ЭЛИКСИР БЕССМЕРТИЯ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Эликсир бессмертия для нефтепродуктов

Все течет, все изменяется. Приходит и уходит, рождается и умирает. Вселенский закон энтропии (разрушения) справедлив для живого и неживого, для великого и малого, одинаково неумолим как для бактерии, так и для галактики.

Еще древние люди размышляли над необратимостью бытия, желая повернуть время вспять, возобновив свою молодость и красоту, восстановить из руин великие шедевры былых эпох и культур. Вспомнить хотя бы эпос о Гильгамеше, искавшем эликсир бессмертия или сказания средневековых седовласых алхимиков.

Но, если долгожительство человека дело медиков и биологов, до которого их руки пока еще не дошли, то реальное продление эксплуатационных свойств нефтепродуктов, например – топлива, более реальная перспектива научно-технического прогресса. И в данном случае, подобно героям древних сказаний, на арену выходят технологи различных заводов и компаний желающих улучшить и продлить качественные характеристики нефтепродуктов.

Главнейшим врагом на пути их благородного дела выступает старение нефтепродуктов при длительном хранении в терминалах, нефтебазах, АЗС. Главным образом это вызвано расслаиванием различных компонентов горючего (донные осадки, окисление, расслоение подтоварной воды) и соответствующим падением его октанового числа. Также, может иметь место и засорение различными посторонними химическими соединениями, процесс окисления и вбирания влаги.

Большинство видов старения, приводящих к фракционному изменению можно разделить на две группы процессов [Петров Ал.А., 1984]: катагенез (термолиз – термическое изменение и термокатализ – каталитическое воздействие) и гипергенез (биодеградация – окислительное воздействие микроорганизмов).

Перечисленные факторы могут влиять на хранение нефтей как в природных условиях залежей (особенно второй фактор), так и в искусственных резервуарах, созданных человеком.

Показатели качества нефтепродуктов, наиболее склонные к изменению при хранении

Самыми важными свойствами топлива, влияющими на технико-экономические показатели двигателя являются такие показатели [Милованов А.В., 2003]:

1) Высокая теплота сгорания.

2) Хорошие смесеобразующие свойства, обуславливающие легкий пуск двигателя, плавный переход с одного режима работы на другой и устойчивую работу двигателя при эксплуатации в различных климатических условиях.

3) Отсутствие детонации на всех эксплуатационных режимах.

4) Отсутствие нагароотложений, приводящих к перегреву и повышенному износу двигателя.

5) Отсутствие коррозии деталей как при непосредственном контакте с топливом, так и от образующихся продуктов сгорания.

6) Стабильность при транспортировке и хранении, т.е. поддержание первоначальных свойств топлива.

7) Низкая температура застывания, что обеспечивает хорошую прокачиваемость при отрицательных температурах окружающего воздуха.

8) Отсутствие вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Как видите, 6 пункт является очень важным, и во многом определяет прочие эксплуатационные свойства.

Одним из основных способов повышения устойчивости состава жидкого топлива к его длительному хранению является внесение различных присадок, которые должны восстанавливать потерянные мощности и эксплуатационные характеристики, препятствовать образованию геля в топливной системе, понижению октанового числа и образованию осадка.

Потери топлива можно разделить на качественные (ухудшение эксплуатационных характеристик), количественные (уменьшение количества горючего) и смешанные (качественно-количественные). Избежать их можно используя правильную технологию и хорошее оборудование. С первым помогут компетентные рабочие, со вторым квалифицированные фирмы.

К качественным потерям можно отнести ухудшение свойств топлива от окисления его компонентов при контакте их с воздухом во время перевозки, хранении и сливно-наливных операциях. В этом случае образуются смолистые вещества, органические кислоты, а сам бензин приобретает желтую, вплоть до светло-коричневой, окраску. Его применение может привести к повышенному осмолению деталей, увеличению коррозионного износа и нагарообразованию.

Скорость окисления резко увеличивается при повышении температуры и под действием солнечной радиации. Если хранить бензин с содержанием смол 4 мг / 100 мл (при допустимой норме не превышающей 10 мг / 100 мл) при температуре 10 – 20 С, то через месяц их количество увеличится до 6 мг / 100 мл, а при температуре 40 – 45 С – достигает нескольких сотен мг, т. е. бензин станет непригодным для использования.

Так, по данным [Мохнаткин Э.М., Смеречук В.Р.] чаще всего от применения некачественного топлива страдают свечи (35% обращений). Далее 20% приходится на топливные фильтры, 15% на форсунки, остальное на другие системы.

Помимо настоящих смол, в бензине в различном количестве содержатся смолообразующие вещества (потенциальные смолы): различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды, которые под действием времени, повышенной температуры, кислорода воздуха и других факторов окисляются, полимеризируются, конденсируются и переходят в смолы.

Хорошей стабильностью обладают бензины, в состав которых входит меньшее количество продуктов крекинга с высоким содержанием непредельных углеводородов. Чем хуже условия транспортирования и хранения бензина, тем больше образуется смол.

Не менее наболевшей является проблема обводнения и загрязнения бензинов механическими примесями, что приводит к увеличению количества отложений во всасывающей системе, камере сгорания, засорению топливных фильтров и жиклеров карбюратора.

Концентрация загрязняющих веществ в баке автомобиля может достигать 0,04-0,06 г/кг для бензинов и от 0,15 до 0,6 г/кг для дизельных топлив.

Основным способом попадания воды в топливо является конденсация ее паров из воздуха [Колодочкин М.]. При понижении температуры окружающей среды, например ночью, пары конденсируются в виде капель на стенках резервуаров и стекают по ним в топливо.

Вода в топливе не растворяется, и ввиду значительной вязкости дизельного топлива, очень медленно оседает на дно. При сливо-наливных операциях образуются стойкие водно-топливные эмульсии, не распадающиеся длительное время. Их опасность заключается в следующем: при повышении концентрации воды до определенного уровня она вместе (иногда, и вместо) с бензином начинает поступать в цилиндры и, естественно, приводит к перебоям в работе мотора.

Еще хуже, когда Н2О скапливается в топливной системе при отрицательных температурах. В таком случае попадая в топливопроводы, фильтры и другие узкие места системы питания, она образует ледяные пробки, намертво запирающие бензину путь от бака к двигателю. Именно по этой же причине фильтры заправочных колонок нередко не работают.

Кроме того, вода сильно увеличивает коррозионный износ деталей двигателя и тары, благодаря образованию накипи. Это можно охарактеризовать следующим образом: под действием температуры 80 – 100°С соли кальция и магния, растворенные в воде, разлагаются. Образуется карбонат магния, который при длительном нагревании подвергается гидролизу и приводит к появлению вначале основания углекислой соли, а затем гидроокиси магния. Образовавшиеся карбонат кальция и гидроокись магния образуют твердый осадок – накипь.

Интенсивность отложения накипи находится в прямой зависимости от карбонатной жесткости воды: чем она выше, тем интенсивнее будет протекать процесс образования накипи. При постоянной конденсации водяных паров в системе хранения топлива, карбонатная жесткость оставшейся в растворе воды будет повышаться.

Количественные потери – это уменьшение количества топлива при неизменном качестве. К этому виду относятся: перелив, разлив, подтекание из резервуаров, баков, бочек, цистерн и других емкостей (в том числе и емкостей заправочных средств), а также остатки в таре после слива топлива или масла. К таким потерям можно легко отнести и эксплуатационные перерасходы.

Также, имеют место и смешанные потери от испарения легких фракций, которые характеризуются тем, что наравне с уменьшением количества ухудшается и качество топлива, в следствии снижения октанового числа, испаряемости и других эксплуатационных характеристик. Установлено, что при увеличении температуры на 1 оС из каждого 1 м3 газового пространства резервуара в воздух выделяется около 0,01 кг бензина (при условии максимального насыщения воздуха парами). При закрытом наливе 20 м3 топлива сразу теряется около 20 кг горючего.

Влияние показателей испаряемости автомобильных бензинов на работу двигателя (По материалам: http://avtobenz2.info/?p=100).

Одним из основных способов избегания этих потерь является профилактика [www.altsi.ru]. Прежде всего, очень важным является обеспечение полной герметизации крыши; поддержание проектного давление в резервуаре; осуществление перекачки легко испаряющихся нефтепродуктов из резервуара в резервуар только при крайней необходимости, по возможности, в ночью (в условиях пониженной по отношению к дневному времени температуре); максимальное заполнение резервуара при хранении легкоиспаряющихся нефтепродуктов; окрашивание наружной поверхности резервуара лучеотражающими светлыми эмалями и красками (препятствуют нагреванию резервуара от воздействия прямого солнечного света); применение теплоизоляции поверхности резервуара, предназначенного для хранения застывающих нефтепродуктов. Соблюдение этих довольно нехитрых методов позволяет значительно пролонгировать качественные эксплуатационные свойства хранимых нефтепродуктов.

В случае использования смесевого биоэтанолового топлива рекомендуется добавлять различные стабилизирующие присадки, например: пропанол, вторпропанол, изобутанол и др. Так, добавка 2,5 – 3,0% изобутанола обеспечивает устойчивость смеси этанола с бензином при температуре до – 20°С. С целью оптимизации использования топливных материалов необходимо проверять бензины не реже одного раза в полгода, а дизельные топлива – одного раза в год.

Применяя инжекционный метод и ультразвуковую систему смешивания, разрабатываемые в компании Globecore, можно добиться состояния, при котором расслаивание и сопутствующего ему понижения октанового числа полученного смесевого продукта (ethanol-blending) не происходит в течении 180 дней (полгода).

По аналогии к бензину, старению подвержено также и дизтопливо. Правда оно значительно стабильнее, и скорость его испарения в 10 раз меньше, чем у бензинов. Кроме того, испарение легких фракций вызывает только небольшие количественные потери и практически не сказывается на снижении качества. Хотя незначительно утяжеляется фракционный состав, что приводит к повышению вязкости и температуры вспышки. Но это не сказывается так остро, как в случае с бензином, на работе двигателя. Количество смол определяют согласно ГОСТ 8489-58 выпариванием 10 мл топлива при температуре 225 °С в струе пара.

Само по себе, дизельное топливо является сложной смесью парафиновых (10-40%), нафтеновых (20-60%) и ароматических (14-30%) углеводородов и их производных. Такой фракционный состав обуславливает наличие качественно иного по отношению к бензинам виду загрязнения, а именно – отложение (кристаллизация) содержащегося в дизтопливе парафина (температура помутнения). При этом кристаллизовавшийся парафин располагается в топливе неравномерно, подобно облакам.

Помимо этого, следует учитывать рост коксового числа дизтоплива — его способности образовывать углистый остаток при высокотемпературном (800 – 900 °С) разложении без доступа воздуха. Количество кокса зависит от глубины очистки топлива, главным образом от смолисто-асфальтовых соединений. Коксуемость увеличивается при повышенной вязкости и тяжелом фракционном составе.

Кроме того, что еще хуже, в условиях длительного хранения, особенно при повышенной температуре, могут происходить реакции окисления, что способствует увеличению коррозионности и склонности к нагарообразованию, в следствии образования смолистых веществ и органических кислот. Эффективным способом снижения интенсивности окисления является уменьшение температуры резервуара (окраска, заглубление).

Более тяжелое, чем бензины, дизельное топливо содержит большее количество смолистых соединений, вызывающих неполное сгорание. Если содержание смол превышает в два-три раза норму, то ресурс двигателя может снизиться на 40 – 50 %.

Чтобы избежать подобных негативных явлений следует, во-первых правильно топливо изготавливать, а во-вторых: хранить и транспортировать в максимально приемлемых условиях.

Технологами Globecore создано и поставлено на промышленное производство серию оборудования под общим названием станции масляные мобильные (СММ-4Ф, СММ-0,6Ф), способного продлевать эксплуатационные характеристики топлива.

Эти станции предназначены для очистки топлива от механических примесей, сажи (угля), свободной и части растворённой воды, водорастворимых кислот, щёлочей и биозагрязнений.

Основной принцип работы заключается в очищении топлива через систему фильтров, позволяющих качественно устранить все посторонние соединения и частицы.

Ноу-хау изобретения заключается в использовании коалисцентных фильтров, которые обеспечивают эффективное очищение топлива от воды и водорастворимых веществ до 98,6%.

В этих фильтрах применяется полимерный материал, способный не только эффективно поглощать из топлива воду и механические примеси, но и непрерывно самоочищаться в процессе работы от накопившейся воды и механических примесей. Во многом это вызвано влажностью самого фильтрэлемента, что благотворно сказываются на качестве удаления механических примесей. При этом происходит частичная регенерация фильтрэлемента от поглощаемых им в процессе работы механических примесей.

Схема работы фильтра

Данная система эффективно удаляет из топлива воду, механические примеси, а также различные микроорганизмы и часть (до 75%) смолисто-асфальтеновых веществ. Это происходит благодаря пористой структуре фильтров. Эффективная очистка обеспечивается объемностью фильтров и большой извилистостью поровых каналов, то есть действует эффект лабиринта.

Искусственный загрязнитель задержанный фильтром

Фильтрация приводит к более полному сгоранию топлива в двигателе, определенному снижению его расхода (до 5%), увеличению срока службы фильтров, топливных насосов высокого давления, форсунок и двигателя в целом порядка 30-40%, а также к существенному снижению объемов задымленности и токсичности отработавших газов.

Это подтверждено и исследованиями НИИ медицины труда РАМН и НИИ канцерогенеза ОНЦ РАН, которые показали, что в топливе и отработавших газах двигателя содержание канцерогенных веществ после фильтрации снижается в среднем в 2,2-2,5 раза, а канцерогенных азотсодержащих соединений снижается на различных режимах работы двигателя от 2 до 20 раз. Также заметно уменьшается и мутагенная активность отработавших газов.

Сохранение высокого качества горючего является первоочередной задачей современного нефтеперерабатывающего комплекса. Осталось только производителям и потребителям воспользоваться предложенными разработками и в полной мере насладиться высококачественными эксплуатационными характеристиками используемого топлива.

Литература.

1. Андреев П.Ф., Богомолов А.И., Добрянский А.Ф., Карцев А.А. Превращение нефти в природе. – Л.: Гостоптехиздат, 1958. – 416 с.

2. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. – Л.: Недра, 1982. - С. 129.

3. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы. – М.: Транспорт, 1968. - 279 с.

4. Киселев М.М. Топливно-смазочные материалы для строительства машин: Справочник. – М.: Стройиздат, 1988. – 271 с.

5. Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнения. М.: Недра, 1990. – С. 26.

6. Колодочкин М. Губит мотор вода… – www.zr.ru.

7. Милованов А.В., Ведищев С.М. Топливо и смазочные материалы. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. – 2003. – 80 с.

8. Мохнаткин Э.М., Смеречук В.Р. Пути повышения качества российских автомобильных топлив.

9. Нурисламов Р.С. История развития автомобильного транспорта для доставки топлива. – 2006. – www.ogbus.ru.

10. Петров Ал.А. Углеводороды нефти. – М.: Наука, 1984. – 264 с.

11. Рахимов А. Особенности перевозки топлива различными видами транспорта // ТехCовет – № 7 (70), 2009.

12. www.afuelsystems.com

13. www.altsi.ru

14. www.apris.ru