WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |


На правах рукописи

СИДРАЧЁВА ИРИНА ИРИКОВНА

СИНТЕЗ ПРОТИВОИЗНОСНОЙ ПРИСАДКИ К ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

И Н-БУТИЛОВОГО СПИРТА

Специальность 02.00.13 - «Нефтехимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре химико-технологических процессов филиала ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г.Салавате

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор

Хайрудинов Ильдар Рашидович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Хлесткин Рудольф Николаевич;

доктор технических наук, доцент

Цадкин Михаил Авраамович

Ведущая организация

Институт органической химии

Уфимского научного центра РАН

Защита состоится «22» декабря 2009 года в 10.30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.01 при ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан « » ноября 2009 года.

Ученый секретарь совета, Сыркин А.М.

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Моторные топлива, производимые из нефти, являются основным источником энергии для транспорта, промышленной и сельскохозяйственной техники. По объемам производства в ряде стран первое место занимают дизельные топлива, к которым предъявляются жесткие требования по содержанию серы, ароматических соединений. В частности, по требованиям, установленным Европейским экономическим Советом EN 590, содержание серы не должно превышать 0,001-0,005% масс., а содержание полициклических ароматических углеводородов – не более 11%.

Энергичные действия по обессериванию дизельных топлив привели к потере их некоторых ценных потребительских качеств, таких, например, как химическая стабильность, антистатические и противоизносные свойства. На антистатические свойства дизельных топлив обращают внимание редко. Иное дело – смазывающая способность топлив, влияющая на ресурс работы топливной аппаратуры. В режиме граничного трения, характерном для работы топливных насосов высокого давления, большую роль играют поверхностно-активные соединения серы, сорбирующиеся на трущихся поверхностях и принимающие участие в трибохимических реакциях, приводящих к образованию защитной сервовитной пленки.

Для устранения этих недостатков экологически чистых дизельных топлив необходимо дозировать в них смазывающие присадки. До последнего времени на рынке присадок к топливам господствовали зарубежные фирмы (Infineum, BASF, Clariant, Lubrizol и др.). Такая зависимость от зарубежных поставок в производстве стратегического продукта, которым является топливо, недопустима. Отечественные разработки противоизносных присадок начались в 2003 году. В настоящее время допуск к применению в России получили противоизносные присадки «Альта» (ОАО ВНИИ НП), «Каскад-5» (ООО «Пластнефтехим»), Миксент-2030 (ОАО «Алтайский центр прикладной химии»), «Байкат» (ОАО ВНИИ НП, ОАО АЗКиОС).

Современная потребность в противоизносных присадках в России составляет около 6200 т/год. В этой связи важной задачей исследований в области химмотологии является расширение ассортимента присадок отечественного производства, позволяющих решить проблему улучшения качества дизельных топлив, удовлетворяющих современным требованиям.

Цель работы: синтез, испытания образцов и разработка технологии получения противоизносной присадки к дизельным топливам на основе рапсового масла и н-бутилового спирта.

Задачи работы

- подбор условий получения эфиров рапсового масла процессом этерификации бутиловыми спиртами, отработка стадий синтеза и выделения целевых эфиров;

- изучение кинетических закономерностей процесса этерификации рапсового масла с целью разработки математической модели процесса;

- разработка технологической схемы процесса этерификации, выполнение технологических расчетов основных аппаратов, определение технико-экономических показателей процесса синтеза бутилового эфира рапсового масла;

- испытание перспективного образца эфира рапсового масла в качестве смазывающей присадки.

Научная новизна

- исследовано влияние температуры, времени контакта и природы катализатора на процесс этерификации рапсового масла н-бутиловым спиртом. Установлено, что при температуре 115 оС, продолжительности процесса 120 мин, концентрации используемой в качестве катализатора H2SO4 98%, дозировке катализатора 2% масс. на масло удается получить бутиловые эфиры кислот рапсового масла с выходом 95% на масло;

- предложено кинетическое уравнение, адекватно описывающее процесс этерификации рапсового масла технического н-бутиловым спиртом в присутствии соляной и серной кислот;

- исследовано влияние состава присадки на смазывающие свойства и воспламеняемость дизельного топлива. Установлено, что добавка этой присадки в количестве 1-5% масс. снижает диаметр пятна износа с 594 до 216-249 мкм, увеличивает цетановое число с 47,2 до 50,6.

Практическая ценность работы

- полученные результаты по применению композиции присадок на основе эфиров рапсового масла позволяют рекомендовать их в качестве добавки, улучшающей смазывающие свойства и воспламеняемость дизельного топлива;

- предложена технологическая схема установки этерификации рапсового масла н-бутиловым спиртом;

- технико-экономические расчеты показывают, что требуемые капитальные затраты на проектирование и строительство установки мощностью 10 тыс. тонн в год в размере 135,5 млн. руб. окупятся в течение 2,5 лет. Себестоимость 1 тонны целевого продукта составит 25,8 тыс. руб.;

- разработана и внедрена на кафедре химико-технологических процессов Салаватского филиала УГНТУ методика и лабораторная установка по исследованию процесса этерификации растительных масел спиртами.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Нефтепереработка-2008» (Уфа, 2008 г.), «Нефтегазопереработка-2009» (Уфа, 2009 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных трудов, в том числе 2 статьи и тезисы 3 докладов.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, список литературы включает 161 наименование публикаций отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 117 страницах, содержит 31 рисунок и 22 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы повышения смазывающих свойств глубокоочищенных дизельных топлив и насущная необходимость создания отечественных производств присадок к топливам.

Первая глава диссертации посвящена обзору литературных источников по изучаемой проблеме. Из литературной проработки вопроса производства дизельных топлив на НПЗ России видно, что основной тенденцией развития производства дизельных топлив является переход на выпуск более экологичных топлив, соответствующих европейским стандартам по содержанию серы.

Рассмотрены причины ухудшения смазывающих свойств дизельных топлив при глубокой очистке от сернистых соединений, показаны способы устранения данного явления.

Изучена возможность использования сложных эфиров растительных масел в качестве добавки к малосернистым дизельным топливам, повышающей противоизносные свойства топлива. Выяснено, что добавка эфиров дополнительно повышает цетановое число, температуру вспышки, улучшает процесс сгорания и низкотемпературные свойства топлива.

Представлен химизм, основные параметры и технологическое оформление процесса этерификации триглицеридов жирных кислот растительных масел алифатическими спиртами. Также представлены основные результаты кинетических исследований процесса, опубликованные в зарубежной литературе. Выявлена малая изученность вопроса получения бутиловых эфиров растительных масел.

Из литературных данных следует, что добавка сложных эфиров растительных масел к нефтяным дизельным топливам снижает их химическую стабильность. Эта проблема может быть решена путем введения ингибиторов окисления. Рассмотрены химизм окисления и ингибирования дизельных топлив, основные типы ингибиторов окисления и концентрационные пределы их введения в топлива.

Во второй главе представлены объекты и методы исследования, приведены основные физико-химические свойства сырья, тип катализатора, представлены методики проведения экспериментов и анализов получаемых продуктов этерификации, обоснованы условия проведения экспериментов.

В экспериментах в качестве сырья использовали рапсовое масло техническое (таблица 1) и алифатические спирты метанол (ГОСТ 2222-95), изопропанол (ГОСТ 9805-84), нормальный бутанол (ГОСТ 5208-81) и изобутанол (ГОСТ 9536-79).

В качестве катализаторов применяли минеральные кислоты и щелочи.

Таблица 1 – Показатели качества рапсового масла технического

Показатель

значение

Содержание серы, ppm

51,0

Кинематическая вязкость при 20 оС, сСт

75,1

Плотность при 15 оС, кг/м3

916

Температура застывания, оС

-4

Кислотное число, мг КОН/100 г

3,75

Эксперименты проводили на лабораторной установке этерификации растительных масел. В главе обоснован выбор типа применяемого для дальнейших исследований катализатора, рассмотрены методы очистки продукта реакции. Осуществлен выбор экспресс-метода оценки степени превращения сырья. Метод разработан и предложен де Филипписом с сотр. в 1995 году и основан на линейном характере зависимости кинематической вязкости реакционной смеси при этерификации растительного масла, измеренной при 20 оС, от содержания в ней эфиров. Анализы полученных продуктов проводили по стандартным методикам (таблица 2).

Таблица 2 – Методики определения показателей качества

Показатель качества

Метод испытания

Плотность

ГОСТ Р 51069-97

Кинематическая вязкость

ГОСТ 33-2000

Цетановое число

ГОСТ 3122-67

Фракционный состав

ГОСТ 2177-99

Содержание серы

ГОСТ Р 50442-92

Температура застывания

ГОСТ 20287-91

Температура помутнения

ГОСТ 5066-91

Смазывающая способность

ГОСТ Р ИСО 12156-1-2006

Представлена методика оценки окислительной стабильности дизельного топлива и схема лабораторной установки.

В третьей главе представлены результаты исследования процесса этерификации рапсового масла алифатическими спиртами, а также результаты испытания полученных эфиров в качестве противоизносной присадки.

Результаты исследований позволяют отметить следующее.

Переработку технического растительного масла лучше проводить в присутствии кислого катализатора, который не приводит к омылению компонентов сырья. Использование н-бутилового спирта для этерификации рапсового масла на кислом катализаторе является наиболее предпочтительным по комплексу показателей.

Сравнение серной и соляной кислот при их использовании в качестве катализатора этерификации показало, что концентрированная серная кислота приводит к наибольшему снижению кинематической вязкости реакционной смеси по истечении 180 мин (рисунок 1). Рекомендуемая дозировка составляет 2 – 4% масс. на масло.

Для описания процесса этерификации рапсового масла н-бутиловым спиртом в присутствии минеральных кислот была рассмотрена динамика кинематической вязкости реакционной смеси, измеренной при 20 оС.

Для удобства абсолютные значения вязкости были заменены на относительную кинематическую вязкость, рассчитанную по формуле (1):

, (1)

где текущее значение кинематической вязкости, мм2/с; начальное значение кинематической вязкости, мм2/с.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»