DOI: 10.31081/1681-309X-2021-0-6-?-? Спеціальність 161. УДК: 665.7.038
ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНІ ПРИСАДКИ ДО ПАЛИВНО-МАСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
О.В. Троценко1, А.Б. Григоров2, В.М. Назаров3
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», 61002, г. Харків, вул. Кирпичова, 2, Україна
1 Троценко Олександр Володимирович, аспірант кафедри технології переробки нафти, газу та твердого палива (ТПНГТП), e-mail: trocenko.alexandr@gmail.com
2Григоров Андрій Борисович, докт. техн. наук, проф. кафедри ТПНГТП, e-mail:grigorovandrey@ukr.net
3 Назаров Валерій Миколайович, канд. техн. наук, проф. кафедри ТПНГТП, e-mail: PIREN66@ ukr.net
В статті розглянуто можливість підвищення рівня експлуатаційних властивостей паливно-мастильних матеріалів за рахунок використання поліфункціональних присадок. Враховуючи вартість присадок, умови їх застосування та широкий спектр властивостей, які вони надають паливно-мастильним матеріалам, цей шлях на сьогоднішній день можна вважати найбільш перспективним у порівнянні з закупівлею якісної нафтової сировини та тотальним переоснащенням існуючого виробництва. Запропоновано класифікувати поліфункціональні присадки до паливно-мастильних матеріалів за властивостями, які вони проявляють, та ступенем цих властивостей. Така класифікація дозволяє здійснювати підбір збалансованого пакету присадок до паливно-мастильних матеріалів, збільшувати обсяги їх виробництва (в середньому пакет присадок складає біля 10 % за масою) та знизити собівартість товарного продукту. Для контролю та упорядкування обігу паливно-мастильних матеріалів, а також з метою запобігання їх фальсифікації (особливо при виробництві брендованих сортів паливно-мастильних матеріалів преміум класу), запропоновано використовувати барвники, котрі, завдяки їх властивостям, можна розглядати як поліфункціональні присадки / компоненти. Серед усіх речовин, на базі яких наразі виробляються промислові барвники широкого призначення, найперспективнішими є азобарвники. Це пов’язано, насамперед, з широким спектром властивостей, котрі проявляють ці речовини: антиокиснювальні, біоцидні, миючо-диспергуючі, захисні, протизносні. Спираючись на проведений аналіз інформації, що присвячена використанню барвників у паливно-мастильних матеріалах, є можливим розширення існуючої гами барвників за рахунок використання діазосполук, які мають стійкий колір, що він у залежності від структури сполуки коливається від жовтого до пурпурово-червоного. У статті показано, що завдяки здатності надавати колір та проявляти інші корисні властивості, притаманні азосполукам, ці речовини можна розглядати як перспективні з точки зору використання в якості поліфункціональних присадок при виробництві паливно-мастильних матеріалів.
Ключові слова: паливно-мастильні матеріали, присадка, поліфункціональні властивості, класифікація, барвник, колір, діазосполуки
Автор для листування О.В. Троценко, e-mail: trocenko.alexandr@gmail.com
Поступове вичерпання світових запасів нафтової сировини є одним з основних факторів, який визначає основні шляхи функціювання та перспективи розвитку нафтопереробної промисловості. Разом з цим, в окремих країнах світу, наприклад в Україні, вже багато десятиріч існує дефіцит якісної сировини для виробництва паливно-мастильних матеріалів, який зумовлює використання у технологіях їх виробництва важких нафт та їх залишків, або взагалі вторинної сировини. Це, у свою чергу, не може не призводити до погіршення якості отримуваних продуктів та створює певне протиріччя між фактичним рівнем якості паливно-мастильних матеріалів і вимогами Європейських стандартів екологічної безпеки, які в останні роки запроваджені в Україні.
На сьогоднішній день найраціональнішим шляхом у виробництві паливно-мастильних матеріалів, які відповідають європейським стандартам, з наявної в Україні нафтової сировини є застосування у їх складі присадок різного функціонального призначення. Використання присадок дозволяє отримувати якісну товарну продукцію, нівелюючи низьку якість сировини та недосконалість технологічних процесів виробництва. Крім того, присадки сприяють збільшенню обсягів виробництва товарного палива і є зручними у використанні – можуть застосовуватися при виробництві, зберіганні та єксплуатації паливно-мастильних матеріалів.
Історія використання присадок у паливно-мастильних матеріалах для поліпшення конкретних експлуатаційних властивостей налічує понад 50 років і висвітлена в роботах А.М. Кулієва, А.І. Ахмедова, А.А. Гуреєва, Г.П. Лишко, В.В. Острікова, В.М. Школьникова та ін. Проте конкретне питання щодо використання присадок, які характеризуються поліфункціональними властивостями, на нашу думку, вивчено недостатньо.
Класифікацію властивостей будь-якої поліфункціональної присадки можна представити у вигляді структурної блок-схеми, що наведена на рис. 1.
Будь-яка поліфункціональна присадка може володіти декількома або усіма властивостями, що представлені на рис. 1 та полягають в наступному:
1. Фізико-хімічні – властивості, пов’язані зі стабільністю паливних матеріалів, котра є особливо актуальною при транспортуванні палив та їх тривалому зберіганні. До цих присадок можна віднести ті, що підвищують стійкість до окислення та густину, знижують випаровуваність та температуру застигання паливно-мастильних матеріалів.
 |
| Рис. 1 Класифікація властивостей поліфункціональної присадки |
2. Експлуатаційні – властивості, що впливають на надійну експлуатацію вузлів/агрегатів техніки, в котрій застосовуються паливно-мастильні матеріали. До таких присадок можна віднести присадки з антидетонаційними, протизносними, протизадирними, антикорозійними, мийно-диспергувальними властивостями.
3. Екологічні – властивості, що пов’язані з підвищенням повноти згоряння палива у двигуні, що, в свою чергу, сприяє зниженню концентрації вуглецю, монооксиду вуглецю та вуглеводнів СхНу, які викидаються в атмосферу з відпрацьованими газами.
4. Біологічні (біоцидні) – властивості, котрі запобігають шкідливій діяльності мікроорганізмів за рахунок стерилізації водної фази палива – середовища розвитку мікроорганізмів, що живуть в вуглеводнях.
Слід розуміти, що усі властивості присадки тісно пов’язані між собою. Так, присадки, які проявляють протизносні властивості, разом з цим можуть володіти протизадирними та антикорозійними властивостями. Миюче-диспергуючі присадки здатні підвищувати повноту згоряння палива у двигуні, покращуючи його екологічні характеристики та тепловий коефіцієнт корисної дії. Присадки з біоцидними властивостями підвищують стабільність палив та, як наслідок, сприяють збереженню їх експлуатаційних характеристик.
Так, авторами роботи [1] розроблена комплексна багатофункціональна миюче-диспергуюча присадка до бензину, основу якої складають неіоногенні ПАР, антиоксиданти та допоміжні речовини. Використання цієї присадки у автомобільному бензині А-95 дозволило зменшити питому витрату палива на 0,1 %; знизити концентрацію у відпрацьованих газах монооксиду вуглецю на 17,0 % і вуглеводнів СхНу – на 5,0 % за рахунок підвищення повноти згоряння палива.
У роботі [2] запропоновано синтез поліфункціональної присадки на базі соняшникової олії, дистилятної оливи, етиленгліколю та суміші етаноламінів АМІХ-1000 (BASF, Німеччина). Проведені дослідження показали, що додавання до гідроочищеної дизельної фракції 1,5 % цієї присадки дозволило поліпшити змащувальні властивості палива (зменшення плями зносу з 612 мкм до 180 мкм), збільшити густину при 20 °С (з 845 кг/м3 до 853 кг/м3) та кінематичну в’язкість при 40 °С (з 2,70 мм2/с до 2,80 мм2/с) палива.
Досліджено можливість одночасного поліпшення протизносних, антикорозійних і антиокиснювальних властивостей палив і олив при використанні присадок амінопохідних симм-триазинів [3].
Запропоновано використовувати у змащувальних оливах полімерну присадку діолігоалкілтіофосфінату цинку на основі співолігомера гексена-1 зі стиролом. Ця присадка характеризується протикорозійними (корозія на свинцю відсутня), детергентно-диспергуючими і згущуючими властивостями (кінематична в’язкість при 100 °С складає 90-125 мм2/с), а також додатково має протизношувальні характеристики (діаметр плями зношування при 5 % присадки у оливі М-6, складає 0,42-0,45 мм) [4].
При виробництві олив для бензинових двигунів і турбодизелів в роботі [5] пропонується використовувати присадку, яка містить 50 % розчину суміші солі амонію і аміду діалкілдітіофосфорної кислоти в олії (присадка АДТФ) і тетраалкілтіурамдісульфід, взятий в співвідношенні до АДТФ від 1:3 до 3:1 за масою при атомному відношенні сірки до фосфору в присадці у діапазоні 3,25-11,55. У результаті, при додаванні 1 % присадки до суміші олив І-20 та І-40 спостерігалось підвищення антиокиснювальних властивостей. Приріст кінематичної в’язкості при 50 °С за моторним методом ІКМ-40 (ГОСТ 20457) знизився з 34 до 23 %. Також відзначено зниження діаметру плями зношування з 0,92 до 0,43 мм і зменшення вмісту сірки, фосфору та сульфатної зольності в оливах, що сприяє збільшенню термінів їх заміни в двигуні і підвищенню міжремонтного ресурсу останнього.
В роботі [6] були досліджені біоцидні властивості присадки класу МКФ-18, яка характеризується антифрикційною дією, покращує змащувальні властивості олив, зменшує втрати енергії на тертя та додатково є реметалізантом. Виконані авторами дослідження свідчать, що при додаванні до індустріальної оливи І-12А 1,0 та 2,0 % присадки МКФ-18НТ, діаметри зон затримки росту у культури грибку Aspergillus niger склали відповідно 7 і 10 мм. Крім того, зафіксовано затримку зростання Aspergillus niger із зоною у 30 мм в дослідах з напівсинтетичною оливою, яка містила 2 % присадки МКФ-18НТ.
У залежності від хімічного складу, для поліфункціональної присадки можна ввести класифікацію за ступенем її властивостей, яка представлена у вигляді структурної блок-схеми на рис. 2.
Підбір присадок або пакету присадок до паливно-мастильних матеріалів доцільно здійснювати відповідно до наведених класифікацій властивостей (рис. 1, 2), а також з урахуванням вартості, сумісності з іншими компонентами/присадками та способу застосування (у заводських або польових умовах).
 |
| Рис. 2 Класифікація за ступенем властивостей поліфункціональної присадки |
Розглядаючи поліфункціональні присадки, вміст котрих у паливно-мастильних матеріалах у середньому не перевищує 8,0 % [7], слід звернути увагу на такий ряд компонентів, як барвники.
Наразі барвники в паливно-мастильних матеріалах використовуються для упорядкування їх обігу та як засіб боротьби з фальсифікацією при виробництві брендованих видів паливно-мастильних матеріалів преміум класу, а їх вміст не перевищує 0,5 % [8]. Деякі барвники, в залежності від хімічного складу, який визначає їх властивості, слід розглядати не лише як додаткові компоненти, а й як повноцінні поліфункціональні присадки.
Спираючись на дані, наведені у роботах [9-11], стає очевидним, що найбільше різноманіття властивостей, у порівнянні з іншими сполуками, проявляють нітрогеновмісні сполуки. Присадки, що містять у своєму складі азот, проявляють наступні властивості:
- депресорні – до цих присадок належать амідні присадки;
- антиокислювальні – аліфатичні, ароматичні та гетероциклічні аміни й їх похідні, що є особливо ефективними для стабілізації трансформаторних, турбінних та інших олив за температурних режимів до 140 °С;
- миючі – особливо при наявності в складі присадки сірки, фосфору і барію;
- захисні нейтралізуюча здатність щодо сірчистих газів, сірчаної та сірчистої кислот;
- протизносні;
- фунгіцидні та бактерицидні.
З іншого боку, азотовмісні сполуки разом з наведеними вище позитивними властивостями, часто виступають барвниками для хімічних речовин і матеріалів [12-15].
Таким чином, спираючись на інформацію, що наведена вище, саме азобарвники можуть виступати поліфункціональними присадками до паливно-мастильних матеріалів, які, з одного боку, надають їм колір, а з іншого – певні фізико-хімічні, експлуатаційні або біологічні властивості.
Значно розширити спектр речовин, що вони наразі можуть бути використані як поліфункціональні присадки до паливно-мастильних матеріалів, можна за рахунок дослідження властивостей речовини, що відноситься до класу діазосполук з узагальненою формулою [16]:
R1R2C = N+ = N-, (1)
де R1, R2 = H – будь-який алкільний, ацильний або арильний радикал.
Слід зазначити, що наразі у технічній літературі практично відсутня інформація щодо використання діазосполук у виробництві паливно-мастильних матеріалів. Але ці речовини, зазвичай, мають стійкий колір, котрий в залежності від структури сполуки коливається від жовтого до пурпурово-червоного [16]. Також вони проявляють у більшому або меншому ступеню інші корисні властивості, притаманні азосполукам, що, у свою чергу, надає їм перспективності з точки зору використання як поліфункціональних присадок при виробництві паливно-мастильних матеріалів.
Висновки.
Історія використання присадок при виробництві паливно-мастильних матеріалів налічує більше ніж півсторіччя. Цей спосіб і досі є одним з найраціональніших способів отримання товарних продуктів з рівнем якості, що відповідає сучасним вимогам нормативної документації в умовах дефіциту нафтової сировини та без суттєвого переоснащення існуючого виробництва.
Використання поліфункціональних присадок у паливно-мастильних матеріалах дозволить збільшити обсяги виробництва останніх та знизити їх собівартість за рахунок збалансованості пакету присадок, який відповідає за певні фізико-хімічні, експлуатаційні, екологічні та біологічні властивості.
Використання у складі паливно-мастильних матеріалів барвників, які слід розглядати як поліфункціональні присадки/компоненти, дозволить здійснити упорядкування обігу паливно-мастильних матеріалів та запобігати їх фальсифікації. Найперспективнішими поліфункціональними присадками/компонентами серед існуючих барвників є азо- та діазосполуки. Використання діазосполук має ряд позитивних моментів, до яких відноситься наявність порівняно дешевої сировини, необхідної для їх виробництва, та загалом не складний, одностадійний синтез. Але слід враховувати, що за відсутності даних щодо їх сумісності з вуглеводнями відповідних фракцій та іншими присадками/компонентами, використання діазосполук у технології паливно-мастильних матеріалів потребує глибокого та всебічного дослідження.
Бібліографічний список.
1. Роїк І.В. Застосування поліфункціональної миюче-диспергуючої присадки до палива як засіб зменшення негативного впливу на довкілля / І.В. Роїк, О.В. Кофанова, О.І. Василькевич, М.Б. Степанов // Енергетика: економіка, технології, екологія. – 2010. – № 2. – С. 80-85.
2. Ахметов А.Ф. Разработка метода синтеза полифункциональной присадки к дизельному топливу на основе производных карбоновых кислот и исследование эффективности ее действия / А.Ф. Ахметов, Л.М. Халилов, О.А. Баулин, К.С. Нелькенбаум, С.Я. Нелькенбаум // Нефтегазовое дело. – 2021. – № 3. – С. 110-123. / [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ogbus.ru/.
3. Алексанян К.Г. Полифункциональные присадки к топливам и маслам // К.Г. Алексанян, К.В. Ильков, Д.Р. Алексанян, А.Ю. Дубков, Е.С. Василенко // Автогазозаправочный комплекс. Альтернативное топливо. – 2017. – № 6. – Т. 16. – С. 263-267.
4. Гамидова Д.Ш. Диолигоалкилтиофосфинат цинка на основе соолигомера гексена-1 со стиролом / Д.Ш. Гамидова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2013. – № 10 (17). – Ч.1. – С. 36-38.
5. Пат. РФ № 0002442820. Полифункциональная присадка к моторным маслам. Авторы: Золотов В. А., Бартко Р.В., Паренаго О.П., Кузьмина Г.Н., Золотов А.В. Правообладатели: Федеральное автономное учреждение «25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны РФ». Опубл. 20.02.2012.
6. Карпов К.А. Исследование биоцидных свойств присадки к смазочным материалам МКФ-18НТ / К.А. Карпов, А.В. Зачиняева, Е.С. Геряинов, Р.О. Олехнович, Ю.А. Игнатьева // Нефтехимия. – 2019. – Т. 59. – № 5. – С. 595-600. DOI: 10.1134/S0028242119050095.
7. Школьников В.М. Горючие смазочные материалы / В.М. Школьников. – Москва: Техинформ, 2010. – 756 c.
8. Robert E. Morris. The impact of red dye on the stability of marine diesel fuels / Robert E. Morris, Erna J. Beal, Clark S. Mitchell. // Petroleum Science and Technology. – 1997. – Vol. 15. – Iss. 9-10. – P. 907-919. doi: 10.1080/10916469708949695
9. Кязим-заде А.К. Полифункциональная азот- и карбоксилсодержащая присадка к моторным маслам / А.К. Кязим-заде, Э.А. Нагиева, Х.Н. Мамедьярова, А.А. Гадиров, М.Н. Алиева // Azerbaijan chemical journal. – 2016. – № 2. – С. 47-50.
10. Yang Shuai-Liang. Новые гетероциклические стабильные азотсодержащие бораты в качестве присадок к смазочным маслам / Yang Shuai-Liang, Huang Li-Chao, Luo Qing-Qing, Zhang Chen-Xi, Zhang Guan-Jun // Нефтехимия. – 2017. – № 4. – Т. 57. – С. 461-467.
11. Башкатова С.Т. Межмолекулярные взаимодействия и механизм действия присадок в топливной дисперсной системе / С.Т. Башкатова, И.Н. Гришина, О.В. Попова, В.А. Винокуров. – Москва, ФГУП Издательство «Нефть и газ», 2010. – 52 с.
12. Резников В.А. Химия азотсодержащих органических соединений / А.В. Резников. – Новосибирск: НГУ, 2006. – 130 с.
13. Артеменко А. Органическая химия / А. Артеменко. – Издательство «Лань», 2013. – 608 с.
14. Awad I.M.A. Synthesis of Some New Azosulphonamides Based on Salicylic Acid and Thiosalicylic Acid, and Having Antibacterial and Antifungal Activity / I.M.A. Awad // Dyes and Pigments. – 1991. – №. 17. – P. 123-139. DOI: 10.1002/chin.199215139.
15. Тошходжаев Н.А. Синтез и некоторые свойства красителей на основе 6-замещеных 2,3,5- трихлорпиридина / Н.А. Тошходжаев, К.И. Кобраков, Г.А. Швехгеймер, Л.В. Балабанова // Известия Вузов. Химия и химическая технология. – 1995. – Т. 36. – № 3. – С. 97-101.
16. Кривенько А.П. Ароматические диазо- и азосоединения / А. П. Кривенько, Н. В. Поплевина. – Саратов: Издательство Саратовского университета, 2012. – 68 с.
Рукопис надійшов до редакції 10.10.2021
DOI: 10.31081/1681-309X-2021-0-6 -? -? Specialty 161. U.D.C.: 665.7.038
POLIFUNCTIONAL ADDITIVES TO FUEL AND LUBRICANTS
O.V. Trotsenko, A.B. Grigorov, Doctor of Technical Sciences, V.М. Nazarov, PhD in technical sciences (National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 61002, Kharkiv, Kirpicheva st., 2, Ukraine)
The article considers the possibility of increasing the level of operation properties of fuels and lubricants through the use of multifunctional additives. Taking into account the cost of additives, the conditions of their use and the wide range of properties they provide to fuels and lubricants, this path can be considered the most promising in comparison with the purchase of quality crude oil and total re-equipment of existing production. It is proposed to classify polyfunctional additives for fuels and lubricants according to the properties they exhibit and the degree of these properties. Such classification allows to select of a balanced package of additives for fuels and lubricants, to increase their production (on average, the package of additives is about 10 % wt.) and to reduce the cost of the product.
In order to control and optimize the circulation of fuels and lubricants and to prevent their falsification (especially in the production of branded grades of the premium class fuels and lubricants), it is proposed to use colorants, which due to their properties can be considered as multifunctional additives / components. Among all the substances on the basis of which industrial colorants of general purpose are produced now, azodyes are the most promising. This is primarily due to the wide range of properties of these substances: antioxidant, biocidal, detergent-dispersant, protective, anti-wear. Based on the analysis of information about the use of colorants in fuels and lubricants, to expand the existing range of such additives is possible through the diazocompounds. These substances have a stable color, which, depending on the structure of the compound, ranges from yellow to purple-red. It is shown in the article, that diue to the properties of the class of azocompounds, some of these substances can be considered as promising multifunctional additives in the production of fuels and lubricants.
Keywords: fuels and lubricants, additives, multifunctional properties, classification, colorants, azodyes
Corresponding author O.V. Trotsenko, e-mail: trocenko.alexandr@gmail.com
DOI: 10.31081/1681-309X-2021-0-6-?-? Специальность 161. УДК: 665.7.038
ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИСАДКИ К ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
А.В. Троценко, А.Б. Григоров, д.т.н., В.Н. Назаров, к.т.н. (Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61002, г. Харьков, ул. Кирпичева, 2, Украина)
В статье рассмотрена возможность повышения уровня эксплуатационных свойств горюче-смазочных материалов за счет использования полифункциональных присадок.
Учитывая стоимость присадок, условия их применения и широкий спектр свойств горюче-смазочных материалов, которые могут корректироваться присадками, этот путь на сегодняшний день можно считать наиболее перспективным по сравнению с закупкой качественного нефтяного сырья и полным переоснащением существующего производства.
Предложено классифицировать полифункциональные присадки к горюче-смазочным материалам по свойствам, которые они проявляют, и по важности этих свойств. Такие классификации позволяют осуществлять подбор сбалансированного пакета присадок к горюче-смазочным материалам, увеличивать объемы их производства (в среднем пакет присадок составляет около 10 % масс.) и снижать себестоимость товарного продукта.
Для контроля и упорядочения оборота горюче-смазочных материалов, а также предотвращения их фальсификации (особенно при производстве брендированных сортов горюче-смазочных материалов премиум класса), предложено использовать красители, которые благодаря их свойствам можно рассматривать в качестве полифункциональных присадок / компонентов. Среди всех веществ, на базе которых сегодня производятся промышленные красители широкого назначения, наиболее перспективными являются азокрасители. Это связано, прежде всего, с широким спектром свойств, которые проявляют эти вещества: антиокислительные, биоцидные, моюще-диспергирующие, защитные, противоизносные. Опираясь на проведенный анализ информации, посвященной использованию красителей в производстве горюче-смазочных материалов, расширить существующую гамму красителей возможно за счет использования диазосоединений. Эти вещества имеют устойчивый цвет, который, в зависимости от структуры соединения, колеблется от желтого до пурпурно-красного. Благодаря своей способности придавать цвет и проявлять другие полезные свойства, присущие классу азосоединений, эти вещества можно рассматривать как перспективные полифункциональные присадки для производства горюче-смазочных материалов.
Ключевые слова: горюче-смазочные материалы, присадки, полифункциональные свойства, классификация, краситель, диазосоединения
Автор для переписки А.В. Троценко, e-mail: trocenko.alexandr@gmail.com