активных гетеросоединений и смолисто-асфальтеновых веществ, обладающих способностью создавать хемосорбционные плёнки на поверхности металла. Это и обеспечивает улучшение смазывающих и адгезионных свойств профилактических материалов.

Таким образом, лучшим показателем диаметра пятна износа обладает профилактическое средство, содержащее в качестве базовой основы смесь

КОРЭ+ГФСП (1:1) с 20% битума, что объясняется высокими адгезионными свойствами данного состава.

В четвертой главе представлены результаты исследования коррозионных свойств разрабатываемых профилактических средств.

На величину коррозии металла влияет состав и чистота обработки металлической поверхности, а также состав и толщина профилактического покрытия.

В связи с этим возникла необходимость в испытании базовых основ и их компаундов с тяжёлыми нефтяными остатками на коррозионную активность по отношению к металлической поверхности. Результаты исследований антикоррозионных свойств представлены на рисунках 5, 6. Величина коррозии оценивалась по формуле:

*г _ А т К -

где Ат - уменьшение массы металла в результате коррозии, г.; Б - поверхность образца, м2; т - время коррозии, час.

6

© КОРЭ+ГФСП

2 3 4 5

Время, мес. □ Нефрас ▲ ТГКК+Нефрас

Рисунок 5 - Влияние базовой основы профилактического средства на коррозию

металлической поверхности 15

о

1

2

3

4

5

Время, мес Ф 20 % битум + КОРЭ + ГФСП ▲ 30 % мазут + КОРЭ + ГФСП

□ 30 % КО + КО • 30 % ТГКК + ]

Рисунок 6 - Коррозия металлической поверхности под воздействием образцов

Нефрас и смесь КОРЭ+ГФСП обладают удовлетворительными антикоррозионными свойствами, что объясняется высокой концентрацией в них ароматических углеводородов и практически полным отсутствием кислородсодержащих соединений. При введении в исследуемые базовые основы профилактических средств 20 - 50 % масс, тяжелых нефтяных остатков на поверхности металла образуется защитная пленка, обусловленная хемосорбцией ПАВ и, как следствие, гидрофобизацией его поверхности, что способствует её защите от коррозии длительное время (до 5 месяцев)

В результате получены оптимальные соотношения исходных компонентов, удовлетворяющие проекту технических условий на профилактические средства. Предлагаемые составы профилактического средства на базе КОРЭ+ГФСП по сравнению с ранее применяемыми составами на базе кубовых остатков коксохимических и нефтехимических производств

профилактического средства

придают металлической поверхности более высокие антикоррозионные и противоизносные свойства. В качестве модификаторов вязкости, адгезионных и низкотемпературных свойств использовались сильно конденсированные ароматические системы со значительным содержанием полициклической ароматики, смол и асфальтенов: крекинг-остаток и битум, а также мазут.

В пятой главе разработана рецептура (таблицы 5,6) и принципиальная технологическая схема получспия профилактических средств (рисунок 7).

Для оценки экономической эффективности организации производства проведен расчет рентабельности продаж различных композиций, который показал, что с экономической точки зрения наиболее рентабельными являются составы на основе смеси КОРЭ и ГФСП в сочетании с крекинг-остатком, мазутом, тяжелым газойлем каталитического крекинга и битумом (таблица 7).

1-КОРЗ /«Л&йдаг

м - /квуп Азпуч крттгашшк

Рисунок 7 - Принципиальная технологическая схема получения профилактических средств

Таблица 5 - Характеристика рекомендуемых композиционных составов профилактического средства на основе Нефраса

Наименование показателя Составы образцов

Газойл. фр. 350-500 + Нефрас (1:1)+КО (5%) Газойл. фр. 350-' 500 + Нефрас (1:1)+КО (10%) Газойл. фр. 350-500 + Нефрас (1:1)+ КО (20%) Газойл. фр. 350-500+ Нефрас (1:1)+КО (30%) Нефрас (80%)+ КО (20%) Нефрас (70%)+ КО (30%) Нефрас (50%)+ КО (50%) Нефрас (40%) + КО (60%)

Вязкость условная при 50°С,°ВУ 1,35 1,39 1,42 2,25 1,13 1,17 1,28 2,0

Температура застывания, °С минус 53 минус 44 минус 36 минус 30 ниже минус 75 минус 60 минус 55 минус 50

Температура вспышки, °С 82 84 86 92 83 84 85 87

Плотность при 20 °С, кг/м3 994 995 998 1001 930 938 952 960

Содержание воды, % масс. следы следы следы следы отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие

Диаметр пятна износа, мм 0,650 0.580 0,500 0,450 0,454 0,424 0,390 0,585

Таблица 6 - Характеристика рекомендуемых композиционных составов профилактического средства на основе

КОРЭ+ ГФСП (1:1)

Наименование поазателя Составы образцов

БО (80%)+€итум (20%) БО (70%)+битум (30%) БО (50%)+битум (50%) БО (25%)Ш100 (25%)+битум (50%) БО (50%)+К0 (50%) БО (70%)+К0 (30%)

Вязкость условная при 50°С, °ВУ 1,59 2,01 3,72 9,82 1,42 1,325

Температура застывания, °С минус 30 (подвижно) минус 30 (подвижно) минус 30 (подвижно) минус 30 (подвижно) минус 30 (подвижно) минус 30 (подвижно)

Температура вспышки, °С 94 95 97 105 >100 76

Плотность при 20 °С, кг/м3 992 994 996 998 975 983

Содержание воды, % масс. Следы следы следы следы следы следы

Диаметр пятна износа, мм 0,340 0,356 0,380 0,410 0,390 0,545

Таблица 7 - Расчет рентабельности продаж

Вариант композиции Себестоимость 1 тонны, руб. Цена 1 т. ПС на рынке, руб. Прибыль на 1 тонну, руб. Рентабельность, %

Нефрас+КО 18604,3 10000 -8604,3 -

Нефрас+ТГВСК+КО 13136,6 10000 -3136,6 -

КОРЭ+ГФСП(1:1) +КО 8210,6 10000 1789,4 21,8

КОРЭ+ГФСЩ 1:1) +М100 7928,1 10000 2071,8 26,1

КОРЭ+ГФСЩ 1:1) +ТГКК 7336,2 10000 2663,8 36,3

КОРЭ+ГФСЩ 1:1) +битум 6966,6 10000 3033,4 43,5

ВЫВОДЫ

1 На основе проведенных исследований для повышения уровня вязкости, адгезионной и смазывающей способности, а также расширения ресурсов сырья профилактического смазочного материала, в качестве базовой основы предлагается использовать низкозастывающий ароматизированный нефтяной растворитель нефрас, отходы нефтехимических производств: кубовый остаток ректификации этилбензола и гидрированную фракцию смолы пиролиза.

2 Показано, что продукты на нефтехимической основе обладают хорошей смачиваемостью и высокой растекаемостью, что важно при форсуночном способе нанесения вещества на обрабатываемую поверхность, а также для обеспечения связывания пыли и сыпучих грузов.

3 Исследованиями смазочной способности граничного слоя, образующегося при нанесении на металлическую поверхность опытных

образцов профилактических средств, показано, что путём введения в базовую основу тяжелых нефтяных остатков в количестве 20 50% масс, можно. улучшить смазывающие свойства профилактических средств, снизив при этом диаметр пятна износа на 0,1- 0,4 мм.

4 Результаты исследований коррозионного влияния продуктов нефтехимического синтеза на металлическую поверхность показали, что они защищают обрабатываемую поверхность от коррозии. При введении в исследуемые базовые компоненты профилактических средств 20 - 50 % масс, тяжелых нефтяных остатков на поверхности металла образуется защитная пленка, обусловленная хемосорбцией ПАВ и, как следствие,'3" гидрофобизацией его поверхности, что способствует защите металла от коррозии длительное время (до 5 месяцев).

5 Разработаны рецептуры и принципиальная технологическая схема получения новых композиционных составов профилактических средств с высокими эксплуатационными характеристиками. Рассчитана рентабельность различных композиций профилактических средств,которая в зависимости от предлагаемого состава находится в пределах от 21,8 до 43,5%.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1 Станкевич К.Е. Профилактическая смазка Ниогрин-северный / К.Е. Станкевич, Н.К. КондрашеваУ/ Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия -2005». -Уфа: Изд-во ГУП ИНХП, 2005. - С.209.

2 Станкевич К.Е. Исследование и разработка профилактической смазки Ниогрин// К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, О.О. Эдвин // Материалы 2-ой Международной научно-технической конференции Украина, Днепропетровск, 2005. - С.177.

3 Станкевич К.Е. Разработка научных основ технологии производства профилактической смазки Ниогрин / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, О.О. Эдвин // Материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. -С.313.

4 Станкевич К.Е. Исследование и разработка профилактической смазки Ниогрин для горно-транспортного оборудования// К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, О.О. Эдвин // Материалы 2-ой Международной конференции « Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых» . -Санкт- Петербург: Изд-во Химиздат, 2006. - С.306.

5 Станкевич К.Е. Поверхностные свойства профилактических смазочных материалов / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, C.B. Попова // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2007». - Уфа: Изд-во ГУЛ ИНХП, 2007. - С.129-130.

6 Станкевич К.Е. Оценка коррозионных свойств профилактических смазочных материалов / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, C.B. Попова // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия -2007». - Уфа: Изд-во ГУЛ ИНХП, 2007. - С.132-133.

7 Станкевич К.Е. Коррозионные свойства профилактических смазочных материалов / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, В. Насиф, С.Д. Хасан Аль-Резк // Нефтегазовое дело . - Уфа: 2007. - Т. 5 ,№1 С.191-197.

8 Станкевич К.Е. Оценка смазывающей способности профилактических смазочных материалов / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Нефтегазовое дело. - Уфа: 2008. - Т. 6 ,№1, С. 207-211.

9 Станкевич К.Е. Исследование и разработка профилактического пылесвязуюгцего средства / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия -2008». - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП, 2008. - С.160-161.

10 Станкевич К.Е. Профилактические смазочные материалы из нового вида сырья / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Материалы Международной

научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия -2008». - Уфа: Изд-во ГУЛ ИНХП, 2008. - С.209-210.

11 Станкевич К.Е. Профилактические смазка / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Патент РФ №2313554. опублик. 27.12.2007, Бюл.№36. -С.898.

12 Станкевич К.Е. Профилактические смазка для горно-транспортного оборудования / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Патент РФ №2318854. -опублик. 10.03.2008, Бюл.№7. - С. 701.

13 Станкевич К.Е. Исследование профилактических смазочных композиций на коррозионную активность / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Нефтепереработка и нефтехимия. - Москва, 2010. - №9,С.30-32.

14 Станкевич К.Е. Улучшение эксплуатационных свойств профилактических смазочных материалов/ К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева // Технологии нефти и газа. - Москва, 2011. - № 3, С.20-25.

15 Станкевич К.Е. Перспективы производства профилактических смазочных материалов / К.Е. Станкевич, Н.К. Кондрашева, Д.О. Кондрашев // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2012». - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП, 2012. - С. 116.

Подписано в печать 25.12.2012. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/¡б Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1 Тираж 100. Заказ 174

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Введение.

1 Современное состояние производства профилактических смазочных жидкостей и материалов для горно-транспортного оборудования, угольной и коксохимической промышленности.

1.1 Разработка профилактических составов для горно-транспортного оборудования, угольной и коксохимической промышленности.

1.2 Технико-эксплуатационные требования к профилактическим средствам различного назначения.

1.3 Разработанные технологии получения профилактических смазочных материалов.

1.4 Образование структуры НДС в условиях низких температур.

2. Методы и объекты исследования.

2.1 Объекты исследования.

2.1.1 Характеристики базовых основ композиционных составов профилактических средств.

2.1.2 Характеристики остаточных компонентов профилактических средств.

2.2. Методы исследования.

2.2.1 Исследование физико-химических свойств профилактических средств.

2.2.2 Оценка смазывающих свойств.

2.2.3 Оценка смазочной способности композиционных составов профилактических средств.

2.2.4 Исследование коррозионных свойств базовых компонентов и образцов профилактических средств.

2.2.5 Исследования поверхностных свойств нефтяных дисперсных систем.

Выводы по главе 2.

3. Подбор компонентного состава профилактических средств «Ниогрин» и «Универсин» из нового вида сырья.

3.1 Компонентный состав профилактического средства «Ниогрин».

3.1.1 Исследование и подбор компонентного состава на базе нефраса и крекинг-остатка профилактического средства «Ниогрин».

3.1.2 Подбор компонентного состава средства «Ниогрин» на основе нефраса, тяжелого газойля и крекинг-остатка.

3.2 Подбор компонентного состава профилактического средства «Универсин».

3.2.1 Исследование и подбор компонентного состава универсального профилактического средства на основе кубового остатка ректификации этилбензола и гидрированной фракции смолы пиролиза.

Выводы по главе 3.

4. Исследование основных эксплуатационных свойств композиционных составов профилактических средств.

4.1 Исследование адгезионных и смазывающих свойств композиционных составов профилактических средств.

4.2 Исследование коррозионных свойств композиционных составов профилактических средств.

4.3 Экологические проблемы переработки и утилизации отходов нефтехимии и нефтепереработки.

Выводы по главе 4.

5. Разработка принципиальной технологической схемы и оценка экономической эффективности производства профилактических средств.

5.1 Принципиальная технологическая схема производства профилактических средств.

5.2 Оценка экономической эффективности производства профилактических средств.

5.2.1 Расчет стоимости основных фондов.

5.2.2 Расчет численности обслуживающего персонала.

5.2.3 Расчет фонда заработной платы.

Выводы.

При перевозке полезных ископаемых возникает проблема, связанная с налипанием и примерзанием части горной массы к металлической поверхности кузовов вагонов и автосамосвалов. Поэтому до 50% горной породы остается невыгруженной, а это вызывает необходимость в дополнительной очистке, которая приводит к понижению производительности карьерного транспортного оборудования на 20% и увеличивается стоимость перевозки на 30 %.

Для предотвращения примерзания и смерзания насыпных грузов при транспортировании, а также для пылеподавления и выдувания сыпучих материалов применяются профилактические средства нефтяного происхождения - «Ниогрин», «Универсин», «Северин». Потребность в профилактических средствах по России составляет около 60 тысяч тонн в год, но ресурсы сырья для их производства дефицитны. Поэтому возникла необходимость в поиске новых видов сырья для производства низкозастывающих профилактических средств, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

Исследования, направленные на использование побочных продуктов нефтехимических производств, ресурсы которых имеются в необходимом объёме, являются актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка и исследование новых композиционных составов с получением профилактических средств из побочных продуктов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностей для избегания прилипания, примерзания вскрышных пород и выдувания сыпучих материалов при транспортировке на горно-добывающих и горнообогатительных предприятиях, а также для пылеподавления.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Определение зависимости вязкостно-температурных свойств базовых продуктов и их компаундов с остатками продуктов нефтехимии и нефтепереработки.

2. Исследование влияния тяжелых нефтяных остатков (ТНО), вводимых в базовую основу, на эксплуатационные свойства разрабатываемого профилактического средства.

3. Оценка коррозионного влияния различных составов профилактического средства на металлическую поверхность транспортного оборудования.

В первой главе рассмотрены теоретические основы производства профилактических средств, проанализированы современные способы борьбы с прилипанием, примерзанием полезных ископаемых и вскрышных пород с повышенной влажностью к поверхности кузовов автосамосвалов и ковшей экскаваторов при добыче и транспортировке сыпучих материалов.

Во второй главе приведены методы определения физико-химических и вязкостно-температурных свойств нефтяных дисперсных систем (НДС), а также характеристики объектов исследования и изучены состав и свойства базовых компонентов новых и ранее разработанных профилактических средств.

В третьей главе изложены результаты разработки композиционных составов профилактических средств на основе побочных продуктов нефтехимических производств и вторичных продуктов переработки нефти.

В четвертой главе представлены результаты исследования адгезионных, смазывающих и коррозионных свойств разрабатываемых средств.

В пятой главе приведена принципиальная технологическая схема, ее описание и расчет технико-экономической показателей получения профилактических средств.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлено, что использование в качестве базовой основы низкозастывающих профилактических смазочных материалов: высокоароматизированных нефтепродуктов: нефраса, тяжелого газойля каталитического крекинга, побочных продуктов нефтехимических производств - кубового остатка ректификации этилбензола и гидрированной фракции смолы пиролиза; в качестве адгезионной, противоизносной, антикоррозионной и вязкостной присадки — тяжелые нефтяные остатки (крекинг-остаток, битум, мазут) в интервале концентраций от 20 до 50 %, позволяет улучшить основные эксплуатационные свойства профилактических средств, а именно: уменьшить диаметр пятна износа, характеризующий смазочную способность продукта на 0,1-0,4 мм; снизить коэффициент коррозии металлической поверхности и повысить адгезионную способность.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработаны новые композиционные составы профилактических средств из продуктов глубокой переработки нефти и побочных продуктов нефтехимических производств и технологическая схема их получения. Проверка эффективности профилактического действия смазочных материалов проведена в ГУЛ «Институт нефтехимпереработки РБ». Предложенная рецептура получения профилактических средств принята для организации производства на базе опытно-промышленного завода ИНХП.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на нижеперечисленных конференциях: -на Международной научно-практической конференции

Нефтегазопереработка и нефтехимия», Уфа, 2005г.; Второй международной научно-технической конференции, Днепропетровск, 2005г.;

- 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Уфа, 2005г.;

- Конференции «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых», Санкт-Петербург, 2006г.;

- Научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия

-2007», Уфа, 2007г.;

- Научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия

- 2008», Уфа, 2008г;

- Научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2012», Уфа,

2012г.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 статьи, 2 патента и 9 материалов докладов.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 126 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 164 наименований, содержит 33 таблицы, 16 рисунков, 1 приложение.