Помощь студентам в учебе
Исследование влияния углеводородного состава, физико-химических свойств и концентрации депрессорной присадки на низкотемпературные свойства дизельных топлив
|
ВВЕДЕНИЕ 16
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 19
1.1 Низкотемпературные свойства дизельного топлива 19
1.1.1 Современные требования, предъявляемые к низкотемпературным свойствам дизельных топлив 19
1.1.2 Способы улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив
21
1.2 Депрессорные присадки для дизельных топлив 26
1.2.1 Требования, предъявляемые к присадкам 26
1.2.2 Механизм действия депрессорных присадок 26
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Объекты исследования 29
2.2 Методы исследования 29
2.2. 1 Определение группового углеводородного состава дизельных топлив хроматографическим методом 30
2.2.2 Определение углеводородного состава дизельного топлива методом
хромато-масс-спектрометрии 31
2.2.3 Методика определения молекулярной массы дизельных топлив .... 32
2.2.4 Методика определения низкотемпературных свойств дизельных топлив 33
2.2.5 Методика определения фракционного состава дизельных топлив .. 35
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 53
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 54
4.1.3 SWOT-анализ 56
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 59
4.2.1 Структура работ в рамках проводимого исследования 59
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ 60
5.2.3 Разработка графика проведения научного исследования 62
4.2.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 64
4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности 70
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 73
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 73
5.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые
нормы трудового законодательства 73
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя 74
5.2 Производственная безопасность 75
5.2.1 Анализ потенциально опасных и вредных 75
производственных факторов 75
5.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных
и вредных факторов на исследователя (работающего) 86
5.3 Экологическая безопасность 86
5.3.1 Воздействие на атмосферу 86
5.3.2 Воздействие на гидросферу 87
5.3.3 Воздействие на литосферу 87
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях (ЧС) 87
5.4.1 Анализ возможных ЧС при разработке и эксплуатации проектируемого
решения 87
5.4.2 Выбор наиболее типичной ЧС 88
5.4.3 Разработка превентивных мер по предупреждению ЧС 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 94
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 19
1.1 Низкотемпературные свойства дизельного топлива 19
1.1.1 Современные требования, предъявляемые к низкотемпературным свойствам дизельных топлив 19
1.1.2 Способы улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив
21
1.2 Депрессорные присадки для дизельных топлив 26
1.2.1 Требования, предъявляемые к присадкам 26
1.2.2 Механизм действия депрессорных присадок 26
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Объекты исследования 29
2.2 Методы исследования 29
2.2. 1 Определение группового углеводородного состава дизельных топлив хроматографическим методом 30
2.2.2 Определение углеводородного состава дизельного топлива методом
хромато-масс-спектрометрии 31
2.2.3 Методика определения молекулярной массы дизельных топлив .... 32
2.2.4 Методика определения низкотемпературных свойств дизельных топлив 33
2.2.5 Методика определения фракционного состава дизельных топлив .. 35
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 53
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 54
4.1.3 SWOT-анализ 56
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 59
4.2.1 Структура работ в рамках проводимого исследования 59
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ 60
5.2.3 Разработка графика проведения научного исследования 62
4.2.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 64
4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности 70
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 73
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 73
5.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые
нормы трудового законодательства 73
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя 74
5.2 Производственная безопасность 75
5.2.1 Анализ потенциально опасных и вредных 75
производственных факторов 75
5.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных
и вредных факторов на исследователя (работающего) 86
5.3 Экологическая безопасность 86
5.3.1 Воздействие на атмосферу 86
5.3.2 Воздействие на гидросферу 87
5.3.3 Воздействие на литосферу 87
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях (ЧС) 87
5.4.1 Анализ возможных ЧС при разработке и эксплуатации проектируемого
решения 87
5.4.2 Выбор наиболее типичной ЧС 88
5.4.3 Разработка превентивных мер по предупреждению ЧС 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 94
С каждым годом спрос на дизельное топливо на мировом и внутреннем рынках растет, что объясняется дизелизацией рынка потребления легкового транспорта. По данным на 2021 год потребление дизельного топлива по сравнению с предыдущим годом выросло на 2%. Однако появление новых путей использования дизельного топлива автотранспортной техникой требует ужесточения эксплуатационных и экологических требований топлив. Одними из важных эксплуатационных характеристик дизельного топлива являются низкотемпературные свойства.
В настоящее время используются несколько способов доведения значений низкотемпературных характеристик дизельного топлива до регламентируемых требований: различные гидрокаталитические процессы (каталитическая изомеризация и депарафинизация), смешение дизельной и керосиновой фракций, введение в топливо депрессорных или депрессорно-диспергирующих присадок.
Введение в топливо присадок, улучшающих низкотемпературные показатели дизельного топлива, остается одним из наиболее простых и экономически выгодных способов получения зимних и арктических марок дизельного топлива. Однако из-за большого разнообразия углеводородов, входящих в состав дизельного топлива, и их различного влияния на низкотемпературные свойства и взаимодействия с депрессорной присадкой, поиск необходимой оптимальной концентрации присадки осуществляется в лабораторных условиях методом «ручного» перебора.
Целью данной работы является исследование влияния углеводородного состава, физико-химических свойств и концентрации депрессорной присадки на низкотемпературные свойства дизельных топлив с привлечением современных методов исследования.
Основные задачи исследования:
1. Определение физико-химических и эксплуатационных свойств
образцов дизельного топлива различного углеводородного состава.
2. Определение углеводородного состава образцов дизельных топлив с применением жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато- масс-спектрометрии;
3. Установление взаимозависимостей низкотемпературных свойств дизельного топлива с его углеводородным составом и физико-химическими свойствами.
4. Оценка влияния концентрации депрессорной присадки на низкотемпературные свойства различных образцов дизельного топлива.
5. Исследование приемистости дизельного топлива к депрессорной присадке.
Научная новизна работы:
1. Показано, что НТ свойства ДТ определяются его углеводородным
составом, что отражается в его физико-химических и эксплуатационных свойствах.
2. Показано, что НТ свойства ДТ наиболее точно коррелируют с такими физико-химическими свойствами как широта фракционного состава, температура выкипания 10% и 90% фракций. С ростом этих свойств НТ свойства ДТ ухудшаются, что связано с появлением в их составе «тяжелых» углеводородов, выкипающих при более высоких температурах.
3. Установлено, что НТ свойства ДТ определяются преимущественно общим содержанием парафинов и соотношением н-парафинов и изо-парафинам (коэффициент нормальности). При этом с ростом соотношения КЦ/ДЦ (концентрации короткоцепочечных к длинноцепочечным) парафинам НТ свойства ДТ улучшаются. Влияние нафтенов и ароматики на НТ свойства ДТ не является очевидным.
4. Установлено, что приемистость ДТ к депрессорной присадке определяется содержанием в его составе ДЦ парафинов, т.е. улучшается с увеличением широты фракционного состава. Что подтверждается более высокими значениями оптимальных концентраций присадки, при которых достигается максимальная депрессия температуры застывания фильтруемости. Концентрации составляют 0,5%об. - для ДТ широкого ФС и 0,15%об. - для топлив узкого ФС.
Практическая значимость работы:
Полученные закономерности влияния углеводородного состава и физико-химических свойств дизельного топлива на его низкотемпературные свойства и приемистость к депрессорным присадкам позволят эффективнее подбирать оптимальные концентрации депрессорных присадок для достижения требуемых значений ПТФ и температуры застывания.
Апробация работы:
Основные положения работы были представлены на: XXVI Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр»; ХХШ Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Химия. Экология. Урбанистика».
В настоящее время используются несколько способов доведения значений низкотемпературных характеристик дизельного топлива до регламентируемых требований: различные гидрокаталитические процессы (каталитическая изомеризация и депарафинизация), смешение дизельной и керосиновой фракций, введение в топливо депрессорных или депрессорно-диспергирующих присадок.
Введение в топливо присадок, улучшающих низкотемпературные показатели дизельного топлива, остается одним из наиболее простых и экономически выгодных способов получения зимних и арктических марок дизельного топлива. Однако из-за большого разнообразия углеводородов, входящих в состав дизельного топлива, и их различного влияния на низкотемпературные свойства и взаимодействия с депрессорной присадкой, поиск необходимой оптимальной концентрации присадки осуществляется в лабораторных условиях методом «ручного» перебора.
Целью данной работы является исследование влияния углеводородного состава, физико-химических свойств и концентрации депрессорной присадки на низкотемпературные свойства дизельных топлив с привлечением современных методов исследования.
Основные задачи исследования:
1. Определение физико-химических и эксплуатационных свойств
образцов дизельного топлива различного углеводородного состава.
2. Определение углеводородного состава образцов дизельных топлив с применением жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато- масс-спектрометрии;
3. Установление взаимозависимостей низкотемпературных свойств дизельного топлива с его углеводородным составом и физико-химическими свойствами.
4. Оценка влияния концентрации депрессорной присадки на низкотемпературные свойства различных образцов дизельного топлива.
5. Исследование приемистости дизельного топлива к депрессорной присадке.
Научная новизна работы:
1. Показано, что НТ свойства ДТ определяются его углеводородным
составом, что отражается в его физико-химических и эксплуатационных свойствах.
2. Показано, что НТ свойства ДТ наиболее точно коррелируют с такими физико-химическими свойствами как широта фракционного состава, температура выкипания 10% и 90% фракций. С ростом этих свойств НТ свойства ДТ ухудшаются, что связано с появлением в их составе «тяжелых» углеводородов, выкипающих при более высоких температурах.
3. Установлено, что НТ свойства ДТ определяются преимущественно общим содержанием парафинов и соотношением н-парафинов и изо-парафинам (коэффициент нормальности). При этом с ростом соотношения КЦ/ДЦ (концентрации короткоцепочечных к длинноцепочечным) парафинам НТ свойства ДТ улучшаются. Влияние нафтенов и ароматики на НТ свойства ДТ не является очевидным.
4. Установлено, что приемистость ДТ к депрессорной присадке определяется содержанием в его составе ДЦ парафинов, т.е. улучшается с увеличением широты фракционного состава. Что подтверждается более высокими значениями оптимальных концентраций присадки, при которых достигается максимальная депрессия температуры застывания фильтруемости. Концентрации составляют 0,5%об. - для ДТ широкого ФС и 0,15%об. - для топлив узкого ФС.
Практическая значимость работы:
Полученные закономерности влияния углеводородного состава и физико-химических свойств дизельного топлива на его низкотемпературные свойства и приемистость к депрессорным присадкам позволят эффективнее подбирать оптимальные концентрации депрессорных присадок для достижения требуемых значений ПТФ и температуры застывания.
Апробация работы:
Основные положения работы были представлены на: XXVI Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр»; ХХШ Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Химия. Экология. Урбанистика».
При выполнении выпускной квалификационной работы было исследовано влияние физико-химических свойств и углеводородного состава на низкотемпературные свойства дизельных топлив в присутствии депрессорной присадки и без нее. Выявлена основные факторы, влияющие на низкотемпературные свойства топлив и его приемистость к депрессорной присадке.
Установлено, что различия, наблюдающиеся в углеводородном составе дизельных топлив, обуславливают различия в их физико-химических и низкотемпературных свойствах. При этом, в большей степени оказывают влияние на низкотемпературные свойства такие характеристики, как содержание н- парафинов и значение коэффициента нормальности парафинов.
Установлено, что влияние углеводородного состава на низкотемпературные свойства дизельного топлива наиболее точно может быть отражено через значения широты фракционного состава, температуры выкипания 10% и 90% фракций: с уменьшением значений данных показателей низкотемпературные характеристики дизельного топлива улучшаются. Это указывает на то, что наличие углеводородов с высокими температурами кипения в большей степени влияет на низкотемпературные свойства.
Наилучшими низкотемпературными свойствами среди рассматриваемых дизельных топлив обладает образец ДТ №2, для которого наблюдаются наименьшие значения температуры застывания (-33,7 °С) и ПТФ (-27,0 °С). Данный образец дизельного топлива характеризуется высоким содержанием парафинов (62,58 % масс.), обладает самым узким фракционным составом 113 °С и самыми низкими температурами выкипания 10% и 90 % фракции - 186,5°С и 299,5 °С соответсвенно.
Наихудшими низкотемпературными свойствами обладает образец ДТ№4, Tз = -14,3 °С и Тптф = -6,4 °С. Для данной фракции характерно высокое содержание парафинов (63,46 % масс.), самый широкий фракционный состав 162 °С и самые высокие температуры выкипания 10% и 90 % фракции - 196°С и 358 °С соответственно.
Анализ молекулярно-массового распределения показал, что увеличение содержания в топливе короткоцепочечных парафинов с длинной цепи С10-С16 оказывает положительный эффект на низкотемпературные свойства, тогда как содержание н-парафинов С18-С28 негативно влияет на температуру застывания и ПТФ. Таким образом для улучшения низкотемпературных характеристик дизельного топлива необходимо увеличивать соотношение короткоцепочечных к длинноцепочечным н-парафинам.
Результаты исследования изменения низкотемпературных свойств от концентрации вводимой депрессорной присадки подтвердили влияние углеводородного состава дизельных топлив на эффективность присадки. Наилучшая приемистость к депрессорной присадке наблюдается у образцов с широким фракционным составом, при этом максимальный депрессорный эффект наблюдается для образцов с высокой концентрацией тяжелых парафинов С18-С28.
Установлено, что различия, наблюдающиеся в углеводородном составе дизельных топлив, обуславливают различия в их физико-химических и низкотемпературных свойствах. При этом, в большей степени оказывают влияние на низкотемпературные свойства такие характеристики, как содержание н- парафинов и значение коэффициента нормальности парафинов.
Установлено, что влияние углеводородного состава на низкотемпературные свойства дизельного топлива наиболее точно может быть отражено через значения широты фракционного состава, температуры выкипания 10% и 90% фракций: с уменьшением значений данных показателей низкотемпературные характеристики дизельного топлива улучшаются. Это указывает на то, что наличие углеводородов с высокими температурами кипения в большей степени влияет на низкотемпературные свойства.
Наилучшими низкотемпературными свойствами среди рассматриваемых дизельных топлив обладает образец ДТ №2, для которого наблюдаются наименьшие значения температуры застывания (-33,7 °С) и ПТФ (-27,0 °С). Данный образец дизельного топлива характеризуется высоким содержанием парафинов (62,58 % масс.), обладает самым узким фракционным составом 113 °С и самыми низкими температурами выкипания 10% и 90 % фракции - 186,5°С и 299,5 °С соответсвенно.
Наихудшими низкотемпературными свойствами обладает образец ДТ№4, Tз = -14,3 °С и Тптф = -6,4 °С. Для данной фракции характерно высокое содержание парафинов (63,46 % масс.), самый широкий фракционный состав 162 °С и самые высокие температуры выкипания 10% и 90 % фракции - 196°С и 358 °С соответственно.
Анализ молекулярно-массового распределения показал, что увеличение содержания в топливе короткоцепочечных парафинов с длинной цепи С10-С16 оказывает положительный эффект на низкотемпературные свойства, тогда как содержание н-парафинов С18-С28 негативно влияет на температуру застывания и ПТФ. Таким образом для улучшения низкотемпературных характеристик дизельного топлива необходимо увеличивать соотношение короткоцепочечных к длинноцепочечным н-парафинам.
Результаты исследования изменения низкотемпературных свойств от концентрации вводимой депрессорной присадки подтвердили влияние углеводородного состава дизельных топлив на эффективность присадки. Наилучшая приемистость к депрессорной присадке наблюдается у образцов с широким фракционным составом, при этом максимальный депрессорный эффект наблюдается для образцов с высокой концентрацией тяжелых парафинов С18-С28.