Состав добавки для улучшения характеристик современного дизельного топлива

Целью исследования являлось создание эфирной композиции, улучшающей экологические и эксплуатационные свойства современного дизельного топлива, полученного глубокой переработкой нефти, включающей стадии гидроочистки и гидрообессеривания. Для улучшения экологических свойств современных дизельных топлив, их цетанового числа и трибологических характеристик было предложено использовать смесь биодизельного топлива и низкомолекулярных предельных эфиров. Биодизельное топливо получали по реакции переэтерификации триацилглицеринов непищевого (прогорклого) подсолнечного масла и метанола. С помощью квантово-химического расчета определено, что в ходе переэтерификации наиболее вероятным направлением атаки нуклеофильного реагента на молекулу триацилглицерина является β-карбонильный атом углерода. Установлено, что в ходе химической реакции не происходит процессов цис-транс-изомеризации двойных связей в радикалах непредельных карбоновых кислот, входящих как в состав триацилглицеринов растительного масла, так и в состав молекул биодизельного топлива. Низкомолекулярные эфиры получали по реакции этерификации. Определены физико-химические свойства нескольких смесей сложных эфиров, включающих от 30 до 90% биодизельного топлива в смеси с несколькими различными насыщенными эфирами небольшой молекулярной массы. Показано, что большинство физико-химических характеристик смесей сложных эфиров (например, вязкость, плотность, температура помутнения и застывания) улучшаются по мере увеличения в ней содержания насыщенных низкомолекулярных эфиров. Но если содержание низкокипящих насыщенных эфиров возрастает до 60–70%, температура начала кипения становится слишком низкой, что может привести к перебоям в работе двигателя, например к образованию воздушных пробок. Если содержание низкокипящих насыщенных эфиров уменьшается до 10–30%, смеси сложных эфиров характеризуются более тяжелым фракционным составом, более высокой плотностью и вязкостью, чем это необходимо для бесперебойной работы дизельного двигателя. В результате анализа физико-химических показателей предложен состав смеси сложных эфиров, включающей 50% об. биодизельного топлива и 50% об. низкомолекулярных насыщенных сложных эфиров. Физико-химические характеристики такой смеси соответствуют требованиям технических условий для дизельных топлив. Таким образом, добавление разработанной смеси сложных эфиров приведет к повышению цетанового числа современных гидроочищенных дизельных топлив и улучшит их смазывающие и экологические свойства.

биодизельное топливо, переэтерификация, изомеризация, сложные эфиры

1. Митусова Т.Н. Современное состояние производства присадок к дизельным топливам. Требования к качеству // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2009. N 9-10. С. 10–16.

2. Nabi M.N., Rasul M.G., Anwar M., Mullins B.J. Energy, exergy, performance, emission and combustion characteristics of diesel engine using new series of non-edible biodiesels // Renewable energy. 2019. Vol. 140. P. 647–657. DOI: 10.1016/j.renene.2019.03.066

3. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Преимущества биодизельного топлива // Инновационная наука. 2016. N 5-2 (17). С. 72–74.

4. Варнаков Д.В., Варнаков В.В., Варнакова Е.А. Результаты исследований низкотемпературных свойств и цетанового числа биодизельного топлива // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. N 2 (34). С. 168–173.

5. Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Товстыка В.С., Черемисинов П.Н. Определение эксплуатационных показателей трактора «Беларус922» при работе на смесевом топливе // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28. N 3. С. 445–458.

6. Torres B.A., Facio B., Jimenez A., RogelHernández E., Espinoza-Gómez H. The Production of Biodiesel from Blended Commercial Oil in Mexico: A Comparative Study // Journal of the Mexican Chemical Society. 2008. Vol. 52. No 2. P. 136–139.

7. Graboski M.S., McCormick R.L. Combustion of fat and vegetable oil derived fuels in diesel engines // Progress in Energy and Combustion Science. 1998. Vol. 24. No. 2. P. 125–164. DOI: 10.1016/s0360-1285(97)00034-8

8. İlkiliç C., Yücesu H.S. Investigation of the Effect of Sunflower Oil Methyl Ester on the performance of a Diesel Engine // Energy Sources. 2006. Vol. 27. No. 13. P. 1225–1234. DOI: 10.1080/009083190519311

9. Kinoshita E., Hamasaki K., Jaqin C. Diesel Combustion of Single Compositions of Palm Oil Methyl Ester // SAE Technical Paper Series. 2003. No. 2003-01-1929. P. 1–10.

10. Scholl K.W., Sorenson S.C. Combustion of Soybean Oil Methyl Ester in a Direct Injection Diesel Engine // SAE Technical Paper Series. 1993. No. 930934. P. 211–223.

11. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Факторы, влияющие на промышленное производство и применение биодизельного топлива // Инновационная наука. 2016. N 5-2 (17). С. 74–75.

12. Дидманидзе О.Н., Варнаков Д.В., Варнаков В.В., Карев А.М., Варнакова Е.А., Платонов А.В. Результаты определения оптимального соотношения компонентов биодизельного топлива при условии обеспечения низкотемпературных свойств и цетанового числа // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2016. N 5 (75). С. 30–35.

13. Anis S., Budiandono G.N. Investigation of the effects of preheating temperature of biodieseldiesel fuel blends on spray characteristics and injection pump performances // Renewable energy. 2019. Vol. 140. P. 274–280. DOI: 10.1016/j.renene.2019.03.062

14. Нагорнов С.А., Мещерякова Ю.В., Мещеряков А.Г. Получение биодизельного топлива из непищевого растительного сырья // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т.3. N 3. С. 110–116. DOI: 10.21285/2227-2925-2017-7-3-110-116

15. Leonte C., Bulgariu L., Robu B., Robu T., Simioniuc D. Study of biodiesel production from oilseed plants ii. Evaluation of biodisel production from some cultivars of rapes // Environmental Engineering and Management Journal. 2010. Vol. 9. No 9. P. 1311–1315. DOI: 10.30638/eemj.2010.170

16. Leung D.Y.C., Guo Y. Transesterification of neat and used frying oil: optimization for biodiesel production // Fuel Processing Technology. 2006. Vol. 87. No. 10. P. 883–890. DOI: 10.1016/j.Fuproc.2006.06.003

17. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. Т. 1. Основы биохимии. Строение и катализ / пер. с англ.; 3-е изд., исправл. М.: Лаборатория знаний, 2017. 694 с.

18. Биохимическое исследование мембран / [Ш. Разин, Ш. Роттем, Д. Невилл мл. и др.] под ред. Э. Медди; пер. с англ. под ред. И.Б. Збарского. М.: Мир, 1979. 460 с.

19. Нагорнов С.А., Романцова С.В., Мещерякова Ю.В., Корнев А.Ю. Спектральный анализ и расчёт индексов реакционной способности компонентов липидной фракции микроводорослей // Наука в Центральной России. 2016. N 1 (19). С. 45–58.

20. Smith М.В., March J. March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. 6th ed. Wiley-Interscience, 2007. 2357 p.

21. Пат. № 2483054. Российская Федерация. Способ переработки сивушных масел спиртоводочных комбинатов / Р.В. Кунакова, В.Р. Ахметова, Р.А. Зайнуллин, В.М. Колычев; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимская государственная академия экономики и сервиса»; заявл. 20.03.2012; опубл. 27.05.2013.

22. Wang L.K., Ivanov V., Tay J.-H. Environmental Biotechnology. New York: Humana Press, c/o Springer Science + Business Media, 2010. 975 p. DOI: 10.1007/978-1-60327-140-0