CC BY
52
A UNiVERSUM:
Л ТЕ>
№ 2 (95)_ДХ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_Февраль. 2022 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2022.95.2.13131
СИНТЕЗ ДЕПРЕССОРНОЙ ПРИСАДКИ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ СТИРОЛА С АЛКИЛМЕТАКРИЛАТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА
ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Мавлонов Шохрух Бобохон угли
докторант,
Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: [email protected]
SYNTHESIS OF COPOLYMERS BASED ON ALKYLMETACRYLATES AND THEIR INFLUENCE ON LOW TEMPERATURE PROPERTIES OF DIESEL FUELS
Shokrukh Mavlonov
Post-doctoral student, Bukhara Institute of Engineering and Technology, The Republic of Uzbekistan, Bukhara
АННОТАЦИЯ
В статье изучено влияния присадок синтезированных на основе сополимеров стирола с алкилметакрилатом на низкотемпературные свойства дизельного топлива. Результаты исследования показали, что синтезированные депрессорные присадки 0,1% концентрации дизельного топлива предельная температура фильтруемости была снижена с -7 оС до -18 оС, а температура застывания - с -14 оС до -28 оС.
ABSTRACT
The article was prepared on the conducted test of the effect of additives synthesized by alkyl methacrylate on the low-temperature property of diesel fuel. The effect of the synthesized additives on n-paraffins in diesel fuel has been studied. The results of the study showed that both synthesized depressant-dispersant additives had a strong inhibitory effect on diesel fuel, while the threshold filtration temperature of 0.1% diesel fuel was reduced from -7 оС to -18 оС, and the pour point - from -14 оС up to -28 оС.
Ключевые слова: зимнее дизельное топливо, гидроочищенное дизельное топливо, предельная температура филътруемости, депрессорная присадка, алкилметакрилаты, жирные спирты, стирол, спектроскопия.
Keywords: winter diesel fuel, hydrotreated diesel fuel, limiting filtration temperature, depressant, alkyl methacrylates, fatty alcohols, styrene, spectroscopy.
В современной нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности основная задача является рациональное использование моторных топлив, повышение их качества и расширение ресурсов. Известно, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются автомобили, котельные и тепловые электростанции, промышленные предприятия, то есть все объекты, использующие нефтепродукты: дизельное топливо и мазут.
В связи с постоянным увеличением расхода дизельного топлива особое внимание уделяется снижению токсичных выбросов в атмосферу, а также улучщению низкотемпературных свойств. Эта задача является актуальной как для Республики Узбекистана, так и для всех промышленно-развитых стран. В настоящее время важным решением этой проблемы является повышение требований к качеству товарного дизельного топлива. В современной экономике
одной из самых актуальных задач является постоянное повышение эффективности производства при одновременном повышении качества продукции и экологической безопасности, улучщение эксплуатационных свойств в аномалных условиях [1, 2].
При производстве дизельного топлива на НПЗ, помимо эксплуатационных характеристик, особое внимание уделяется повышению низкотемпературных и экологических показателей.
Наиболее важными эксплуатационными характеристиками двигателей внутреннего сгорания являются надежность, топливная экономичность и экологическая безопасность, которые зависят от сочетания конструктивных и эксплуатационных факторов, а также от качества топлива содержащий эффективный депрессорный присадок [3].
Экологические свойства топлива играют важную роль не только в общем количестве серы, но и в его
Библиографическое описание: Мавлонов Ш.Б. СИНТЕЗ ДЕПРЕССОРНОЙ ПРИСАДКИ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ СТИРОЛА С АЛКИЛМЕТАКРИЛАТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 2(95). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/13131
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
низкотемпературных свойствах. Однако проблема не может быть решена без использования депрес-сорной присадки, что является наиболее совершенным, экономичным и эффективным способом получения высококачественного дизельного топлива [4].
Исследования показали, что применение де-прессорные присадки значительно снижают граничные температуры затвердевания и фильтрации дизельного топлива и мало влияют на его температуру помутнения. То есть эта температура долгое время была основным критерием определения пригодности топлива для использования в зимнее время.
При изучении синтеза депрессора определяется, что решающее значение депрессора начинается не с температуры мутности, а от температуры затвердевания топлива и температуры плавления и трения, предела температуры фильтруемости.
Известно, что углеводороды, влияющие на свойства дизельного топлива при низких температурах, представляют собой н-алканы простой структуры, которые имеют большое количество атомов углерода в цепи. Для улучшения низкотемпературных свойств дизельных фракций используются снижение концентрации н-парафина или депрессорные присадки. Включение депрессорных присадок в состав ДТ позволяет расширить диапазон его использования в условиях холодного климата [5, 6].
В настоящее время присадки на основе сополимеров стирола с алкилметакрилатом отличаются от других присадков тем, что реакцию проводят в нормальной атмосфере и при температурах 60-80 °С, что не требуют такой сложной технологии. Исходя из выявленных актуальных проблем, цели настоящего исследования является синтез сложных эфиров на основе метакриловой кислоты и жирных спиртов, и изучение влияния сополимера стирола и алкилмета-крилатов на свойства дизельного топлива при низких температурах.
Синтез алкилметакрилатов осуществляли путем этерификации. Реакцию проводили в трехгорлых колбах, снабженной мешалкой и термометром. Колбу наполняли 14,4 г метакриловой кислоты и 27,4 г синтетического жирного спирта С10 в соотношении 1:1. Потом смесь медленно нагревается, по каплям добавляют 2,5 мл 80% серной кислоты. Реакционную смесь в колбе нагревали при атмосферном давлении 80°С, перемешивая в течение 3 часа. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры 20-25 °С. После окончания реакции для нейтрализации непрореагировавшей акриловой кислоты использовали концентрированный раствор карбоната натрия.
В процессе нейтрализации к синей лакмусовой бумаге добавляли концентрированный раствор карбоната натрия, ранее добавленный к эфирной части смеси, медленно перемешивая жидкость стеклянной палочкой, пока индикаторная бумага не стала красной. Отделение диоксида углерода в смеси привело к образованию пены в нем. Полученный сложный эфир отделяли от нижнего водного слоя в воронке Бюх-нера и фильтровали через пористую фильтровальную бумагу. После фильтрации образовался сложный эфир акриловой кислоты, а выход реакции составляло 37 г (89,0%).
Реакции сополимеризации стирола с алкилме-такрилатом проводили в растворе присутствии радикального инициатора. Сополимеризацию мономеров стирола и децилметакрилата проводили в стеклянных ампулах путем дегазации при температуре 70 °С. Суммарная концентрация мономеров в растворе изменена с 0,8 до 6,4 ммоль/г. Концентрация инициатора (ДАК) варьировалась от 0,3 до 1,0%. В качестве растворителей использовали диоксан, бензол, толуол и ДМФА. На определение сложно эфирных групп был рассчитан средний состав сополимеров, полученных при различных конверсиях со-мономеров. Для сополимеризации ряда синтезированных стирола с алкилметакрилатов состав сополимера определял на ИК-спектрофотометре, по взаимодействию сигналов карбонильных групп (для идентификации сигналов использовались спектры гомополимеров). Когда в процессе сополимеризации достигалась определенная конверсия мономеров (в диапазоне 15-45%), реакционную массу разбавляли бензолом и полимер осаждали в изопропило-вом спирте. Затем полимеры сушили в вакууме (20 °С) до постоянной массы.
Структура сополимеров проверена на приборе ИК-спектроскопии Shimadzu ГОЛШш1у-18. Сравнивая ИК-спектры сополимера ДМА-СТ с мономером ДМА, можно четко увидеть частоты поглощения сополимера в ИК-спектре, которые характерны для содержащихся в нем фрагментов. 1166,93 см-1 поле поглощения С-С-связь с валентными колебаниями, 1456,26 см-1 с колебаниями СН2 алкильной группы, 1734 см-1 с частотой валентных колебаний карбонильной группы в сложноэфирной группе, 2866,22 см-1 и 2958,80 см-1 относятся к валентным колебаниям СН3 групп. Следует отметить, что ИК-спектр сополимера не содержит частоты 16401660 см-1 С=С групп, наблюдаемой в спектре мономера. (рис. 1).
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Рисунок 1. ИК - спектр сополимера стирола с децилметакрилатом (СТ-ДМА)
Кроме того, в ИК-спектре сополимера присутствуют две интенсивные частоты в диапазоне 700800 см-1, которые также присутствуют в спектре сти-ролных звеньев. Это связано с деформационными колебаниями 5 групп СН в ароматическом кольце вне плоскости, причем в области 1000-1259 см-1 наблюдаются интенсивные частоты, эти частоты также присутствуют в спектре сополимера.
Изучили механизм действия синтезированных присадок на дизельное топливо. Компоненты дизельного топлива н-парафины определяются стандартно методом оптических исследований. Морфологию кристаллов парафина наблюдали с помощью поляризационного микроскопа BX41-POLYMPUS.
а) ДТ без присадки
б) ДТ с присадкой
Рисунок 2. Выявление морфологии кристаллов парафина DO на поляризационном микроскопе BX41-POLYPUS
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Образцы сначала нагревают до 50 °С, а затем охлаждают до 10 °С в течение 5 минут. Небольшое количество кристаллов парафина загружали на стеклянную пластину на центральном стеклянном медном основании. Во время измерения температуру медного каскада контролировали в циркуляционной ванне при 10 °С (рис. 2).
Механизм действия депрессорных присадков связан с влиянием их парафинов на процесс кристаллизации. Отличительной структурной особенностью макромолекул сополимеров (модификаторов кристаллов парафинов) является смесь длинных линейных насыщенных углеводородных цепей и полярных функциональных групп. Из-за структурного сходства парафинов и линейно насыщенных частиц под микроскопом наблюдалась координация аддитивных макромолекул на поверхности зародышей кристаллов парафина. Дальнейший рост кристаллов парафина тормозится наличием полярных групп или разветвленных стыков макромолекул. В результате
кристаллизация парафина начинается при более низкой температуре или продолжается за счет образования небольших агрегатов, состоящих из стабильной кристаллической модификации парафина. Кристаллизация парафинов в виде наиболее стабильной кристаллической фазы в значительной степени препятствует слипанию кристаллов, образующихся в мезофазе во время кристаллизации керосиновой фракции.
Изучить влияние синтезированных присадок на свойства дизельного топлива при низких температурах. При проведении экспериментов для данного исследования мы использовали дизельное топливо ООО «Бухарский НПЗ», в которое не добавлялась гидроочищенная присадка. Влияние синтезированных присадок в различных концентрациях (0,1 -0,5%) на их свойства при низких температурах при добавлении к гидроочищенным дизельным топливам, производимым на Бухарском НПЗ (табл. 1).
Таблица 1.
Влияние синтезированных присадков на свойства дизельного топливо при низких температурах
№ Название образца Присадка, масс.% Температура помутнение, Температура застывания, Предельная температура фильтруемости, ^
1 Зимний расход дизельного топлива - минус 5 минус 25 минус 15
2 Дизельное топлива без присадков - минус 4 минус 14 минус 7
3 №1 присадка 0,1 минус 5 минус 21 минус 17
0,5 минус 5 минус 25 минус 23
4 №2 присадка 0,1 минус 5 минус 27 минус 18
0,5 минус 5 минус 28 минус 19
Примечание: присадка №1 - сополимер Децилметакрилат-стирол ДМА-СТ (90:10); присадка №2 - сополимер Децилметакрилат-стирол ДМА-СТ (85:15);
Как видно из таблицы 1 , положительные результаты были получены при смешивании гидроочищен-ного дизельного топлива с различными количествами (0,1-0,5 масс.%) синтезированных присадок до температур застывания и предельная температура филь-труемости. При испытаниях в лаборатории максимальная температура застывания составляет -21 °С для добавления 0,1% к дизельному топливу из присадки №1, максимальной предел температуры филь-труемости составляет 12 0С, максимальная температура затвердевания составляет -17 °С, для добавки 0,5%, предел температуры фильтруемости составляет -23 °С. При добавлении 0,1% присадка №2 к ди-
зельному топливу максимальная температура заты-вания снижается от -14 оС до -27 °С, нижный предел температуры фильтруемости снижается от -7 °С до -
18 °С, а при добавлении 0,5% высокая температура застывания снижается от -14 °С до -28 °С , а предел температуры фильтруемости снижается от -7 °С до -
19 0С.
Результаты выше указанных испытаний показали, что при добавлении синтезированных присадок к дизельному топливу в количестве 0,1-0,5% получены эффективные результаты при температуре застывания и в пределах температур фильтрации дизельного топлива.
Список литературы:
1. Митусова Т.Н., Калинина М.В. Мировые тенденции улучшения качества дизельных топлив/ // Мир нефтепродуктов. - 2005. - № 2. - С.5.
2. Капустин В.М. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками / В.М. Капустин. - М.: КолосС, 2008. - 232 с.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
3. Данилов А.М. Современное состояние производства и применения присадок при выработке дизельных топ-лив Евро-3, 4, 5: Доклад на совместном заседании ученого совета ВНИИНП и Комитета по топливам и маслам АНН РФ / А.М. Данилов. - М.: Изд-во «Спутник+», 2009. - 27 с.
4. Иовлева Е.Л., Лебедев М.П. Получение низкозастывающих дизельных топлив на примере талаканской нефти: дис. ... канд. техн. наук. Якутск. 2016. С. 14-18.
5. Мавлонов Ш.Б. Депрессорные присадки на основе стирола и низкомолекулярного полиэтилена. Инновационные пути решения актуальных проблем развития пищевой и нефтегазохимической промышленности» материалы международной научно- практической конференции. -2020. 12-14 ноября. 1-Т. Бухоро. 2020. -315.с.
6. S.F.Fozilov, B.A.Mavlonov, Sh.B Mavlonov, D.F.Asadova, A.F.Gaybullayeva. Obtaining higher fatty alcohols based on low molecular polyethylene and their useage as lubricating additives for diesel fuels. International Journal on Integrated Education Volume 3, Issue XII, December 2020. 44. e-ISSN : 2620 3502 p-ISSN:26153785. http://jour-nals.researchparks.org/index.php/IJIE/article/view/910/858
