Обезвоживание дизельного топлива полимерными гелями Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ХИМИЯ

КУРМАНАЛИЕВ Мусрепбек Курманалиевич

доктор химических наук, профессор, Алматинский технологический университет, Казахстан, г. Алматы

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ПОЛИМЕРНЫМИ ГЕЛЯМИ

Аннотация. В статье предложен новый водопоглощающий полимерный гель для обеспечения чистоты дизельного топлива. Определены наиболее оптимальные условия процесса водопоглощения и выбрана наименьшая концентрация геля. Предложенный метод очистки дизельного топлива доступен и экономически выгоден.

Ключевые слова: водопоглощающий гель, дизельное топливо.

Введение

Известно, что надежность и долговечность дизельных двигателей большей частью зависят от качества потребляемого топлива. Однако, дизельные топлива не всегда могут отвечать этим требованиям. Практика применения дизельных топлив показала, что зачастую при эксплуатации, хранении и транспортировании дизельные топлива загрязняются различными механическими примесями и водой [1-3].

Вода в дизельном топливе крайне нежелательна. С одной стороны присутствие воды в топливе вызывает коррозию топливной аппаратуры, с другой - при понижении температуры окружающего воздуха вода в топливных баках выпадает в виде тонкодиспергированных капель, способных к замерзанию в форме кристаллов. При этом системы питания могут забиваться кристаллами льда. Это приводит вначале к частичному, а затем к полному прекращению подачи топлива в камеры сгорания двигателя.

nCII-= СН + mCH = СН

"I 'I

соон со

I

NH

I

СН,

I *

NH

I

со I

СН:= СН

Цель настоящей работы - обеспечение чистоты дизельного топлива путем обезвоживания его с помощью гелей, синтезированных на основе сополимеров акриловой кислоты и ^№-метиленбисакриламида.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования являются летние дизельные топлива продукции Шымкентского нефтехимического завода и полимерный гель.

Цетановое число определяли на установке одноцилиндровой типа ИДТ-69 с переменной степенью сжатия, обеспечивающие аналогичные результаты определения цетановых чисел по методике ГОСТ 3122-67.

Полимерные(Г) гели получали на основе акриловой кислоты и ^№-метиленбисакрила-мида.

Результаты и их обсуждение

Гель получали путем синтеза акриловой кислоты и ^№-метиленбисакриламида. ^№-метиленбисакриламид является, в частности, сшивающим агентом. Реакция получения геля сводится к следующему: — сн, - сн—сн, - сн — * I "I соон со I

мн I

► сн,

I

кн I

со I

— сн, - сн —

В испытаниях мы использовали два вида геля: Г-1 и Г-2.В первом случае Г-1 - гель более зашит, т.к. концентрация сшивающего агента -^№-метиленбисакриламида больше(2% масс.) и гель более жесткий за счет поперечных связей, которые образуются в результате реакций полимеризации.

Во втором случае - Г-2 концентрация ^№-метиленбисакриламида меньше(0,5% масс.) и поэтому он менее зашит и соответственно механическая прочность его ниже.

Результаты предварительных испытаний показали, что чем меньше поперечных связей, тем больше водопоглощающая емкость геля.

Для испытания Г на способность его поглощать воду мы подготовили эталонные топлива. Для этого в два цилиндра ёмкостью 100 мл налили в каждый по 50 мл дизельного топлива, добавили 10 мл воды и туда же задали по 100 мг геля Г-1 Г-2, отличающиеся различным составом.

Наблюдения показали, что в цилиндре, где находился Г-1, по истечении суток вода поглотилась гелем не полностью, на дне цилиндра еще были видны следы воды. Во втором случае с Г-2 вода полностью поглотилась.

Водопоглощаемость Г-2 в з

Такое явление можно объяснить тем, что Г-1 более сшитый поперечными связями и это не дает возможности проникновению воды в межмолекулярное пространство геля.

Механизм действия водопоглощения гелем объясняется следующим образом. В структуре Г находится карбоксильная группа, которая обладает большой гидрофильностью и чем больше ее в составе Г, тем выше его поглотительная способность.

Проведенные нами испытания по двум образцам Г позволили установить наиболее активный Г и в своих дальнейших экспериментах мы в основном использовали Г-2.

Интерес представлял определение водопо-глощающей емкости геля, т.е. минимальную концентрацию геля, при котором поглощается максимальное количество воды.

В связи с этим брали следующие навески геля: 50, 100, 300 мг и опускали в колбы с дизельным топливом по 100 мл в каждый в присутствии 5 мл воды. Наблюдения проводили в течение суток. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1

яости от его концентрации

Концентрация Г-2, мг 50 100 300

Водопоглощаемость % 96 100 100

Как видно из таблицы с повышением концентрации геля Г-2 водопоглощаемость увеличивается и емкость по водопоглощению в сто раз превышает его массу.

Для определения предельной поглотительной способности геля были проведены следую-

Предельная поглотительная

щие опыты. В колбы наливали различное количество воды: 5, 10, 15 мл и по 50 мл дизельного топлива. Затем задавали в каждую колбу по 100 мг геля Г-2 и вели наблюдение за водопоглоще-нием. Результаты даны в таблице 2.

Таблица 2

способность геля массой 100 мг

Водопоглощение, % 100 100 75

Содержание воды в дизельном топливе, % 5 10 15

Как видно из таблицы, максимальная поглотительная способность геля составляет 10 мл воды при его массе 100 мг.

Следует отметить, что в начале экспериментов при контакте геля с водой его набухание начинается через 20 минут, поэтому были проведены испытания по определению максимальной поглощаемости в зависимости от времени, т.е. кинетика процесса.

Для определения кинетики поглощения гелем воды из дизельного топлива брали навески

геля 100, 200, 500 мг и опускали в дизельное топливо, содержащее 5 мл воды, вели наблюдения, результаты приведены на рисунке, из которого видно, что с повышением концентрации геля скорость процесса поглощения увеличивается.

Так, при концентрации геля 100 мг вода в количестве 5 мл поглощается полностью за 24 часа, при концентрации геля 200 мг за 20 часов, а при концентрации геля 500 мг за 16 часов характер изменения кривых адекватный.

Рис. Зависимость водопоглощения от продолжительности контакта геля с дизельным топливом

Нами проведены испытания по водопогло-щению геля в зависимости от температуры дизельного топлива, при этом содержание воды в 50 мл дизельного топлива составляло 10 мл, концентрация геля - 100 мг время контакта геля и дизельного топлива в смеси с водой - 6 часов.

Заключение

Таким образом, эксперименты по определению основных параметров, характеризующих Г-2, показали возможность поглощения воды из дизельного топлива, и определить в зависимости от концентрации, температуры и продолжительности процесса наиболее эффективные условия его применения.

На основании проведенных экспериментов в лабораторных условиях по поглощению воды из дизельного топлива гелем установлено, что можно очистить дизельное топливо, при этом эффективность очистки составляет 98,1%.

Литература

1. Сафонов А.С., Ушаков А.И., Гришин В.В. Химмотология горюче-смазочных материалов. И.: Химия, 2007, 488 с.

2. Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные топлива, масла и эксплуатационные жидкости. М.: За рулем. 2003 173 с.

3. Кузнецов, А.В. Топливо и смазочные материалы / А.В. Кузнецов. М.: Колос, 2004. 199с.

KURMANALIEV Musrepbek Kurmanalievich

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Almaty technological University, Almaty, Kazakhstan

DEHYDRATION OF DIESEL FUELS WITH POLYMER GELS

Abstract. This article presents a new water-absorbing polymeric gel for ensuring the purity of diesel fuel. The most optimal conditions for the process of water absorption are identified and there is chosen the smallest gel concentration. The proposed method of diesel fuel purification is available and profitable.

Keywords: water-absorbing gel, diesel fuel.