Научно-исследовательская работа учащегося "Антигели для дизеля: эффективные или нет"

14

Антигели для дизеля: эффективные или нет

Попова Ксения Андреевна,

Россия, Тюменская область,

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, г.Урай,

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение гимназии имени Анатолия Иосифовича Яковлева,

8А класс

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ

I. Введение

Автомобилей с дизельными двигателями на дорогах все больше и в условиях нашей зимы жителям приходится добавлять различные присадки (антигели) в дизельное топливо, чтобы предотвратить остановку двигателя.

Объект исследования: Летнее и зимнее дизельное топливо, присадки различных торговых марок (антигель Hi-Gear, антигель Sintec, антигель Kerry).

Предмет исследования: Влияние депрессорных присадок на характеристики дизельного топлива.

Гипотеза исследования: Мы предположили, что производители указывают на упаковках антигелей не совсем точную информацию, а также, что правильный подбор присадки поможет автолюбителям без проблем эксплуатировать дизельный автомобиль в любое время года.

Цель работы: Определение самой эффективной присадки для дизельного топлива.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Узнать принцип действия антигелей в дизельном топливе.

3. Определить и сравнить с заявленной ПТФ (предельную температуру фильтруемости) и температуру застывания при добавлении антигелей в дизельное топливо;

4. Определить самую эффективную присадку для дизельного топлива

Методы исследования:

А) Эмпирические:

Измерение ПТФ и температуры застывания топлива на приборах.

Наблюдение за топливом с антигелем, выставленным на улицу.

Сравнение результатов с данными производителей антигелей.

Проведение лабораторных опытов.

Б) Теоретические:

Изучение литературы по данной теме.

Анализ полученной информации в ходе исследования.

II. Основная часть

Дизельное топливо - это жидкое нефтяное топливо, представляющее собой смесь углеводородов, получаемое из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти, применяемое в дизельных двигателях внутреннего сгорания и для газотурбинных энергетических установок. Дизельное топливо представляет вязкую и трудно испаряемую жидкость.

Химический состав дизельного топлива

Дизельное топливо, как нефть и нефтепродукты, не имеет фиксированного химического состава. Он меняется, зависит от ряда внешних факторов. Содержание компонентов в продукте, их название и соотношение к общей массе горючего определяются в лаборатории различными методами исследования.

Дизельное топливо состоит из следующих химических групп веществ:

• парафиновых углеводородов (10-40% состава);

• нафтеновых углеводородов (20-60% состава);

• ароматических углеводородов (15-30% состава).

В составе топлива могут присутствовать: смолистые, сернистые соединения, вода, механические примеси.

Парафиновые углеводороды (алканы, нефтяные парафины) представляют собой смесь твердых углеводородов с содержанием в молекуле максимального количества атомов водорода и атомов углерода в количестве 18-35.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы) представляют собой циклические насыщенные углеводороды, характеризующиеся циклическим строением атомов в молекулах. В нефтепродуктах, из которых производят дизтопливо, встречаются преимущественно гомологи циклогексана и циклопентана.

Ароматические углеводороды (арены) – органические циклические соединения. Характеризуются ароматической системой: расположением шести углеродно-водородных групп в углах молекулярного шестиугольника. Это явление называется бензольным кольцом.

Состав дизельного топлива зависит от разных факторов: исходного состава нефти, температуры перегонки нефти, действующих присадок (в готовое дизельное топливо добавляют дисперсионные присадки, которые изменяют его характеристики и тоже влияют на итоговый состав).

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

- цетановое число, определяющее мощностные и экономические показатели работы двигателя;

- фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;

- вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыление в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования.

- низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива;

- степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндро-поршневой группы двигателя;

- температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях;

- наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ.

Воспламеняемость дизельного топлива

Цетановое число - характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси (т.е. свежего заряда) (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь. Таким образом, цетановое число показывает нам время, требуемое для возгорания топлива в цилиндре. Соответственно, чем оно выше, темь меньше времени требуется для возгорания. Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40-55. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 48-51, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 51-55.

Свойства ДТ при низких температурах, вязкость

 Кинематическая вязкость определяется при 20°С. Для высокооборотных дизелей значение вязкости топлива – 1,5-6 мм2/с (сСт).

Слишком вязкое ДТ трудно распылить, кроме того оно плохо прокачивается через фильтры. Чем выше вязкость при 20°С, тем сильнее изменяется топливо при низких температурах. Летние сорта густеют уже при -3°С, для них это температура помутнения, когда парафины начинают кристаллизироваться. При -10°С и ниже летнее топливо застывает, что может привести к необратимой поломке поршней. В таких случаях следует изначально использовать зимнее дизельное топливо, у которого вязкость меньше, что обеспечит правильную работу двигателя.

Применение топлива должно полностью зависеть от его марки. Для:

• летнего дизельного топлива вязкость – 3,0-6,0 мм2/с;

• зимнего ДТ – 1,8-5,0 мм2/с;

• арктического дизтоплива – 1,5-4,0 мм2/с.

Из этого следует, что кинематическая вязкость дизельного топлива определяет рабочий процесс в цилиндрах двигателя, а значит, его экономичность и эффективность.

В межсезонный период целесообразно применять депрессорные присадки, поскольку погода в этот период непредсказуема, днем плюсовая температура, а ночью заморозки.

Дизельное топливо классифицируется по качеству и сезонности, подразделяется на марки в зависимости от его характеристик.

Депрессорные присадки (антигели) для дизельного топлива

Низкотемпературные свойства дизельного топлива характеризуются тремя показателями:

1) температура помутнения, при которой в топливе начинают образовываться нерастворимые взвеси: например, микрочастицы льда, микрокапли воды.

2) предельная температура фильтруемости (ПТФ): самая высокая температура, при которой определенный объем топлива перестает протекать через фильтр в течение определенного времени.

3) температура застывания, при которой кристаллизация углеводородов в топливе полностью лишает его текучести.

Назначение депрессорных присадок — взаимодействовать с частицами н-парафина на стадии помутнения топлива под действием низкой температуры и препятствовать возникновению более крупных образований при дальнейшем понижении температуры.

Молекулы депрессора осаждаются на поверхность частиц в начальной фазе их образования и не дают формироваться агломератам величиной более 3…5 мкм. Частицы такого размера значительно меньше забивают топливный фильтр тонкой очистки.

Депрессорные присадки в основном состоят из:

• полимеров метакриловой кислоты;

• ароматических и алифатических дистиллятов нефти;

• сополимеров этилена с винилацетатом.

Действие депрессорных присадок заключается:

• в их способности в момент формирования дисперсной фазы в парафинсодержащих системах совмещаться с дисперсными частицами твёрдых углеводородов путём адсорбции или внедрения в структуру кристаллов твёрдых углеводородов;

• в изменении размеров, формы и строения (молекулярной структуры) частиц дисперсной фазы, а в некоторых случаях в повышении растворимости твёрдых углеводородов;

• в создании на поверхности частиц твёрдой фазы энергетического барьера за счёт сил отталкивания той или иной природы, который препятствует в определённых условиях притяжению и коагуляции частиц дисперсной фазы.

Исследовательская часть работы

1. Характеристика присадок и топлива

2. Технология исследования

Исследования проводились в товарной лаборатории нефтеперерабатывающего завода ТПП “Урайнефтегаз”, где было предоставлено необходимое оборудование:

• Анализатор для определения температуры помутнения и текучести

• Анализатор для определения предельной температуры фильтруемости

Лабораторная химическая посуда:

• химические стаканы

• химические воронки

• магнитные мешалки

• стеклянные пипетки

3. Ход работы:

1. Разлить в 5 стаканчиков по 100 мл дизельного топлива пробы №1 и №2.

2. В каждый из них пипеткой добавить 0.1 мл; 0.2 мл; 0.3 мл; 0.4 мл; 0.5 мл присадки (антигеля).

3. Поставить размешиваться на магнитной мешалке (10-15 минут).

4. 45 мл раствора отфильтровать через бумажный фильтр, а еще 45 мл перелить в отдельный стаканчик для определения температуры застывания.

5. Провести определение предельной температуры фильтруемости и температуры застывания.

ГОСТ 22254-92

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ФИЛЬТРУЕМОСТИ

Сущность метода

Метод заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива с интервалами в 1°С и стекании его через проволочную фильтрационную сетку при вакууме 1961 Па.

Определение ведут до температуры, при которой кристаллы парафина, выделенного из раствора на фильтр, вызывают прекращение или замедление протекания в такой степени, что время наполнения пипетки превышает 60 с, или топливо не стекает полностью обратно в измерительный сосуд.

Проведения испытания

1. Стеклянный стакан заполнить пробой (раствор с присадкой) дизельного топлива до метки 45 мл.

2. Поставить стакан с пробой в тестовую ячейку. Установить пипетку с крышкой в стакан с пробой. Установить температурный зонд в специальное отверстие на крышке.

3. Ввести предполагаемую температуру фильтруемости и запустить анализ.

4. Записать результат анализа в таблицу.

5. Проделать такой же анализ со всеми образцами.

6. После каждого анализа промыть прибор.

ГОСТ 20287-91

Сущность метода

Сущность методов заключается в предварительном нагревании образца испытуемого нефтепродукта с последующим охлаждением его с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным.

Проведения испытания

1. Выбрать пробирку с прозрачным дном и заполнить ее до метки 45 мл.

2. Вставить корковое кольцо в специальный шаблон, с помощью его насадить кольцо на пробирку.

3. Установить корковый диск на дно ячейки и вставьте пробирку для испытания.

4. Вставить головку для определения температуры застывания в ячейку и завинтить запорное устройство головки.

5. Включить прибор, и по окончанию анализа записать результат.

6. Проделать повторный анализ с другими образцами.

1. Проследить в течение трех недель за изменением образцов, выставив их на улицу.

4. Результаты

1. По результатам проведенных анализов оказалось, что производители антигелей KERRY и Sintec завышают показатели температур фильтруемости и застывания. Также мы выяснили, что присадка Hi-Gear подходит только для зимнего дизельного топлива, а для летнего оно не так эффективно. (Приложение 2, 3)

2. После исследования образцов в природных условиях мы выявили, что, в целом, топливо осталось жидким, но при низких температурах выпадает небольшой осадок. Такой осадок при потеплении растаивает, и дизельное топливо не меняет свои свойства. (Приложение 4, 5)

5. Потребительский анализ

1. Антигель Hi-Gear

Конечно, средство не является самой эффективной депрессорной присадкой на российском рынке, но и плохим товаром ее не назовешь. Hi-Gear выполняет требования ТУ по температуре предельной фильтруемости. Температура застывания по сравнению с базовым летним топливом упала на 9 °C и составила -28 °C, на 6,5% ниже нормы. 

ДОСТОИНСТВА: хорошая эффективность, большое количество вариантов расфасовки.

НЕДОСТАТКИ: высокая цена, что впрочем, оправдано при пересчете на количество обрабатываемого топлива.

2. Антигель Kerry

Антигель еще один представитель племени «универсалов», и, несмотря на богатство своих свойств, препарат вполне сносно справляется с обязанностями антигеля, понижая температуру предельной фильтруемости на 20 °C до величины –46 °C. Температура застывания после применения данного состава упала на °C и составила –47 °С. Возможно, что такие неплохие показатели получились из-за того, что производитель «не пожадничал» с дозировкой своего средства.

ДОСТОИНСТВА: многофункциональность препарата.

НЕДОСТАТКИ: с учетом того, что это средство - универсальное, недостатки указать сложно.

3. Антигель Sintec

По результатам тестирования оказалось, что рабочие свойства антигеля выше, чем заявлено производителем! Абсолютное значение температуры застывания составило –47 °C — требования ТУ выполнены. По температуре застывания препарат немного не дотянул до минимальной нормы в –51°C.

ДОСТОИНСТВА: приемлемая предельная температура фильтруемости.

НЕДОСТАТКИ: препарат немного не дотянул до нормы по температуре застывания и предельной температуры фильтруемости дизельного топлива с присадкой.

III. Заключение

А теперь давайте вернемся к гипотезе нашего исследования. Мы предположили, что производители указывают на упаковках антигелей не совсем точную информацию, а также, что правильный подбор присадки поможет автолюбителям без проблем эксплуатировать дизельный автомобиль в любое время года.

Наше предположение оказалось не совсем верным. Как показывают проведенные опыты производители антигелей Kerry и Sintec указывают правдивую информацию о понижении температур летнего дизельного топлива, а производитель антигеля Hi-Gear не предоставил по этому поводу никаких данных. Однако, для зимнего дизельного топлива присадка Hi-Gear эффективна. Этот производитель указал точные данные, а другие завысили характеристики присадок. Так, антигель Kerry должен был понизить температуру застывания зимнего топлива до -52°С, а понизил только до -47°С. Антигель Sintec должен был понизить температуру застывания зимнего топлива до -51°С, а понизил только до -48°С.

Также, после исследования образцов, простоявших на улице три недели, характеристики дизельного топлива, а именно, ПТФ и температура застывания не изменились.

IV. Литература

1. ГОСТ 22254-92; ГОСТ 20287-91

2. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.

3. Интернет-ресурсы.

http://economic-definition.com/Energy/Dizel_noe_toplivo_Diesel__eto.html

http://xn--d1acfdrboy8h.xn--p1ai/dizelnoe_toplivo/chto_takoe_dizelnoe_toplivo.php

http://vopros-avto.ru/chto-takoe-dizelnyiy-antigel-dlya-chego-nuzhen-antigel-dlya-dizelya/

Приложения.

Приложение 1

Фотография кристаллов парафина, сделанная под микроскопом. На левой картинке кристаллы в чистом дизтопливе, на правой – в дизтопливе с добавлением депрессорной присадки.

Приложение 2

Исходное топливо №1 (ПТФ = минус 6 °С; Т застывания = минус 15 °С)

Приложение 3

Исходное топливо №2 (ПТФ = минус 26 °С; Т застывания = минус 40 °С)

Приложение 4

Исходное топливо №1

Приложение 5

Исходное топливо №2