CC BY
6Определение эксплуатационных свойств зимнего дизельного топлива спектрофотометрическим методом
Порядина Дарья Александровна, Корнеев Игорь Игоревич, Караваев Геннадий Евгеньевич, Клименков Роман Викторович, Полянский Владислав Валерьевич, Астахов Евгений Михайлович, Колесников Михаил Эдуардович, Букарев Максим Викторович, Военной академии ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, г. Серпухов
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье представлены результаты полного анализа дизельного топлива марки ДТ Л-0,2-62 на соответствие ГОСТ 305-82. Показана возможность применения фотометрического метода и прибора спектрофотометр для экспрессного определения эксплуатационных свойств дизельных топлив -концентрация фактических смол, температура вспышки в открытом тигле во внелабораторных условиях, в режиме «на месте».
Ключевые слова: дизельное топливо, фактические смолы, температура вспышки, анализ «на месте», фотометрический метод.
В настоящее время проводят три вида анализа топливной продукции. Полный анализ по 20-ти органолептическим и физико-химическим показателям осуществляется только в аккредитованных лабораториях при составлении паспорта качества [1; 2].
Контрольный анализ проводят в течение срока хранения топлива для установления динамики изменения эксплуатационных свойств по 3-м физико-химическим показателям.
При поступлении топлива на АЗС, в полевых условиях проводят приемосдаточный анализ по одному инструментальному показателю «плотность». Показатель «плотность» служит для определения эксплуатационного свойства «горючесть» и «склонность к образованию отложений» дизельных топлив и бензинов.
Согласно ГОСТ контролируется только верхняя граница значений этого показателя [2]. В большинстве случаев показатель «плотность» соответствует требованиям стандарта, что ограничивает его информативность, например, не позволяет определить фальсификацию. Разработка способов экспрессного
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
определения показателей качества дизельных топлив во внелабораторных условиях, в том числе в полевых условиях, является актуальным.
Известно применение метода спектрофотометрии, основанном на поглощении квантов света при прохождении его через слой вещества [3]. Закон Бугера-Ламберта-Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя. Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом светопропускания. Взятый с обратным знаком десятичный логарифм величины коэффициента светопропускания называется оптической плотностью.
Низкий предел обнаружения, избирательность, простота методики анализа, высокая точность, применение малого объема пробы - до 10 мл, низкое время получения отклика - до 2 минут, отсутствие приемов подготовки пробы, применение фотометрических методов для контроля производства, определения примесей и решения многих важных вопросов в лабораториях позволяют разработать способы оценки состояния сложных систем нефтепродуктов.
Цель исследования - разработать способ экспрессного определения эксплуатационных свойств дизельного топлива с применением спектрофотометра в режиме «на месте», значительно снижающий время и себестоимость анализа по сравнению с существующими решениями.
Материалы и методы
В качестве объектов исследования выбраны 8 образцов продукта «Топливо дизельное» марки З-0,2-минус 35 ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия» разных производителей и дат розлива (таблица 1).
Таблица 1
Характеристика объектов исследования
Наименование Наименование продукта Изготовитель
Образец 1 Омский НПЗ
Образец 2 Рязанский НПЗ
Образец 3 Омский НПЗ*
Образец 4 Топливо дизельное Омский НПЗ*
Образец 5 ДТ З-0,2-минус 35 Волгограднефтепереработка
Образец 6 Омский НПЗ*
Образец 7 Орскнефтеоргсинтез
Образец 8 Омский НПЗ*
* - образцы предоставлены одинаковым производителем, дата отбора проб различная.
Для всех проб измерены стандартные показатели: цетановое число (ЦЧ); плотность при 20 ОС (р); кинематическая вязкость при 20 ОС (V); температура перегонки 50 и 96 % топлива (Т50% и Т96%); содержание фактических смол, мг на 100 см3 топлива (ФС); кислотность, мг КОН на 100 мл топлива (К);
9
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
содержание водорастворимых кислот и щелочей; температура вспышки в закрытом тигле, С (ВКЩ); температура помутнения, С (Тп); температура застывания, ОС (Тзаст); содержание механических примесей и воды (МПиВ); испытание на медной пластине (МП) на соответствие требованиям ГОСТ 305-82 [2].
Спектрофотометрическое исследование исследуемых проб проводили на спектрофотометре УФ-1200 (Shanghai Mapada Instruments Co., Ltd., Китай), предназначенном для измерения коэффициента пропускания, оптической плотности и концентрации жидких проб различного назначения.
Обсуждение результатов
Предварительно определяли стандартные показатели качества для проб дизельного топлива З-0,2 минус 35, связанные с содержанием компонентов нефтяных фракций и других нелетучих соединений (таблица 2).
Таблица 2
Результаты анализа образцов дизельного топлива на соответствие требованиям ГОСТ 305-82
№ Показатели Норма ГОСТ 1 2 3 4 5 6 7 8
п/п качества 305-82
1 ЦЧ Не менее 45 41 53 49 42 42 52 49 47
2 Р Не более 0,840 0,823 0,811 0,798 0,811 0,798 0,809 0,815 0,815
Фракционный состав
3 Тп 50% Не выше 280 232 223 202 215 231 221 231 232
Тп 96%% Не выше 340 302 290 306 334 308 322 289 301
4 V 1,8-5,0 2,07 2,36 2,3 2,52 1,94 2 2,51 2,5
5 К Не более 5 0,37 0,68 1,06 0,56 1,2 1 0,3 1
6 ФС Не более 30 0 5 1 6,5 5,5 2 1 19
7 ВКЩ Отсутствие Отсутствует
8 Твсп Не ниже 35 56 57 45 46 46 35 66 51
9 МПиВ Отсутствие Отсутствует
10 МП выдерживает Выдерживает
Установлено, что образцы №1, № 3-6 соответствуют требованиям по всем контролируемым показателям [2].
В образцах №2 и №8 цетановое число ниже регламентированного значения, они характеризуются недостаточным самовоспламенением, из-за присутствия бензиновой фракции.
В образце №7 плотность выше регламентированного значения, концентрация фактических смол существенно занижена среди выборки.
В образце №8 цетановое число ниже заявленного, кинематическая вязкость и температура вспышки занижены среди выборки, кислотность и содержание фактических смол несколько выше средней по выборке. Этот образец можно охарактеризовать, как образец длительного хранения, его рекомендуется расходовать в первую очередь, так как в нем возможно образование низкотемпературных отложений [1].
10
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
Образец №2 характеризуется цетановым числом ниже нормативного значения согласно ГОСТ, а температура перегонки на 50% ниже средней по выборке. Предположительно в образец добавлена керосиновая фракция. Данное топливо рекомендуется эксплуатировать при более низких температурах окружающей среды.
В образце №6 концентрация фактических смол существенно завышена среди выборки.
Для образца №3 характерно минимальное содержание фактических смол среди других проб из рассматриваемой выборки, кислотность пробы завышена. Этот образец является топливом длительного хранения.
В идентичных условиях получены спектры поглощения образцов дизельного топлива на спектрофотометре УФ-1200, в диапазоне длин волн 190 -1200 нм, с шагом 5 нм. Аналитически значимыми являются дифференциальные спектры поглощения в диапазоне длин волн 190-490 нм (рис. 1).
По форме интегрального спектра поглощения установить, что все образца представляют собой смесь различных классов органических соединений близких по строению. Геометрия интегральных спектров поглощения позволяет распределить исследуемые образцы на 3 группы. В 1-й группу входят образцы 1 и 2, для них установлен близкий состав веществ при поглощении в области 190 -350 нм. Ко 2-й группе относятся образцы 3, 4, 5, для них установлено наличие неразделенных пиков поглощения при 200-300 нм, что свидетельствует о близком углеводородном составе. К 3-й группе относятся образцы 6, 7, 8, для них характерно наличие смеси предельных органических соединений с большой молекулярной массой в диапазоне поглощения 390-490 нм. Для этих образцов установлено максимальное значение среди выборки показателя «концентрация фактических смол». Установлены различия в геометрии спектров для образцов дизельного топлива №1 - №8, связанные с различиями в химическом составе исследуемых проб (срок хранения, месторождение нефти) [4].
Применение интегральных спектров поглощения (рис. 1) не позволяет оценить показатели качества образцов дизельного топлива.
Был применен второй способ обработки аналитической информации -расчет соотношений оптической плотности А на разных длинах волн - ^ j (нм) -Аi / Aj. Для каждого образца рассчитано 20-ть соотношений и построены зависимости каждого нового параметра и показателями качества ГОСТ 305-82. Установлена устойчивая корреляция параметра Аi / Aj и стандартного показателя качества - концентрация фактических смол (рис. 2). Коэффициент достоверности аппроксимации R2 =0,82 > 0,75, получено уравнение для определения показателя «концентрация фактических смол» по результатам спектрофотометрического исследования.
Установлена устойчивая корреляция параметра Аi / Aj и стандартного показателя качества - температура вспышки (рис. 3).
Установлено, что коэффициент достоверности аппроксимации R2 =0,97 > 0,75. Высокий коэффициент достоверности аппроксимации подтверждает
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
возможность полученного уравнения для определения показателя «температура вспышки» по результатам спектрофотометрического исследования.
Рис. 1 Спектры поглощения образцов дизельного топлива
л й и
н ^
£ — —
рн о
Е з
к
у = 0,1923х- 0,1301 0.8242
СЗ
I £
Е '->
<и 1)
9- Е
и и
Ж I
О 5 10 15
Концентргщпя фактических смол, мг на 100 мл топлива
Рис. 2 График зависимости дифференциального показателя оптической плотности от концентрации фактических смол
о> -Т.
ёз
М
• с О
=
В 3 (=! г}
^ с
^
Е о
V и
Е
1 о
гЁ
3
у = 0,1155х- 6,4042 0,9716
60
65 70 75
Температура вспышки, °С
80
Рис. 3 График зависимости дифференциального показателя оптической плотности от температуры вспышки
Заключение
Разработан способ экспрессного определения эксплуатационных свойств дизельного топлива с применением спектрофотометра в режиме «на месте». За одно измерение на 1 приборе без предварительной подготовки пробы возможно в режиме «на месте» определить 2 показателя ГОСТ «концентрация фактических смол», «температура вспышки», при значительном снижении времени анализа в 30 раз, объема пробы в 10 раз. Не требуется принудительное нагревание образца до температуры кипения и полного испарения, что снижает экологическую нагрузку на оператора.
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
Литература:
1. Сафонов Л.С., Ушаков А.И. Автомобильные топлива: Химмотология. Эксплуатационные свойства. - СПб.: НПИКЦ, 2002. - 264 с.
2. ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2003. - 14 с.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2: Физико-химические методы анализа: учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. / В.П. Васильев. - 6-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2007. - 383 с.
4. Черепица С.В., Бычков С.М., Коваленко А.Н. Определение инспектируемых параметров дизельного топлива методом газовой хроматографии // Химия и технология топлив и масел. - 2003. - № 6. - С. 45-48.
14
