Помощь студентам в учебе
Исследование влияния содержания ароматических и парафиновых углеводородов в составе дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок
|
ВВЕДЕНИЕ 14
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 19
1.1 Дизельное топливо 19
1.1.1 Состав дизельного топлива 19
1.1.2 Свойства дизельного топлива 20
1.2 Депрессорные присадки для дизельного топлива 26
1.2.1 Механизм действия депрессорных присадок 28
1.3 Влияние состава дизельного топлива на эффективность действия
депрессорных присадок 29
1.3.1 Влияние фракционного состава 29
1.3.2 Влияние углеводородного состава 30
1.3.3 Влияние индивидуальных веществ 32
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Объект исследования 35
2.1.1 Маркировка и приготовление смесей 35
2.2 Методы исследования состава и характеристик дизельных топлив 37
2.2.1 Методика определения плотности и вязкости 37
2.2.2 Методика определения содержания серы 37
2.2.3 Методика определения цетанового индекса 38
2.2.4 Методика определения фракционного состава 39
2.2.5 Методика определения группового состава 40
2.2.6 Методика определения температур помутнения и застывания 40
2.2.7 Методика определения предельной температуры фильтруемости 41
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 64
5.1 Предпроектный анализ 65
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 65
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 66
5.1.3 SWOT-анализ 67
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 69
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 71
5.2 Инициация проекта 72
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом 74
5.3.1 Иерархическая структура работ проекта 74
5.3.2 План проект 75
5.4 Бюджет научного исследования 77
5.4.1 Организационная структура проекта 83
5.4.2 План управления коммуникациями проекта 84
5.4.3 Реестр рисков проекта 84
5.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности 85
5.5.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 85
5.5.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 90
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 93
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 93
6.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства 93
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 94
6.2 Производственная безопасность 95
6.3 Расчёт системы воздухообмена в помещении химической лаборатории 100
6.4 Экологическая безопасность 102
6.4.1 Воздействие на литосферу 102
6.4.2 Воздействие на гидросферу 103
6.4.3 Воздействие на атмосферу 103
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 103
Список публикаций студента 110
Список использованных источников 116
Приложение А 126
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 19
1.1 Дизельное топливо 19
1.1.1 Состав дизельного топлива 19
1.1.2 Свойства дизельного топлива 20
1.2 Депрессорные присадки для дизельного топлива 26
1.2.1 Механизм действия депрессорных присадок 28
1.3 Влияние состава дизельного топлива на эффективность действия
депрессорных присадок 29
1.3.1 Влияние фракционного состава 29
1.3.2 Влияние углеводородного состава 30
1.3.3 Влияние индивидуальных веществ 32
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Объект исследования 35
2.1.1 Маркировка и приготовление смесей 35
2.2 Методы исследования состава и характеристик дизельных топлив 37
2.2.1 Методика определения плотности и вязкости 37
2.2.2 Методика определения содержания серы 37
2.2.3 Методика определения цетанового индекса 38
2.2.4 Методика определения фракционного состава 39
2.2.5 Методика определения группового состава 40
2.2.6 Методика определения температур помутнения и застывания 40
2.2.7 Методика определения предельной температуры фильтруемости 41
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 64
5.1 Предпроектный анализ 65
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 65
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 66
5.1.3 SWOT-анализ 67
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 69
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 71
5.2 Инициация проекта 72
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом 74
5.3.1 Иерархическая структура работ проекта 74
5.3.2 План проект 75
5.4 Бюджет научного исследования 77
5.4.1 Организационная структура проекта 83
5.4.2 План управления коммуникациями проекта 84
5.4.3 Реестр рисков проекта 84
5.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности 85
5.5.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 85
5.5.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 90
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 93
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 93
6.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства 93
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 94
6.2 Производственная безопасность 95
6.3 Расчёт системы воздухообмена в помещении химической лаборатории 100
6.4 Экологическая безопасность 102
6.4.1 Воздействие на литосферу 102
6.4.2 Воздействие на гидросферу 103
6.4.3 Воздействие на атмосферу 103
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 103
Список публикаций студента 110
Список использованных источников 116
Приложение А 126
Применение дизельного топлива практически во всех отраслях деятельности человека обуславливает ежегодный рост объемов его потребления. На территории Российской Федерации наибольшим спросом пользуются зимняя и арктическая марки топлива, что связано с суровыми климатическими условиями в большинстве регионов.
Для достижения низкотемпературных свойств, соответствующих требованиям стандартов, наиболее эффективно и рентабельно вводить в дизельное топливо присадки, улучшающие данные характеристики. Важно отметить, что специфический механизм взаимодействия депрессорных присадок с углеводородами, входящими в состав дизельного топлива не исключает случаи, при которых присадки не приносят необходимого улучшения низкотемпературных свойств. Однако возможна и обратная ситуация, когда наличие определенных углеводородов в составе дизельного топлива усиливает эффективность действия депрессорной присадки.
Для выявления количественных закономерностей влияния состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок необходимо выяснить, как каждый индивидуальный углеводород в составе топлива влияет на эффективность действия присадок. Проведение такого исследования для каждого индивидуального углеводорода в составе дизельного топлива практически невозможно, т.к. многие углеводороды не могут быть выделены в чистом виде, особенно высокомолекулярные. Однако возможно проведение исследования для типовых представителей групп углеводородов различной структуры.
Существующие исследования показывают, что наибольшее влияние на эффективность действия депрессорных присадок оказывает содержание в составе дизельного топлива ароматических и нормальных парафиновых углеводородов. Исследование модельных смесей с использованием чистых веществ, отличающихся по структуре и свойствам, позволит выявить закономерности влияния типовых углеводородов в составе топлива на эффективность действия присадок, что является актуальным и позволит расширить представления о влиянии состава дизельного топлива на эффективность действия депрессоров.
Таким образом, целью работы является исследование влияния содержания ароматических и парафиновых углеводородов в составе дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить и проанализировать состав и характеристики образцов прямогонного дизельного топлива, полученных разгонкой нефти с месторождений Западной Сибири. Оценить соответствие образцов требованиям стандартов.
2. Приготовить смеси образцов прямогонного дизельного топлива с депрессорной присадкой, а также с добавлением различных концентраций (1, 3, 5, 10 % об.) индивидуальных ароматических (толуол, тетралин) и нормальных парафиновых углеводородов (цетан, гептадекан, генейкозан, докозан).
3. Определить и проанализировать низкотемпературные свойства приготовленных смесей, оценить соответствие требованиям стандартов. Оценить эффективность действия депрессорной присадки.
4. Выявить закономерности влияния добавления индивидуальных ароматических и нормальных парафиновых углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
5. Выявить закономерности влияния концентрации добавляемых индивидуальных углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
6. Выявить закономерности влияния длины углеводородной цепи добавляемых индивидуальных нормальных парафиновых углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
7. Выявить закономерности влияния углеводородного состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок.
Объектом исследования в данной работе являются образцы прямогонного дизельного топлива, депрессорная присадка, индивидуальные (ароматические и н-парафиновые) углеводороды, а также их смеси.
Предметом исследования являются низкотемпературные характеристики смесей образцов прямогонного дизельного топлива, депрессорной присадки и индивидуальных углеводородов; эффективность действия депрессорной присадки.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что добавление ароматических углеводородов (толуола, тетралина) в небольших концентрациях (1-3 % об.) приводит к снижению эффективности действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости и температуры застывания. Показано, что добавление тетралина оказывает более выраженный негативный эффект на эффективность действия депрессора чем добавление толуола. При увеличении концентрации добавляемых ароматических углеводородов до 10 % об. негативный эффект снижается и переходит в положительный.
2. Показано, что добавление тяжелых н-парафинов (генейкозана, докозана) в небольших концентрациях (1-3 % об.), а также легких н-парафинов (цетана и гептадеана) в концентрациях 5-10 % об. позволяет повысить эффективность действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости. При увеличении концентрации добавляемых тяжелых н-парафинов до 5-10 % об. положительный эффект снижается и переходит в негативный.
3. Установлено, что с увеличением длины углеводородной цепи, концентрация добавляемого н-парафина, позволяющая добиться наибольшего усиления эффективности действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости, снижается.
4. Показано, что высокое содержание ароматических и легких н-парафиновых углеводородов в составе дизельного топлива, будет снижать эффективность действия добавляемых депрессорных присадок.
5. Установлено, что добавление небольших концентраций более тяжелых н-парафинов позволит повысить эффективность действия депрессоров. При этом, показано, что чем тяжелее и высокопарафинистее дизельное топливо, тем более тяжелый н-парафин и большая его концентрация потребуется для усиления эффективности действия депрессорной присадки.
Практическая значимость работы:
1. Показано, что использование исследуемых образцов прямогонного дизельного топлива в зимних и арктических условиях возможно только в случае применения депрессорных присадок.
2. Установлено, что добавление депрессорной присадки позволяет улучшить (снизить) все низкотемпературные свойства образцов дизельного топлива, однако не позволяет получить топливо более низкозастывающих марок. Актуален поиск способов повышения эффективности действия депрессорной присадки.
3. Показано, что добавление 5-10 % об. толуола, 5-10 % об. гептадекана и 1-3 % об. генейкозана к смеси образца дизельного топлива №1 с депрессорной присадкой позволяет получить летнее топливо, которое без добавления индивидуальных углеводородов не соответствовало требованиям стандартов. Добавление 10 % об. тетралина к смеси образца дизельного топлива №2 с депрессорной присадкой позволяет получить межсезонное топливо, которое без добавления индивидуальных углеводородов соответствовало летней марке.
Выявленные закономерности позволят оценивать влияние состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок при их выборе и определении оптимальной концентрации. Выработанные рекомендации по добавлению тяжелых н-парафинов позволят усиливать эффект, оказываемый депрессорными присадками, что повысит возможности по производству низкозастывающих марок дизельного топлива.
Апробация работы:
Основные положения работы были представлены на 8-ми Международных и Всероссийских конференциях. Работа отмечена Дипломом I степени на Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, экологии и химии с использованием современных образовательных технологий», февраль 2022 г., г. Алматы, Республика Казахстан; Дипломом победителя на Конкурсе молодежных проектов в рамках Всероссийского фестиваля науки NAUKA0+, октябрь 2021 г., г. Томск, а также Дипломом Финалиста на Всероссийском инженерном конкурсе 2022 г. По теме работы опубликовано 25 статей, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК, 2 статьи в зарубежных изданиях, индексируемых базами Scopus и Web of Science (Q1 и Q2).
Для достижения низкотемпературных свойств, соответствующих требованиям стандартов, наиболее эффективно и рентабельно вводить в дизельное топливо присадки, улучшающие данные характеристики. Важно отметить, что специфический механизм взаимодействия депрессорных присадок с углеводородами, входящими в состав дизельного топлива не исключает случаи, при которых присадки не приносят необходимого улучшения низкотемпературных свойств. Однако возможна и обратная ситуация, когда наличие определенных углеводородов в составе дизельного топлива усиливает эффективность действия депрессорной присадки.
Для выявления количественных закономерностей влияния состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок необходимо выяснить, как каждый индивидуальный углеводород в составе топлива влияет на эффективность действия присадок. Проведение такого исследования для каждого индивидуального углеводорода в составе дизельного топлива практически невозможно, т.к. многие углеводороды не могут быть выделены в чистом виде, особенно высокомолекулярные. Однако возможно проведение исследования для типовых представителей групп углеводородов различной структуры.
Существующие исследования показывают, что наибольшее влияние на эффективность действия депрессорных присадок оказывает содержание в составе дизельного топлива ароматических и нормальных парафиновых углеводородов. Исследование модельных смесей с использованием чистых веществ, отличающихся по структуре и свойствам, позволит выявить закономерности влияния типовых углеводородов в составе топлива на эффективность действия присадок, что является актуальным и позволит расширить представления о влиянии состава дизельного топлива на эффективность действия депрессоров.
Таким образом, целью работы является исследование влияния содержания ароматических и парафиновых углеводородов в составе дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить и проанализировать состав и характеристики образцов прямогонного дизельного топлива, полученных разгонкой нефти с месторождений Западной Сибири. Оценить соответствие образцов требованиям стандартов.
2. Приготовить смеси образцов прямогонного дизельного топлива с депрессорной присадкой, а также с добавлением различных концентраций (1, 3, 5, 10 % об.) индивидуальных ароматических (толуол, тетралин) и нормальных парафиновых углеводородов (цетан, гептадекан, генейкозан, докозан).
3. Определить и проанализировать низкотемпературные свойства приготовленных смесей, оценить соответствие требованиям стандартов. Оценить эффективность действия депрессорной присадки.
4. Выявить закономерности влияния добавления индивидуальных ароматических и нормальных парафиновых углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
5. Выявить закономерности влияния концентрации добавляемых индивидуальных углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
6. Выявить закономерности влияния длины углеводородной цепи добавляемых индивидуальных нормальных парафиновых углеводородов на эффективность действия депрессорной присадки.
7. Выявить закономерности влияния углеводородного состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок.
Объектом исследования в данной работе являются образцы прямогонного дизельного топлива, депрессорная присадка, индивидуальные (ароматические и н-парафиновые) углеводороды, а также их смеси.
Предметом исследования являются низкотемпературные характеристики смесей образцов прямогонного дизельного топлива, депрессорной присадки и индивидуальных углеводородов; эффективность действия депрессорной присадки.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что добавление ароматических углеводородов (толуола, тетралина) в небольших концентрациях (1-3 % об.) приводит к снижению эффективности действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости и температуры застывания. Показано, что добавление тетралина оказывает более выраженный негативный эффект на эффективность действия депрессора чем добавление толуола. При увеличении концентрации добавляемых ароматических углеводородов до 10 % об. негативный эффект снижается и переходит в положительный.
2. Показано, что добавление тяжелых н-парафинов (генейкозана, докозана) в небольших концентрациях (1-3 % об.), а также легких н-парафинов (цетана и гептадеана) в концентрациях 5-10 % об. позволяет повысить эффективность действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости. При увеличении концентрации добавляемых тяжелых н-парафинов до 5-10 % об. положительный эффект снижается и переходит в негативный.
3. Установлено, что с увеличением длины углеводородной цепи, концентрация добавляемого н-парафина, позволяющая добиться наибольшего усиления эффективности действия депрессорной присадки в отношении предельной температуры фильтруемости, снижается.
4. Показано, что высокое содержание ароматических и легких н-парафиновых углеводородов в составе дизельного топлива, будет снижать эффективность действия добавляемых депрессорных присадок.
5. Установлено, что добавление небольших концентраций более тяжелых н-парафинов позволит повысить эффективность действия депрессоров. При этом, показано, что чем тяжелее и высокопарафинистее дизельное топливо, тем более тяжелый н-парафин и большая его концентрация потребуется для усиления эффективности действия депрессорной присадки.
Практическая значимость работы:
1. Показано, что использование исследуемых образцов прямогонного дизельного топлива в зимних и арктических условиях возможно только в случае применения депрессорных присадок.
2. Установлено, что добавление депрессорной присадки позволяет улучшить (снизить) все низкотемпературные свойства образцов дизельного топлива, однако не позволяет получить топливо более низкозастывающих марок. Актуален поиск способов повышения эффективности действия депрессорной присадки.
3. Показано, что добавление 5-10 % об. толуола, 5-10 % об. гептадекана и 1-3 % об. генейкозана к смеси образца дизельного топлива №1 с депрессорной присадкой позволяет получить летнее топливо, которое без добавления индивидуальных углеводородов не соответствовало требованиям стандартов. Добавление 10 % об. тетралина к смеси образца дизельного топлива №2 с депрессорной присадкой позволяет получить межсезонное топливо, которое без добавления индивидуальных углеводородов соответствовало летней марке.
Выявленные закономерности позволят оценивать влияние состава дизельного топлива на эффективность действия депрессорных присадок при их выборе и определении оптимальной концентрации. Выработанные рекомендации по добавлению тяжелых н-парафинов позволят усиливать эффект, оказываемый депрессорными присадками, что повысит возможности по производству низкозастывающих марок дизельного топлива.
Апробация работы:
Основные положения работы были представлены на 8-ми Международных и Всероссийских конференциях. Работа отмечена Дипломом I степени на Международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, экологии и химии с использованием современных образовательных технологий», февраль 2022 г., г. Алматы, Республика Казахстан; Дипломом победителя на Конкурсе молодежных проектов в рамках Всероссийского фестиваля науки NAUKA0+, октябрь 2021 г., г. Томск, а также Дипломом Финалиста на Всероссийском инженерном конкурсе 2022 г. По теме работы опубликовано 25 статей, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК, 2 статьи в зарубежных изданиях, индексируемых базами Scopus и Web of Science (Q1 и Q2).