Исследование влияния орто-фталатов и сложных эфиров на смазывающую способность дизельного топлива

Мамлиева Альбина Вилевна; Беркань Виктор Олегович; Баулин Олег Александрович; Рахимов Марат Наврузович; Алипов Даулет Ерланович

УДК 621.436

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОРТО-ФТАЛАТОВ И СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ НА СМАЗЫВАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

В связи с необходимостью производства дизельных топлив, отвечающих современным требованиям, остро стоит вопрос о модификации их противоизносных свойств. В настоящее время производство дизельных топлив связано с ужесточением требований по целому ряду показателей, в том числе по наличию серасодержащих соединений, ароматических углеводородов и др. С одной стороны снижение содержания указанных соединений приводит к уменьшению вредного воздействия выхлопных газов транспортных средств на окружающую среду, с другой - может оказывать негативное влияние на смазывающую способность дизельного топлива. С целью компенсации негативного влияния на смазывающую способность в состав дизельного топлива включаются противоизносные присадки, которые представляю собой, как правило, кислородсодержащие соединения. Нами были проведены исследования смазывающей способности представителей кислородсодержащих соединений - орто-фталатов и сложных эфиров, температуры кипения, которых коррелируют с пределами выкипания дизельных топлив. В результате проведенных исследований установлено положительное влияние эфиров на смазывающую способность, причем с увеличением молекулярной массы исследованных эфиров, а также их содержания в испытуемом дизельном топливе, положительное влияние усиливалось.

Ключевые слова: дизельные топлива, противоизносные свойства, смазывающая способность.

В последние годы в России наблюдается увеличение производства дизельного топлива, которое основывается на расширении его экспорта. На рис. 1 представлен производственный баланс дизельного топлива в Российской Федерации (РФ) [1]. Согласно прогнозам мировой спрос на дизельное топливо с 2015 по 2040 год вырастет на 40%, доля дизеля в потребляемом топливе увеличится до 32,5 % [2].

Помимо увеличения количественных показателей выработки ДТ в России наблюдается существенное изменение и их качественных характеристик - большая часть производимых топлив удовлетворяют самым современным требованиям. С одной стороны это вызвано развитием двигателестроения, с другой - строгими экологическими нормами. Структура производства дизельного топлива в РФ по экологическим классам за 2011-2015 годы представлена в таблице 1 [3, 4].

Согласно техрегламенту Таможенного союза с 1 июля 2016 года все российские нефтеперерабаты-

Мамлиева Альбина Вилевна, магистрант кафедры «Технология нефти и газа». Е-mail: [email protected] Беркань Виктор Олегович, магистрант кафедры «Технология нефти и газа». Е-mail: [email protected] Баулин Олег Александрович, кандидат технических наук, доцент, проректор по учебно-методической работе. Е-mail:[email protected]

Рахимов Марат Наврузович, доктор технических наук, профессор, декан технологического факультета. Е-mail:[email protected];

Алипов Даулет Ерланович, аспирант кафедры «Технология нефти и газа». Е-mail: [email protected]

вающие заводы должны перейти на выпуск продукции исключительно экологического класса 5 [3].

Производство дизельного топлива, соответствующего требованиям современных экологических классов, невозможно без использования присадок. Наиболее распространенными являются противоизносные, депрессорно - диспергирующие присадки и промоторы воспламенения. Зачастую присадки могут оказывать многофункциональное влияние, например, известны присадки, модифицирующие низкотемпературные и противоизносные свойства дизельного топлива [5], а также промотор воспламенения и модификатор противоизносных свойств [6].

По итогам 2013 года потребность в противо-износных присадках в России составляла более 8 тысяч тонн, отечественных присадок было выработано около 2 тысяч тонн. Таким образом, в нашей стране уже имеется дефицит отечественных противоизносных присадок, который будет только усиливаться с последующим переходом на производство дизельных топлив экологического класса 5 и прогнозируемым увеличением выработки топлива. Всё это свидетельствует о необходимости разработки и производства отечественных присадок [7].

Смазывающая способность дизельного топлива определяется различными соединениями, из которых оно состоит. В литературе [8] приведены многочисленные результаты исследований влияния содержания серы в ДТ на его смазывающую способность. В последнее время стали также появляться публикации результа-

100

1 75

50

25

LLLUIi

■ Производство I Внутреннее потребление 1Экспорт

2014 2015

2011 2012 2013

Год

Рис. 1. Производственный баланс дизельного топлива в РФ Таблица 1. Структура производства дизельного топлива в РФ по экологическим классам

Экологический класс Доля выпуска, %

2011 2012 2013 2014 2015

Не соответствует экологическим классам 59,1 22,0 17,0 - -

Экологический класс 2 17,6 27,8 - -

Экологический класс 3 4,9 16,6 31,0 32 -

Экологический класс 4 5,7 10,3 10,0 10 18

Экологический класс 5 12,7 23,3 42,0 58 82

тов исследований влияния отдельных классов углеводородов - алканов, алкенов, аренов [9] и некоторых кислородсодержащих соединений [10].

МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ

Нами были проведены исследования влияния углеводородного скелета в молекулах эфиров на смазывающую способность.

Для исследования были выбраны орто - фта-латы и сложные эфиры, представленные соответственно в табл. 2 и 3.

Результаты исследований приведены на рис. 2 и 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Из рис. 2 видно, что исследованные орто-фта-латы не оказывают существенного влияния на смазывающую способность дизельного топлива, - изменения СДПИ не выходят за доверительный интервал методики исследования.

Согласно рис. 3 сложные эфиры, вводимые в

состав топлива в количестве 0,1 % по массе, существенного влияния на смазывающую способность не оказывают.

При введении в состав топлива исследуемых эфиров в концентрации 0,5 % по массе происходит уменьшение СДПИ по сравнению с гидроочищенным дизельным топливом соответственно до 30 %, а при их содержании в дизельном топливе в концентрации 1,0 % по массе снижение СДПИ достигает 33%. Причем с увеличением молярной массы (числом атомов углерода в молекуле эфира) значение СДПИ снижается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что исследуемые орто-фталаты не оказывают влияния на СДПИ. Исследованные сложные эфиры оказывают положительное влияние на СДПИ, причем с увеличением молярной массы эфира и содержании в исследуемом топливе положительное влияние

Таблица 2. Исследуемые орто-фталаты

Наименование Брутто-формула Структурная формула

Диэтилфталат C12 H14O4 О II Н2 О С СНз Н2 С О С СНз II о

Дибутилфталат C16H22O4 о II н2 н2 н2 Н2 Н2 —о—с —сн2—с —сн3 о

Диоктилфталат C24H38O4 о II о <СН2)7 СНз о (Н2С)7 СНз о

Таблица 3. Исследуемые сложные эфиры

Наименование

Диэтилоксалат

Диэтиладипат

Диэтиловый эфир азелаиновой кислоты

Диэтиловый эфир себациновой

кислоты

Брутто -формула

С O H

6 4 10

С O H

10 4 18

С O H

13 4 24

С O H

14 4 26

Структурная формула

н3с----н2с-

с---с'

У п----ПН----

СН2---СНз

НоС—н2с-

\\

./■

—(СН2)4_

/

о—сн2—сн3

\\

н,с—н2с—о

/

,С---(СН2)7—с'

/

О--СН2—СНз

\\ /

Г.------I'CH-'l. А'

с—(СН2)8—с'

НзС--Н2С--0/ ^0----СН2—СНз

усиливается. На наш взгляд, положительное влияние сложных эфиров на СДПИ объясняется наличием между двумя карбонильными группами углеродного скелета линейного строения с насыщенными связями (С-С), в отличие от бензольного кольца у орто-фталатов. Положительное влияние линейной насыщенной структуры у

сложных эфиров может быть объяснено смешанным механизмом смазывающего действия - хемосорбцией и экранированием смазываемой поверхности длинным углеводородным радикалом. Смазывающий эффект углеводородов линейного строения установлен также в результате исследований алканов нормального строения, которые

Рис. 2. Зависимость СДПИ от числа атомов углерода у орто-фталатов

ссп

С00

—| i 1 W

1

Исходное дизельное

ТОПЛИВО

■ ■

1 1

J JU с Ct <J 500

А

JUU 4 50

г ■ 0,5 % по массе

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

*4

■ ■

A г 1 г

4 00

A A t ■ А 1,0 % по массе

Ш

4 Колич< 5 8 эство ai l 1 омов у 0 1 глерод* 2 1 а в мол 4 екуле сложного эфира

Рис. 3. Зависимость СДПИ от числа атомов углерода в сложном эфире

показывают что с увеличением их молярной

массы СДПИ снижается [10].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Итоги конференции «Дизель 2016». URL: http:// neftegaz.ru/analisis/view/8404 (дата обращения 14.11.2016).

2. Итоги пятой международной конференции «Дизель 2015» URL: http://au92.ru/msg/itogi-pyatoy-mezhdunarodnoy-konferentsii-dizel-2015.html

3. А. Новак рассказал об объемах переработки нефти в 2015 году. URL: https://lenta.ru/news/2015/12/24/ export/ (дата обращения 14.11.2016).

4. Энергетический бюллетень №29, октябрь 2015 года. URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a/6794. pdf (дата обращения 14.11.2016).

5. Bifunctional additive and its influence on operational а^ ecological performance of diesel fuels / G.M. Zinnatullina, O.A. Baulin, M.N. Rakhimov, Sh.T. Aznabaev, D.E. Alipov // SOCAR Proceedings. 2016. № 1. С.58-64.

6. Минибаева Л.К. Разработка цетаноповышающей присадки для дизельных топлив: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07. Уфа, 2016.

7. Семь раз отмерь. URL: http://neftegaz.ru/analisis/ view/8251-Sem-raz-otmer (дата обращения 14.11.2016).

8. Баулин О.А Смазывающая способность малосернистых дизельных топлив и методы ее повышения: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07. Уфа, 2006.

9. Исследование смазывающей способности линейных алканов, алкенов и аренов / Л.М. Файзуллина, В.М. Беляков, А.В. Мамлиева, О.А. Баулин, В. О. Бер-

кань, М.Н. Рахимов // Нефтегазовое дело. 2015. Т.13. № 4. С. 178-180.

следование противоизносных свойств дизельных топлив // Нефтепродукты и нефтехимия. 1998. № 2.

10. Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В. Ис-

С. 20-22.

STUDY OF ORTO-PHTHALATE ESTERS LUBRICITY DIESEL

Ufa State Oil Technical University

In connection with the need to produce diesel fuels that meet the modern requirements, an urgent need to modify their anti-wear properties. Currently, the production of diesel fuels is associated with the tightening requirements on a variety of parameters, including the presence of sulfur-containing compounds, aromatic hydrocarbons and others. On the one hand reduction of these compounds reduces the harmful effects of exhaust gases of vehicles on the environment, on the other - can have a negative impact on lubricity of diesel fuel. To compensate for the negative effect on the lubricity in diesel fuel include anti-wear additives which are present are generally oxygenated compounds. We have studied the lubricity representatives oxygenates - ortho-phthalate ester and a boiling temperature which correlate with boiling range of diesel fuels. These studies found a positive effect on lubricity esters, and with increasing molecular weight of the esters investigated, as well as their content in the test diesel amplified positive effect.

Keywords: diesel fuels, anti-wear properties, lubricity.

Albina Mamlieva, Undergraduate Student at the Oil and Gas Technology Department.. E-mail: [email protected]; Victor Berkan, Undergraduate Student at the Oil and Gas Technology Department. E-mail: [email protected]; Oleg Baulin, Candidate of Technics, Associate Professor, ViceRector for Educational and Methodical Work.

E-mail: [email protected]

Marat Rakhimov, Doctor of Technical Sciences, Professor, dean of the Faculty of Technology. E-mail: [email protected] Daulet Alipov, Graduate Student at the Oil and Gas Technology Department. E-mail: [email protected]

STUDY OF ORTO-PHTHALATE ESTERS LUBRICITY DIESEL

Текст научной работы на тему «Исследование влияния орто-фталатов и сложных эфиров на смазывающую способность дизельного топлива»