Антистатические присадки к дизельному топливу

 

 

Реферат

 

 66 страниц, 38 таблиц, 9 рисунков, 43 источников

 

ПОЛИАЛКИЛАКАНОАТЫ ЛИТИЯ, АНТИСТАТИЧЕСКИЕ ПРИСАДКИ, МАЛОСЕРНИСТОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТА, ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМНЕНИЯ

 

Цель работы – синтез солей полиакилаканоатов лития и исследование их свойств

Написание литературного обзора по данной теме. Исследование растворимости полученных солей в зимнем дизельном топливе, определение низкотемпературных свойств полученных растворов. 
Содержание

Введение………………………………………………………………………………….7

1.Литературный обзор………………………………………………………………...…8

1.1.Присадки к дизельным топливам……………………………………………...…8

    1.2.Электризация углеводородных топлив…………………………………………10

    1.3.Показатели эффективности антистатических присадок………………………11

    1.4.Классификация антистатических присадок……………………………………12

    1.5.Присадки первой группы………………………………………………………..12

    1.6.Присадки второй группы………………………………………………………...14

2.Обсуждение результатов……………………………………………………………..20

3.Экспериментальная часть…………………………………………………..………...28

    3.1.Исходные вещества…………………………………………………………..….28

                3.2.Определение кислотного числа (типовая методика)…………………………..31

    3.3. Приготовление растворов необходимых для анализа……………………...…31

        3.3.1.Приготовление 0,1N водно-спиртового раствора КОН………………..…31

3.3.2.Приготовление 0,1N водно-спиртового раствораиндикатора……………32

3.4.Синтез неодекановой соли Li с двукратным избытком неодекановой кислоты……………………………………………………………………………….32

        3.4.1.Расчет загрузки реагентов…………….………………………………...…32

        3.4.2.Методика проведения синтеза кислой соли (Iа)……………………...…34

3.4.3. Определение кислотного числа соли……………………………………35

3.5.Синтез этилгексановой соли Li с двукратным избытком этилгексановой кислоты………………………………………………………………………….……35

3.5.1. Расчет загрузки реагентов………………………………………….………35

3.5.2. Методика проведения синтеза кислой соли (Iб)……………………..…...36

3.5.3. Определение кислотного числа соли……………………………………..36

3.6.Синтез смесевой соли (неодекановая и этилгексановая кислота соотношении   1:1)  Li с двухкратным избытком неодекановой и этилгексановой кислот...........36

3.6.1 Расчет загрузки реагентов………………………………………………..…36

3.6.2. Методика проведения синтеза кислой соли (Iв)…………………….……37

3.6.3. Определение кислотного числа соли……………………………………...38

3.7.Определение предельной растворимости соли в дизельном топливе……….38

 3.8..Приготовление образцов для исследования низкотемпературных свойств    солей………………………………………………………………………………..…40

3.8.1. Определение низкотемпературных свойств солей в дизельном топливе.41

4.Метрологическая проработка результатов……………………………………….…42

4.1.Оценка погрешности прямых измерений………………………………………42

4.1.1.Измерение массы вещества…………………………………………………42

4.1.2.Контроль температуры реакции……………………………………………43

4.2.Перечень и краткая характеристика использованных приборов и оборудования………………………………………………………………………...44

4.3.Акт метрологической проработки результатов измерений…………..….……45

5.Безопасность и экологичность работы…………………………………………...…47

5.1. Характеристика производственной и экологической опасности, проектируемого объекта…………………………………………………………….47

5.2. Безопасность технологического процесса и оборудования………………….48

5.3.Электробезопасность……………………………………………………………48

5.4.Молниезащита……………………………………………………………………49

5.5.Производственная санитария и гигиена труда…………………………...……49

5.5.1.Метеорологические условия……………………………………………..…49

5.5.2.Освещение и расчет естественного освещения……………………………50

5.5.3.Защита от шума и вибрации……………………………………………..…53

5.5.4.Средства индивидуальной защиты……………………………………...…53

5.5.5.Вентиляция……….…………………………………………………….……53

5.6.Пожарная безопасность…………………………………….……………………54

5.7.Защита окружающей среды…………………………………………………..…57

5.8.Вопросы гражданской обороны и действий в условиях чрезвычайных ситуаций…………………………………………………………………………...…58

6.Экономическая часть……………………………………………………………...….59

6.1. Сумма затрат на основные и вспомогательные материалы………….……….59

6.2. Энергетические затраты……………………………………………….………..59

6.3. Стоимость оборудования……………………………………………………….60

6.4. Расходы на заработную плату………………………………………………….62

6.5. Затраты на проведение научно-исследовательской работы………………….62

Заключение……………………………………………………………………………...64

Список использованных источников …………………………………………………65 
Введение

 

В настоящее время одновременно с развитием нефтехимической промышленности наблюдается непрерывный рост мирового потребления нефтяных дизельных топлив.

Ассортимент и качество вырабатываемых т применяемых топлив определяется техническими возможностями отечественной нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также экологическими требованиями.

С целью увеличения потребительских качеств дизельных топлив используются различные присадки. Причем особый интерес представляют малотоксичные многофункциональные присадки, активный компонент которых обладает несколькими функциональными свойствами, в связи с широкими возможностями их применения в качестве антистатических присадок к дизельному топливу.

1. На сегодняшний день в России продолжается разработка альтернативных присадок. Эти присадки различаются между собой по назначению, объемам применения и практической зависимости. Для правильного их выбора и использования необходимо знать возможности присадок, их недостатки и особенности применения, а так же свойства компонентов, входящих в состав. 
   Литературный обзор

 

1. Присадки к дизельным топливам

В  настоящее время имеется разнообразное количество присадок к дизельному топливу. В зависимости от назначения и функциональности присадки можно классифицировать на типы, которые в свою очередь подразделяются по механизму действия [1]:

1. Модификаторы воспламенения:
1. антинагарные – препятствуют образованию нагара в камере сграния, предотвращают закоксовывание. Пример: термостойкие ПАВ в сочетании с катализаторами горения и модификаторами нагара,
2. Модификаторы горения:
1. антинагарные – препятствуют образованию нагара в камере сграния, предотвращают закоксовывание. Пример: термостойкие ПАВ в сочетании с катализаторами горения и модификаторами нагара;
2. антидымные – ускоряют выгорание сажи на последних стадиях процесса горения топлива Пример: топливо растворимые соединения железа, меди, церия, и других металлов;
3. антисажевые – препятствуют забиванию сажевых фильтров, снижая температуру выгорания сажи до температуры ОГ. Пример: топливо растворимые соединения железа, меди, церия, и других металлов;
4. инициаторы горения – интенсифицируют процесс горения топлива. Пример: ПАВ с добавками малых количеств беззольных промоторов горения: нитратов, пероксидов;
5. катализаторы горения – интенсифицируют процесс горения топлива. Пример: композиции на основе топливорастворимых соединений.
3. Стабилизаторы
1. антиоксиданты – ингибуруют радикально-цепное окисление углеводородов топлив. Пример: экранированные фенолы, N,N – диалкилпарафенилендиамины;
2. деактиваторы металлов – ингибируют действие меди, железа, и других металлов – катализаторов окисления. Пример: Бис (салицилиденалкилендиамины);
3. стабилизаторы комплексного типа – предотвращают смоло- и осадкообразование в результате окисления и процессов уплотнения. Пример: композиции антиоксидантов, деактиваторов металлов, нейтрализующих агентов и диспергаторов;
4. биоциды – предотвращают биокоррозию топливных баков и загрязнение топлив продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Пример: целлозольвы; соединения никеля, меди, других металлов; гетероциклические соединения;
5. кислород поглощающие – реагируют с кислородом, растворенным в топливе, образуя неактивные соединения. Пример: гидразин,
6. газовытесняющие – разлагаются с образованием большого количества нейтральных газов, вытесняющих кислород из топлива и газовой фазы. Пример: бензофенон, гидрокарбонат аммония;
7. экранирующие – взаимодействуют с кислородом, образуя сравнительно легкие, растворимые в топливе соединения. Пример: сополимеры типа ПМАМ-2;
8. диспергирующие – диспергируют смолистые соединения, переводя в раствор выпавшие осадки и отложения. Пример: сульфонаты, алифатические амины, сукцинимиды
4. Моющие:
1. очистители камеры сгорания – удаляют нагар из камеры сгорания, снижая тем самым рост требований к октановому числу. Пример: основания Манихина алкилфенолов, сукцинимиды.
5. Присадки для эксплуатации топлив при низких температурах
1. депрессорные – предотвращают рост кристаллов парафинов и образование пространственной структуры. Пример: сополимеры олефинов с винилацетатом, полиакрилаты;
2. диспергаторы  парафинов – диспергируют парафины, предотвращая их кристаллизацию. Пример: азотосодержащие ПАВ различного строения;
3. антиобледенительные – предотвращают обледенение топливной аппаратуры, образуя на поверхности защитную пленку. Пример: ПАВ различного состава, в частности компоненты моющих присадок;
4. противоводокристаллизующие – образуют низкозамерзающие смеси с водой, растворенной в топливе. Пример: спирты, целлозольвы.
6. Модификаторы трения
1. противоизносные – образуют на поверхности трения пленку, защищающую ее от износа. Пример: карбоновые кислоты, жирные амины, сополимеры типа ПМАМ-2;
2. антифрикционные – повышают механический КПД двигателя за счет снижения потерь на трение. Пример: соединения молибдена, поверхностно-активные вещества;
3. приработочные – ускоряют обкатку двигателей и топливной аппаратуры. Пример: соединения алюминия, хрома, и других металлов, продукты сгорания которых обладают абразивным и полирующим действием.
7. Маркирующие
1. красители – свидетельствуют о наличии в бензине свинца или о повышенном содержании серы в дизельных топливах. Пример: топливорасторимые пигменты типа фталоцианинов, азотосоединений, производных антрахинона.
8. Антикоррозионные
1. антиржавейные – уменьшают электрохимическую коррозию металлов на границе раздела фаз топливо-воздух, топливо-вода. Пример: производные алкенилянтарного ангидрида и комплексные соли сульфокислот;
2. антикоррозионные – снижают химическую коррозию, вызванную агрессивными продуктами сгорания топлива или продуктами гидролиза компонентов топлив и присадок. Пример: вещества основного характера, нейтрализующие продукты сгорания сернистых соединений (амины, нитраты и карбонаты щелочных металлов), ПАВ, препятствующие попаданию агрессивных продуктов на поверхности.
9. Повышающие безопасность применения топлив
1. одоранты – придают топливам приятный запах. Пример: производные терпенов, эфирные масла;
2. отвращающие – придают топливам неприятный запах с целью предотвращения использования не по назначению. Пример: соединения с ярко выраженным неприятным запахом;
3. дезодоранты – маскируют неприятный запах компонентов топлив. Пример: эфирные масла.
10. Модификаторы коллоидно-химических свойств
1. деэмульгаторы – ускоряют отделение воды от топлива, требуют отстоя. Пример: оксиэтилированные спирты, кислоты, амины и другие ПАВ;
2. антипенные – уменьшают вспенивание топлива при наливе, что ускоряет налив и уменьшает потери. Пример: полисилоксаны, этиленбисамиды карбоновых кислот и другие ПАВ;
3. коагулирующие – ускоряют коагуляцию мелкодисперсной фазы в крупные, легкоотделяющиеся частицы. Пример: ПАВ, амиды, сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов.
11. Модификаторы структуры потока
1. противотурбулентные – снижают энергетические затраты на перекачку за счет поддержания ламинарного режима течения. Пример: линенйные полимеры с высокой молекулярной массой.
2. Электризация углеводородных топлив

Электризация углеводородных топлив приводит к загораниям и взрывам при различных обстоятельствах. Например, при сливе и наливе автоцистерн, фильтровании, загрузке наземных резервуаров, а также при быстрой заправке самолетов и автозаправщиков. Причиной электризации является то, что углеводородные топлива имеют большое удельное объемное электрическое сопротивление (более 1011 Ом*м).

Для объяснения электризации жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением более 109 Ом*м при турбулентном потоке в трубопроводе, была создана теория двойного слоя. Согласно этой теории, возникновение в потоке жидкости избытка одного знака, обусловлено существованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз [2].

Двойной слой на границе жидкость – твердое тело состоит из слоя ионов одного знака, связанных с поверхностью трубопровода в результате действия электрических и адсорбционных сил ( слой Гельмгольца), и диффузионного слоя ионов противоположного знака (слой Гуи).

Концентрация ионов в диффузионном слое определяется тепловым движением и диффузией из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

Современная теория электризации ввела такое понятия, как “пристеночный” ток. Его источником являются окислительно-восстановительные реакции на стенках трубопроводов. Данная теория объясняет механизм электризации следующим образом.

Жидкость,  поступающая в начальный участок трубопровода (заземлен), вытесняет жидкость с избытком положительных ионов, которая вызывает разряд адсорбированнных на стенках отрицательных ионов. Отрицательные ионы, содержащиеся в “свежей” жидкости, адсорбируются на стенках, создавая избыток положительных ионов в центральной части трубы. При дальнейшем движении жидкости по трубе концентрация избыточных положительных ионов будет нарастать, а скорость разряда имевшихся ранее на стенке ионов – падать. На определенном расстоянии от входа в трубу концентрация положительных тонов в жидкости достигнет равновесного значения, а разряд отрицательно заряженных ионов прекратится. Если длина трубопровода больше этого расстояния, то в приемный резервуар будет поступать жидкость с максимальной концентрацией положительных ионов. Это и становится источником возникновения взрывов и возгораний.

Электризация жидкости в трубопроводах значительно увеличится, если в устройства будут иметь развитую поверхность: фильтры, поглотители, теплообменники и т. п.

Энергия, выделяющаяся при электростатическом разряде, в общем случае определяется по формуле (1.1):

, Вт*с…………………………………(1.1)

где  - поверхностная плотность заряда материала, Кл/м2;

s - разряжаемая площадь наэлектризованной поверхности, м2,

u - разность потенциалов между разряжаемой поверхностью и объектом, на     который происходит разряд, В [3].

Методы и средства защиты от статического электричества:

1. заземление;
2. ослабление процессов, приводящих к дополнительной электризации жидкостей. Пример: предотвращение разбрызгивания при подаче в резервуар;
3. ограничение скорости транспортирования и истечения топлив;
4. применение антистатических присадок;
5. устройства, предназначенные для уменьшения плотности заряда [2].

Добавление антистатических присадок к углеводородным топливам является наиболее эффективным, при борьбе от статического электричества.

Диапазон рабочих концентраций антистатических присадок мал и составляет тысячные и десятитысячные доли процента. Таким образом, удельная электрическая проводимость достигает значений 50-600 мСм/м, которая обеспечивает требуемую безопасность и не создает помех в работе топливоизмерительной аппаратуры. Вводить присадку в топливо стоит только при непосредственной необходимости, так как присадка сорбируется на металлических поверхностях при хранении и транспортировке и её концентрация снизится до нуля [1].

Принцип действия присадок состоит в том, что они увеличивают объемную электрическую проводимость топлив.

3. Показатели эффективности антистатических присадок

 

К этим показателям относятся удельная объемная электропроводность () и удельное объемное электрическое сопротивление ()

…………………………………………….…(1.2)

Любая углеводородная жидкость с электропроводимостью менее 1 пСм/м практически не электризуется, а наибольшая электризация наблюдается при электропроводимости топлива от 5 до 10 пСм/м [4]. По многочисленным экспериментам показано, что для безопасной операции по сливу, наливу и заправке удельная электропроводность должна составлять 35-50 пСм/м [5]. При перекачке с линейной скоростью перемещения около 10 м/с безопасное топливо должно иметь электропроводность около 500 пСм. Топливо электропроводностью 1000 пСм может считаться абсолютно безопасным при любых сливно - наливных операциях, многократном фильтровании через синтетические материалы любой пористости, перекачке водно - топливных эмульсий и т. д. С другой стороны, топливо с большой электропроводностью могут вызвать нарушения в работе некоторых уровнемеров (емкостных) в самолетных баках. Поэтому во многих технических условиях на реактивные топлива указаны границы электропроводности топлив (50- 300 пСм).