CC BY
6ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 547+544
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ НЕФТЯНЫХ И ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКИХ МАСЕЛ
МАХМУДОВ АХРОРИДИН ШАРОФОВИЧ
соискатель кафедры переработка энергоносителей и нефтегазовый сервис, Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими
МАХМУДОВА ТАХМИНАИ МУМИНДЖОН
к.т.н., доцент, и.в. заведующая кафедрой переработка энергоносителей и нефтегазовый сервис, Таджикский технический университет имени академика М.С.
Осими
ИБРАГИМОВ ИСМОИЛ ЭМОМОВИЧ
соискатель кафедры переработка энергоносителей и нефтегазовый сервис, Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими
Аннотация. В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований физико-химических констант нефтяных и полусинтетических масел.
Ключевые слова: Нефтяные масла, полусинтетические масла, окисление, физические константы, химические константы, органические кислоты, качественный и количественный анализ.
Моторное масло - это смазочный материал, которым смазывают части двигателя внутреннего сгорания. Моторное масло работает в разных диапазонах температуры как в минусовых, так и при высоких температурах. Для хорошей работы двигателя необходимо использовать соответствующие по стандарту двигателя, моторные масла. Проведённый анализ позволит установить поведение масла, когда на него воздействуют внешние и внутренние факторы.
Установлено, что одно из важнейших показателей, характеризующих состояние масла -это кислотное число (КЧ) и его изменения во время эксплуатации масла и окисления в двигателе КЧ = F(г).
Для изучения процесса окисления нефтяных и полусинтетических масел, которые использовались в двигателях автомобиля, определяли некоторые физико -химические показатели, которые могут характеризовать химический состав нефтяных и полусинтетических масел. Эти анализы проводили согласно методике [1,2]. Полученные результаты приведены в таблицах 1-2.
Таблица 1 - Физические показатели некоторых нефтяных и синтетических масел
Образцы \РМ0 \п 20 4 tn °С tзаст. С
а б а б а б А Б
Нефтяное масло Лукойл стандарт 10W-40 (Россия) 0,878 0,912 1,4540 1,4435 -30 -18 -33 -20
Синтетическое масло ТНК-Magnum Super 10W-40(Россия) 0,865 0,907 1,4365 1,4220 -37 -23 -40 -25
Нефтяное масло Роснефть Optium 10W-40 (Россия) 0,285 0,328 1,4545 1,4430 -31 -33 -33 -18
Примечание: а- новое масло, б- после рекомендованного пробега
Как видно из изученных результатов моторные масла после использования в двигателях согласно рекомендованному пробегу изменяют свои физические свойства, такие как плотность, показатель преломления, температура плавления и застывания. Эти изменения свидетельствует об изменении химического состава в процессе использования в двигателях автомобиля.
Как видно из значений плотности, при использовании масла в двигателях внутреннего сгорания их плотность уменьшается. Это свидетельствует о том, что в процессе окисления образуются компоненты, имеющие низкое значение плотности.
Как известно, значение показателя преломления должно быть прямо пропорционально значению плотности. Эта закономерность в нашем случае наблюдается.
В ходе выполнения экспериментальных задач также были определены важнейшие химические показатели, такие как КЧ, ЧО, ЭЧ, ИЧ, результаты которых приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Химические константы исследуемых масел
Образцы КЧ ЧО ЭЧ И Ч
А б а б А б а Б
Нефтяное масло Лукойл стандарт 10W-40 (Россия) 0,17 2,63 13,05 5,06 12,88 10,42 11,20 8,72
Синтетическое масло ТНК-Magnum Super 10W-40(Россия) 0,10 2,05 23,50 12,22 23,40 10,17 7,30 4,17
Нефтяное масло Роснефть Optium 10W-40 (Россия) 0,16 2,65 14,50 6,35 14,34 3,70 12,00 8,53
Примечание: а- новое масло, б- после рекомендованного пробега
Как видно из результатов анализа, при применении моторного масла согласно рекомендованному пробегу увеличивается значение КЧ.
Исследование с применением физико-химических методов анализа показало, что отработанные масла имеют среду рН<7. Появление кислотной среды свидетельствует об образовании органических кислот в нефтяном масле в результате его использования. Для обнаружения кислот в составе отработанных масел был проведен качественный анализ с применением бумажной хроматографии согласно методике [3]. В качестве проявителя был выбран 1% раствор бромфенол синий, приготовленный на этаноле. После проявления хроматограммы органические кислоты обнаружены в виде голубых пятен на фоне хроматограммы.
Для выделения и идентификации этих кислот был применен разработанный способ. Техника и технология выполнения разработанного способа представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Техника и технология количественного анализа органических кислот состава отработанных нефтяных масел.
Как видно из рис. 1, для качественных и количественных характеристик органических кислот отработанные масла очищают от механических примесей с применением вакуумного фильтрования. Затем масло подвергают холодной экстракции с применением 1% водного раствора NaOH. Смесь вторично экстрагируется диэтиловым эфиром, в результате которого реакционная смесь выделяется в двух фазах (органическая и неорганическая часть). Неорганическая часть (водные растворы натриевых солей органических кислот) гидролизуется с 1% раствором H2SO4.
Химизм данного технологического подхода можно характеризовать применением следующих уравнений:
Как видно из уравнений реакции, органические кислоты находятся в составе масла при взаимодействии с гидроксидом натрия, превращаются в натриевые соли. Как известно, натриевые соли органических кислот практически не растворимы в диэтиловом эфире. Экстракция с диэтиловым эфиром позволяет основную часть отработанного масла, которую составляют углеводороды, растворить в себя, а натриевые соли остаются не затронутыми. С применением делительной воронки нам удалось отделить органическую часть от неорганической. Далее неорганическую часть гидролизовали с применением 1% раствора H2SO4, в результате которого образовались свободные органические кислоты, и Na2SO4 практически не растворим в диэтиловом эфире, нам удалось с применением холодной экстракции выделить органические кислоты.
После упаривания диэтилового эфира был получен концентрат органических кислот.
Для качественной и количественной характеристики полученного концентрата синтезировали их метиловые эфиры согласно методике [4]. Метиловые эфиры органических кислот были подвергнуты ГЖХ анализу. Качественный и количественный состав органических кислот состава отработанного масла представлен в таблице 3.
Таблица 3 - Качественный и количественный анализ органических кислот состава использованных технических масел методом ГЖХ
дентификация кислот в (
Образцы масла Муравьиная Уксусная Пропано-вая Бутано-вая Пентано-вая Гексано-Вая
Нефтяное
масло Лукойл стандарт 10W-40 (Россия) Следы 0,082 0,10 0,17 0,08 0,05
Синтетическое
масло ТНК-
Magnum Super Следы Следы 0,051 0,12 0,05 0,03
10W-
40(Россия)
Нефтяное
масло
Роснефть Следы 0,078 0,09 0,19 0,09 0,05
Optium 10W-40 (Россия)
Здесь следует отметить, что обнаруженные кислоты были идентифицированы согласно определениям общих площадей пиков по сравнению с индивидуальными пиками (отдельным обнаруженным кислотам). Как видно из результатов ГЖХ анализа, идентифицированные кислоты относятся к низкомолекулярным органическим кислотам, среди которых лидируют бутановая и пропановая кислоты. Муравьиная кислота обнаружена в незначительных количествах.
Поиск литературы показал, что нет никаких научных обоснований о химизме образования этих кислот в процессе использования масла. В результате теоретических и практических исследований нам удалось выявить химизм образования этих кислот в составе нефтяных и полусинтетических масел.
Как известно, при нагревании углеводородов происходит крекинг этих соединений, в результате которого из высокомолекулярных углеводородов образуются низкомолекулярные углеводороды.
Как видно из уравнения реакции, при крекинге углеводородов образуется алкан и алкен, общее количество углерода и водорода которых равно исходному продукту реакции. Появление алкенов обусловливает увеличение значения ИЧ.
Далее эти углеводороды могут подвергаться каталитическому окислению, в результате которого образуются органические кислоты.
Мы думаем, что в этой реакции в качестве катализаторов могут служить AI, Ni, которые содержатся в деталях (в составе сплавов) двигателя.
Таким образом, с применением методов органической химии определены важнейшие физико-химические константы исследуемых отработанных масел, в результате которых выявлено, что при использовании масла согласно рекомендованному пробегу увеличиваются значения КЧ и ИЧ, а ЧО и ЭЧ уменьшаются [5]. Также в ходе экспериментального исследования выявлены основные причины изменения этих констант.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большакова Т.В., Латышева Т.И., Ганяев В.П. Экологические проблемы нефтепродуктов // Тезисы докладов Международной научно -технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири». - 1996. - Тюмень. - С. 57 - 58.
2. Иброгимов Д.Э. Гулахмадов Х.Ш., Махмудова Т.М. Модернизированный способ определения кислотного числа нефтяного масла //Вестник Таджикского национального университета №1, 2019. - Душанбе: ТНУ, 2019. - С.213-217 ISSN- 2413-452Х.
3. Бухтер А.И. Переработка отработанных минеральных масел / Бухтер А.И., Непогодьев A.B., Варшавский А.И. - М.: ЦИНИИТЭнефтхим, 1975. - 47 с.
4. Бухтер А.И., Неподгодьев A.B., Школьников В.М. Современный процесс переработки отработанных масел - путь к предотвращению загрязнения окружающей среды // Химия и технология топлив и масел. - 1979. - № 12. - С. 51 - 53.
5. Иброгимов Д.Э., Махмудова Т.М. Физико-химические аспекты регенерации нефтяных (моторных) масел с использованием местного бентонита «Даштимирон»// Вестник Таджикского технического университета №3 (31), - Душанбе: ТТУ имени академика М.С.Осими, - 2015. - С.59-61. ISNN 2520-2227
