О повышении эффективности депрессорных присадок для дизельного топлива в условиях низких температур

Дизельное топливо является основным видом топлива для транспорта и энергетики в условиях низких температур. Несмотря на развитие альтернативных источников энергии, дизельное топливо по-прежнему остается ключевым видом топлива в мире. Мировые тенденции активного освоения арктических территорий с суровыми климатическими условиями также способствуют росту спроса на дизельное топливо [1, с. 25-30].

История нефтеперерабатывающей промышленности насчитывает множество технологий, улучшающих низкотемпературные свойства топлив. Однако эти методы достаточно трудоемки и неизбежно приводят к ухудшению качества получаемого топлива и заметным потерям целевого продукта. На сегодняшний день наиболее эффективным способом улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив (температуры помутнения, застывания, предельной температуры фильтруемости) является применение депрессорных присадок [2, с. 95-105]. Как правило, присадки представляют собой смесь активного вещества, непосредственно обладающего депрессорными свойствами, и органического растворителя, необходимого для равномерного и быстрого распределения депрессора в топливе и нефтепродуктах [3, с. 191-201].

Предельная температура фильтруемости (ПТФ) характеризует изменение фазового состава топлива, а именно образование не только жидкой фазы топлива, но и твердой – в которой начинается кристаллизация н-парафинов, входящих в состав топлива. При дальнейшем понижении температуры происходит рост и объединение кристаллов н-парафинов, и образование каркасных структур. В этот момент текучесть топлива снижается, что препятствует его дальнейшему прохождению через топливные фильтры. ПТФ характеризует температуру, при которой топливо окончательно теряет подвижность, каркасные структуры становятся более разветвленными, длина цепей парафинов увеличивается, и топливо затвердевает [4].

На сегодняшний день на мировом рынке представлен широкий ассортимент депрессорных присадок, которые различаются между собой содержанием и типом действующего вещества, а также другими характеристиками. Ведется активная разработка новых депрессоров, которые бы отвечали всем современным требованиям, предъявляемым к ним [5].

На эффективность присадки, помимо состава топлива, влияет также концентрация, в которой используется депрессорная присадка, и при какой температуре она добавляется в топливо. Наибольшее влияние на низкотемпературные характеристики дизельного топлива оказывает содержание н-парафинов, так как они первыми кристаллизуются при понижении температуры [6].

В настоящей работе выполнено изучение нескольких образцов дизельного топлива (ДТ), а также их смесей с различными промышленными депрессорными присадками (ДП). Для изучения влияния концентрации ДП были приготовлены смеси всех образцов ДТ с ДП в различных концентрациях. Концентрации добавляемой ДП составляли 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 от значений, рекомендуемых производителем. Присадки добавляли при температуре 25°С. На втором этапе концентрация ДП составляла 1,0 от значения, рекомендуемого производителем, а температура добавления варьировалась с шагом 10°С (15, 25, 35, 45 и 55°С).

Полученные смеси изучались на фракционный состав, также измеряли их плотность и вязкость с помощью вискозиметра, температуры помутнения и застывания.

Средняя эффективность ДП рассчитывалась как разница между низкотемпературными свойствами до и после добавления добавки [7].

На основании выполненного исследования выявлены следующие закономерности.

Образцы дизельного топлива с наибольшим содержанием парафинов требуют наибольшей концентрации присадок (5,0) для эффективного влияния на ПТФ. Наиболее эффективно на ПТФ присадки в минимальной концентрации влияют при наименьшем содержании ароматических углеводородов в ДТ. Эффективность действия присадок на ПТФ изменяется в зависимости от концентрации в наибольшей степени при использовании образцов с умеренным содержанием парафинов и ароматических углеводородов. Если содержание парафинов велико, то присадки способны лишь повлиять на быстрый рост кристаллов парафина, но не полностью предотвратить их образование. В большинстве случаев сильное увеличение концентрации ДП нецелесообразно, так как приводит к более высокому значению температуры застывания (Т_заст). Наибольшая эффективность добавок в отношении Т_заст при использовании в минимальной концентрации достигается для образцов с высоким содержанием парафинов. ДП может начать действовать только в случае появления первых кристаллов парафинов и прекращения их роста. Чем быстрее появятся кристаллы, тем эффективнее будет действовать ДП, и тем дольше топливо сохранит подвижность (не замерзнет). В случае образца ДТ с высоким содержанием парафинов в составе количество начальных центров кристаллизации велико, и ДП будет эффективна в отношении Т_заст даже при низких концентрациях. С увеличением концентрации ДП ее эффективность только возрастет, т. к. рост кристаллов прекратится быстрее, и топливо сохранит подвижность при более низких температурах.

Обобщая изложенные выше выводы, можно выделить следующие закономерности влияния концентрации ДА на эффективность их действия при использовании на образцах ДТ различного состава:

• Чем меньше содержание ароматических углеводородов в составе ДТ, тем меньшая концентрация ДП будет улучшать (уменьшать) ПТФ;
• Чем выше содержание парафиновых углеводородов в составе ДТ, тем меньшая концентрация ДП будет способствовать улучшению (снижению) Т_заст;
• Чем меньше содержание ароматических углеводородов в составе ДТ, тем сильнее эффективность ДП в отношении ПТФ зависит от концентрации и тем меньше эффективность ДП по отношению к Т_заст зависит от концентрации;
• Чем выше содержание парафиновых углеводородов в составе ДТ, тем меньше эффективность ДП в отношении ПТФ зависит от концентрации и тем больше эффективность ДП по отношению к Т_заст зависит от концентрации.

Таким образом, выявленные в работе закономерности позволят в зависимости от состава топлива подбирать оптимальную концентрацию присадки и температуру ее введения, что позволит повысить эффективность действия присадок.