Обезвоживание дизельного топлива полимерными гелями

Введение

Известно, что надежность и долговечность дизельных двигателей большей частью зависят от качества потребляемого топлива. Однако, дизельные топлива не всегда могут отвечать этим требованиям. Практика применения дизельных топлив показала, что зачастую при эксплуатации, хранении и транспортировании дизельные топлива загрязняются различными механическими примесями и водой [1-3].

Вода в дизельном топливе крайне нежелательна. С одной стороны присутствие воды в топливе вызывает коррозию топливной аппаратуры, с другой – при понижении температуры окружающего воздуха вода в топливных баках выпадает в виде тонкодиспергированных капель, способных к замерзанию в форме кристаллов. При этом системы питания могут забиваться кристаллами льда. Это приводит вначале к частичному, а затем к полному прекращению подачи топлива в камеры сгорания двигателя.

Цель настоящей работы - обеспечение чистоты дизельного топлива путем обезвоживания его с помощью гелей, синтезированных на основе сополимеров акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования являются летние дизельные топлива продукции Шымкентского нефтехимического завода и полимерный гель.

Цетановое число определяли на установке одноцилиндровой типа ИДТ-69 с переменной степенью сжатия, обеспечивающие аналогичные результаты определения цетановых чисел по методике ГОСТ 3122-67.

Полимерные(Г) гели получали на основе акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.

Результаты и их обсуждение

Гель получали путем синтеза акриловой кислоты и N,N`-метиленбисакриламида.
N,N`-метиленбисакриламид является, в частности, сшивающим агентом. Реакция получения геля сводится к следующему:

Во втором случае – Г-2 концентрация N,N`-метиленбисакриламида меньше (0,5% масс.) и поэтому он менее зашит и соответственно механическая прочность его ниже.

Результаты предварительных испытаний показали, что чем меньше поперечных связей, тем больше водопоглощающая емкость геля.

Для испытания Г на способность его поглощать воду мы подготовили эталонные топлива. Для этого в два цилиндра ёмкостью 100 мл налили в каждый по 50 мл дизельного топлива, добавили 10 мл воды и туда же задали по 100 мг геля Г-1 Г-2, отличающиеся различным составом.

Наблюдения показали, что в цилиндре, где находился Г-1, по истечении суток вода поглотилась гелем не полностью, на дне цилиндра еще были видны следы воды. Во втором случае с Г-2 вода полностью поглотилась.

Такое явление можно объяснить тем, что Г-1 более сшитый поперечными связями и это не дает возможности проникновению воды в межмолекулярное пространство геля.

Механизм действия водопоглощения гелем объясняется следующим образом. В структуре Г находится карбоксильная группа, которая обладает большой гидрофильностью и чем больше ее в составе Г, тем выше его поглотительная способность.

Проведенные нами испытания по двум образцам Г позволили установить наиболее активный Г и в своих дальнейших экспериментах мы в основном использовали Г-2.

Интерес представлял определение водопоглощающей емкости геля, т.е. минимальную концентрацию геля, при котором поглощается максимальное количество воды.

В связи с этим брали следующие навески геля: 50, 100, 300 мг и опускали в колбы с дизельным топливом по 100 мл в каждый в присутствии 5 мл воды. Наблюдения проводили в течение суток. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Водопоглощаемость Г-2 в зависимости от его концентрации

Как видно из таблицы с повышением концентрации геля Г-2 водопоглощаемость увеличивается и емкость по водопоглощению в сто раз превышает его массу.

Для определения предельной поглотительной способности геля были проведены следующие опыты. В колбы наливали различное количество воды: 5, 10, 15 мл и по 50 мл дизельного топлива. Затем задавали в каждую колбу по 100 мг геля Г-2 и вели наблюдение за водопоглощением. Результаты даны в таблице 2.

Предельная поглотительная способность геля массой 100 мг

Как видно из таблицы, максимальная поглотительная способность геля составляет 10 мл воды при его массе 100 мг.

Следует отметить, что в начале экспериментов при контакте геля с водой его набухание начинается через 20 минут, поэтому были проведены испытания по определению максимальной поглощаемости в зависимости от времени, т.е. кинетика процесса.

Для определения кинетики поглощения гелем воды из дизельного топлива брали навески геля 100, 200, 500 мг и опускали в дизельное топливо, содержащее 5 мл воды, вели наблюдения, результаты приведены на рисунке, из которого видно, что с повышением концентрации геля скорость процесса поглощения увеличивается.

Так, при концентрации геля 100 мг вода в количестве 5 мл поглощается полностью за 24 часа, при концентрации геля 200 мг за 20 часов, а при концентрации геля 500 мг за 16 часов характер изменения кривых адекватный.

Рис. Зависимость водопоглощения от продолжительности контакта геля с дизельным топливом

Нами проведены испытания по водопоглощению геля в зависимости от температуры дизельного топлива, при этом содержание воды в 50 мл дизельного топлива составляло 10 мл, концентрация геля – 100 мг время контакта геля и дизельного топлива в смеси с водой – 6 часов.