Физико-химические закономерности изменения свойств дизельных топлив в условиях их подземного хранения в Сирийской Арабской республике

В диссертации приведены данные по изменению свойств ДТ при отборе проб ДТ с верха, средины и низа из резервуаров подземных хранилищ.

Из таблицы 5 видно снижение цетанового индекса на 0,4 единицы. Такие же закономерности приведены в диссертации для хранилищ Северного, Центрального, Западного и Восточного регионов. Из таблицы 5 следует, что с повышением глубины расположения слоя в ДТ увеличиваются, С_АрУВ, мас. % серы (S), t_всп., С_смол, изменяется фракционный состав за 5 лет хранения.

По данным таблиц, содержащих закономерности изменения плотности, С_АрУВ и ЦЧ получены математические модели в такой форме:

,(39)

,(40)

.(41)

Полученные в работе уравнения выражают алгоритм расчета цетанового числа в зависимости от времени хранения ДТ, от плотности и содержания в ДТ АрУВ: или . Этот алгоритм позволит по разработанной программе проводить необходимые расчёты с помощью компьютеров.

В дизельном топливе значительно меняется фракционный состав по глубине расположения слоёв в резервуаре. Изменения температур выкипания фракций ДТ по слоям для подземных хранилищ Северного, Центрального и Южного регионов САР приведены на рисунках 9, 10 и 11.

Рисунок 9 - Повышение температур выкипания фракций ДТ Дt₁=(t_cp - t_верх), хранимого в подземном хранилище Северного региона для среднего слоя (кривая 1) и нижнего слоя (кривая 2)

Представленные в данной главе закономерности отражают изменения физико-химических свойств дизельных топлив при длительном их хранении. Из рисунков 9ч11 следует полиэкстремальное повышение температур выкипания фракций ДТ, отобранных из среднего и нижнего слоёв ДТ. Сравнение фракционного состава ДТ по слоям отбора показывает его существенное отличие, как по регионам хранения, так и по слоям отбора.

Рисунок 10 - Повышение температур выкипания фракций ДТ, хранимого в подземном хранилище Южного региона: для среднего слоя (кривая 1) и нижнего слоя (кривая 2)

Рисунок 11 - Повышение температур выкипания фракций ДТ, хранимого в подземном хранилище Центрального региона: для среднего слоя (кривая 1) и нижнего слоя (кривая 2)

В то же время перемешивание ДТ, отобранного из верхнего, среднего и нижнего слоёв, усредняет его свойства, хотя они и не совпадают полностью со свойствами исходного ДТ.

Следовательно, на основе проведённого исследования свойств ДТ по слоям необходимо рекомендовать потребителям, что при производстве товарного ДТ из хранилищ следует отбирать его с трёх слоёв, перемешивать до получения однородной смеси, проводить контроль качества. Если ДТ по показателям качества отличается от стандартного, то есть качество его хуже стандартного, то эти показатели необходимо улучшить с помощью соответствующих присадок или с привлечением других способов.

Представленные в данной главе закономерности отражают изменение физико-химических свойств дизельных топлив при длительном их хранении в подземных резервуарах САР и изменение их свойств по глубине.

Аналитические выражения полученных закономерностей для изменения свойств ДТ не зависят от региона расположения подземных хранилищ в САР. Они одинаковы для всех подземных хранилищ ДТ. Это отражает инвариантность формы уравнений для всех регионов и топлив, хранящихся в резервуарах. Эти уравнения отражают полезность использования теоретических методов к описанию изменения свойств ДТ, подвергнутых хранению в подземных резервуарах.

Двенадцатая глава посвящена детальному исследованию эксплуатационных свойств дизельных топлив при применении их для работы стендового дизельного двигателя и реальных дизельных автомобилей без и с композиционной присадкой.

Повышение эксплуатационного качества ДТ в работе предложено осуществлять добавкой в ДТ 0,05-0,1 мас. % (предпочтительнее 0,05 мас. %) композиционной присадки. Она состояла из смеси индивидуальных присадок, содержащих в составе соединений Bа, Si, N, Li, K, Cs, Fe. При прокаливании этой присадки получали оксиды металлов в количестве 0,05•0,02=0,001 мас. %, что допустимо стандартами. Присадка получила брэнд «0,010». Испытание ДТ при работе стендового дизельного двигателя показало высокую эффективность действия этой присадки на показатели работы двигателя, что представлено в таблице 6. Из данных таблицы 6 следует, что введение в дизельное топливо экологической каталитически активной комплексной присадки «0010» в количестве 0,1 мас. % приводит:

- к снижению удельного расхода топлива на 5,8 %;

- повышению эффективного КПД до 5,9 %;

- повышению полноты сгорания топлива, характеризующегося снижением содержания углеводородов в дымовых газах, на 18,0-16,7 %;

- снижается дымность выхлопных газов до 14,3 единицы.

Таблица 6 - Сводная таблица изменения параметров работы стендового дизельного двигателя при работе на штатном дизельном топливе и дизельном топливе с присадкой «0010»

Присадка «0010» снижает содержание оксида углерода в дымовых газах на 3,5-16,7 %. Дымность выхлопных газов дизеля снижается только на 14,3 %, несмотря на увеличение полноты сгорания топливо-воздушных смесей.

Особенно четко эффективность работы двигателя на ДТ с присадкой проиллюстрировано на рисунке 12 и в таблице 7.

Рисунок 12 - Влияние мощности двигателя Ne (кВТ) на дымность выхлопных газов при работе на: 1 - базовое дизельное топливо, 2 - ДТ с 0,01 мас. % композиционной присадки

Таблица 7 - Влияние присадки 0,010 на работу ДД

Из данных таблицы 7 видно значительное снижение дымности двигателя, содержания СО и углеводородов в выхлопных газах. Средние величины получены по снижению содержания NO_Х, бенз--пирена и наименьшее снижение в выхлопных газах достигнуто для выброса аэрозоля и масляного тумана. При работе автобусов на ДТ с присадкой и без присадки получено снижение дымности выхлопных газов на 55 % отн.

Рисунок 13 - Зависимость полноты сгорания ДТ в ТВС от мощности двигателя при его работе на ДТ с присадкой (1) и без присадки (2) при числе оборотов коленчатого вала n=1500 мин^-1

С присадкой при работе ДД возрастает полнота сгорания ДТ в топливо-воздушных смесях и это понижает содержание СО в дымовых газах, как показано на рисунках 13 и 14.

Рисунок 14 - Зависимость содержания СО в дымовых газах от мощности двигателя при его работе на ДТ с присадкой (1) и без присадки (2) при числе оборотов коленчатого вала n=1500 мин^-1

Из рисунков 13 и 14 следует, что закономерность снижения УВ в выхлопных дымовых газах ДД повторяет закономерность снижения СО в дымовых газах. Кроме того, наличие присадки в ДТ приводит к более полному сгоранию топливо-воздушной смеси (ТВС), а выход УВ в зависимости от нагрузки двигателя проходит через максимумы и минимум.

Из сравнения кривых, приведённых на рисунках 13 и 14 следует, что полнота сгорания ДТ в ТВС и выход СО в дымовых газах меняются симбатно, то есть существует чёткая связь между полнотой сгорания ТВС и содержанием СО и УВ в дымовых газах. Данные, приведенные на рисунках 13 и 14, подтверждают одинаковый механизм сгорания ДТ без и с присадкой и каталитическое действие молекул воды на дожигание СО и УВ в двигателе.

В заключении можно сформулировать следующие обобщения по работе:

- проанализированы свойства дизельных топлив и их изменение в зависимости от их состава, внутренних и внешних параметров. Впервые созданы кинетические, параметрические и термодинамические модели для расчета свойств ДТ, что позволяет осуществлять прогноз этих свойств расчетным способом;

- изучены закономерности изменения свойств ДТ при их хранении во времени и по глубине расположения слоёв в резервуарах;

- созданы кинетические и параметрические математические модели для расчета свойств ДТ при изменении их свойств во времени их хранения и по глубине расположения слоев ДТ в резервуарах, которые позволяют по начальным величинам параметров рассчитывать текущие их величины, проводить экстраполяцию свойств дизельных топлив, изменяя соответствующие параметры;

- создана композиционная присадка к ДТ, которая при добавке к топливу и работе на таком ДТ дизельных двигателей обеспечивает более высокую полноту сгорания ДТ, понижает дымность двигателя и расход топлива.

Выводы

1. Изучение литературных источников позволило установить недостаточное исследование закономерностей изменения свойств дизельных топлив с изменением их химического состава, воздействия на физические, кинетические и термодинамические свойства ДТ различных параметров и присадок.

2. Исследование связи между величиной цетанового числа, химическим составом дизельного топлива и физическими параметрами позволило создать параметрические уравнения, учитывающие связь, М, н, Т и растворимость парафинов в ДТ. Эти уравнения определяют связь между типом ММВ и качеством дизельного топлива.

3. Классификация присадок, произведенная по материалам А.М.Данилова, позволила создать параметрические уравнения, отражающие закономерности влияния присадок на плотность, вязкость, термические свойства и химический состав ДТ.

4. При хранении дизельных топлив в подземных хранилищах протекают такие процессы как: окисление углеводородов, коррозия стенок резервуаров, накопление статического электричества, накопление смол, твердых осадков, олефинов и АрУВ. На основе формулирования механизмов протекания этих процессов и закономерностей их протекания созданы кинетические и параметрические уравнения, адекватно описывающие указанные процессы и подтверждающие предложенные механизмы изменения качества дизельных топлив.

5. Сформулирован механизм горения топливо воздушных смесей, с учётом теории, развитой В.А. Винокуровым с соавторами, включающего участие в механизме радикалов, катион- и анион- радикалов, катионов и анионов и электронов, что дополняет механизм цепных процессов, развитых в работах Боденштейна-Хиншельвуда-Семенова.

6. Установлено появление синергизма при введении композиции присадок в дизельные топлива, что отражено в изменении свойств и качества дизельного топлива с повышением концентрации присадки «0010» в ДТ по неаддитивному закону.

7. В дизельном топливе может находиться вода в состоянии истинного раствора или в капельном состоянии. Закономерность растворения влаги в дизельном топливе с образованием истинного раствора, с изменением температуры описана термодинамическим методом, обеспечившим создание уравнения зависимости растворимости воды от температуры в явном виде.

8. В дизельных топливах при их хранении в подземных хранилищах накапливаются аморфные и твердые осадки. Сформулирован коллоидно-химический механизм образования осадков в дизельном топливе. Созданы кинетические и параметрические уравнения и математические модели образования осадков на дне резервуаров, включающих время и размеры частиц дисперсной фазы.

9. Изучены закономерности изменения свойств дизельных топлив, которые хранятся в подземных хранилищах Южного, Северного, Центрального, Западного и Восточного регионов Сирийской Арабской республики с выявлением влияния температуры и времени хранения на свойство и качество дизельных топлив.

10. Созданы кинетические и параметрические уравнения и модели на их основе, определяющие снижение цетанового числа дизельных топлив во времени хранения ДТ и по глубине расположения слоев дизельного топлива в резервуарах.

11. Установлено, что температуры выкипания узких фракций дизельного топлива, отобранного с верхних, средних и нижних слоев дизельного топлива в резервуарах и разогнанных на ректификационной колонне, увеличиваются и, на кривых разгонки выделены минимумы и максимумы температур выкипания. Это указывает на изменение химического состава ДТ по глубине слоев, расположенных в дизельном топливе.

12. Установлено изменение цетанового числа, с, С_Ар, S со временем в дизельных топливах, которые хранятся в подземных хранилищах Южного, Северного, Центрального, Западного и Восточного регионов. Цетановое число ДТ снижается, а плотность и содержание АрУВ возрастает в ДТ со временем. Созданы кинетические и параметрические уравнения и модели на их основе для расчета цетановых чисел в зависимости от времени и получены параметрические уравнения, связывающие цетановое число с плотностью и С_АрУВ . Эти уравнение положены в основу создания алгоритма расчета ЦЧДТ во времени.

13. Качество дизельного топлива, которое откачивается из хранилищ, предположено повышать введением в его состав композиционной присадки 0010. В присутствии присадки дизельные (стендовый и натуральные) двигатели работают со снижением расхода топлива, вредных выбросов с дымовыми газами в окружающую среду, с повышением КПД дизельного двигателя. На основе детальных исследований работы дизельного двигателя без присадки и с присадкой рекомендовано добавлять композиционную присадку в дизельное топливо, после его выгрузки из подземного хранилища, для применения в дизельных двигателях.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Амер Марван Аммар Изменение свойств дизельных топлив при хранении в подземных резервуарах //Химия и технология топлив и масел. - 2008. - №4. - С. 36-37.

2. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Закономерности изменения дизельных топлив при хранении //Химия и технология топлив и масел. - 2007. - №5. - С. 21-22.

3. Гришина И.Н., Амер Марван Аммар, Башкатова С.Т., Колесников И.М. Уравнения, связывающие цетановое число дизельного топлива с концентарцией содержащейся в нем присадки //Технологии нефти и газа. - 2007. - №3. - С. 58-61.

4. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Закономерности изменение свойств дизельных топлив при длительном хранении //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006.- №11. - С. 20-21.

5. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Кинетика изменения проводимости дизельных топлив присадками //Технологии нефти и газа. - 2009. - №5. - С. 40-41.

6. Амер Марван Аммар, Колесников И.М., Сваровская Н.А. Изменения эксплуатационных свойств дизельных топлив в условиях подземного хранения // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2009. - №1. - С. 10-12.

7. Амер Марван Аммар, Колесников И.М., Сваровская Н.А., Колесников С.И., Винокуров В.А. Накопление дисперсной фазы в дизельном топливе при хранении в подземных хранилищах /Сб. тр. «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» - М.: Техника ТУМА ГРУПП, 2008. - С. 132-134.

8. Амер Марван Аммар, Колесников И.М., Сваровская Н.А. Влияние времени хранения дизельных топлив на их свойства //Технологии нефти и газа. - 2009. - №4. - С. 23-24.

9. Амер Марван Аммар Физико-химические свойства дизельных топлив в условиях подземного хранения - М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2008 - 237 с.

10. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Изменения качества дизельных топлив при длительном их хранении //Тез. докл. 7-ой НТК «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007. - С. 13-14.

11. Амер Марван Аммар, Колесников И.М., Сваровская Н.А. Распределение свойств дизельных топлив по глубине хранения в подземных хранилищах /Сб. тр. «Основное направление научных исследований кафедры физической химии». - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2009. - В. 2. - С. 36-40.

12. Амер Марван Аммар, Колесников И.М., Гришина И.Н. Уравнение связи цетанового число с концентрацией присадки этилнитрата //Технологии нефти и газа. - 2008. - №5. - С. 21-23.

13. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Кинетика смолообразования в дизельных топливах при хранении в подземных хранилищах //Нефтепереработка и нефтехимия, НТИС. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2009, В. 4. - С. 10-14.

14. Амер Марван Аммар, Колесников И.М. Исследование термодинамических свойств природных битумов в процессах их термохимической переработки //Технологии нефти и газа. - 2009. - №4. - С. 16-20.

Размещено на Allbest.ru