Состояние и перспективы применения присадок к топливу в России и за рубежом (стр. 2 из 2)
Дизельные топлива со сниженным содержанием серы характеризуются плохими противоизносными свойствами. В результате уже через 5 тысяч километров пробега выходят из строя топливные насосы высокого давления. Считается, что при содержании серы в топливе менее 0,05% требуется применение специальных противоизносных присадок, позволяющих на порядок продлить срок службы топливной аппаратуры (см. рис. 2).
Данная проблема достаточно остро стоит в промышленно развитых странах и к настоящему времени ясно обозначилась в России. Ряд отечественных заводов вырабатывает топлива с низким содержанием серы, которые предназначены и для поставки на экспорт, и для внутреннего потребления. Количество малосернистого топлива (с содержанием серы менее 0,05 и 0,1%) пока невелико, но быстро растет, его доля в 1990, 1995 и 2000 годах в России соответственно составляла 0,2, 3,8 и 12,0% от общего выпуска топлив. Из-за отсутствия отечественных разработок российские заводы, производящие дизельные топлива на экспорт, вынуждены использовать импортные присадки фирм BASF, Clariant, Infineum. Появления полноценных отечественных аналогов следует ожидать через 1-2 года.
Присадки, улучшающие низкотемпературные свойства дизельных топлив
Такие присадки снижают температуру застывания и улучшают низкотемпературную фильтруемость топлив. Почти все практически значимые присадки в качестве активных компонентов содержат сополимеры олефинов (этилена) и винилацетата. Они эффективно снижают температуру застывания топлив, но не предотвращают их расслаивания при холодном хранении, когда топливо расслаивается, образуя верхний прозрачный слой и нижний мутный, обогащенный парафинами. Оба слоя подвижны, но при отборе топлива из низкого слоя двигатель работает с перебоями. Проблему решают специальные присадки — диспергаторы, или антиосадители парафинов. Эффект от их применения заключается в образовании очень мелких кристаллов парафинов с большой седиментационной устойчивостью.
Особое значение диспергаторы парафинов имеют в странах с большой продолжительностью холодного времени года. Поэтому в России применение композиций депрессоров и диспергаторов парафинов является настоятельно рекомендуемым. Несмотря на многочисленные попытки разработать отечественные депрессоры, успехов в этой области немного. Присадки, допущенные к применению (ПДП, Сандал-1 и пр.), в годы их появления на свет вырабатывались и использовались в очень малом объеме, а к настоящему времени морально устарели. Во ВНИИНП разработана новая присадка ВЭС-410, по эффективности равноценная импортным. Освоено ее опытно-промышленное производство.
Изготовители топлив пользуются пока импортными депрессорами, количество которых, допущенных к применению в нашей стране, составляет более десятка наименований. При подборе депрессоров следует учитывать, что их эффективность зависит от природы топлива (фракционного состава, содержания различных групп углеводородов и т.д.). Поэтому для каждого НПЗ фактически выбирается индивидуальный депрессор из обширного ассортимента, предлагаемого зарубежными фирмами. Применение депрессорных присадок позволило разработать в России особые марки дизельных топлив, так называемые топлива серии ДЗп (дизельное зимнее с присадкой), получаемые введением депрессора в летнее топливо. Это частично решило проблему обеспечения страны топливом, пригодным для работы при низких температурах.
Моющие присадки
Эти присадки по-прежнему остаются основным типом присадок по объему применения и количеству товарных марок на мировом рынке топлив. Во многих странах, в том числе и в России, применение этих присадок отдано на усмотрение потребителя, но в США, например, согласно «Закону о чистом воздухе», оно является обязательным. Использование моющих присадок представляет собой хороший пример приспособления топлив к прогрессу в области автомобилестроения.
В конце 1950 годов в таксомоторных парках штата Калифорния была введена обязательная рециркуляция картерных газов, позволившая на 15-30% снизить эмиссию углеводородов и оксида углерода. Картерные газы, содержащие пары бензина, продукты сгорания, частички масла и шлама, подавались во всасывающую линию перед карбюратором. Неизбежным результатом стало осмоление его заслонки и нарушение смесеобразования. Вместо положительного результата был получен отрицательный. Через несколько тысяч километров пробега наблюдался перерасход топлива, а токсичность ОГ резко повышалась. Решение было найдено в виде применения специальных моющих присадок, предотвращающих образование отложений.
Через 30 лет история повторилась. Появились двигатели с распределенным впрыском бензина «на клапаны» и рециркуляцией отработавших газов, что позволило эффективно снизить выбросы оксидов азота. Но при этом работа впускных клапанов была поставлена в жесткие условия, на их поверхности образовывались толстые (до 2 мм толщиной) отложения. Известные моющие присадки оказались непригодны, и были разработаны присадки нового поколения, которые сейчас и составляют основную массу товарных моющих присадок за рубежом. Об их эффективности можно судить по рис. 3, на котором представлены результаты определения концентрации СО в отработавших газах инжекторного двигателя, работающего на бензине без присадки и с присадкой. Показано также, как на этот показатель влияет введение присадки в процессе работы двигателя [6].
Отечественный ассортимент моющих присадок пока представлен присадками «первого поколения», отмывающими карбюратор. Это присадки «Автомаг», Неолин-1. По эффективности они находятся на уровне соответствующих зарубежных образцов. Однако, несмотря на многочисленные усилия разработчиков топлив и техники, широкого применения они не нашли. Это объясняется не только недостаточной культурой применения топлив, но и тем, что рядовому потребителю использование моющих присадок экономически невыгодно, а государственная поддержка без использования механизмов, отработанных за рубежом (налоговая и акцизная политика, дотации производителям более качественных топлив и пр.), не эффективна. Действующие в России нормы следует признать очень мягкими по сравнению с США и странами Европы (рис. 4).
В ближайшие годы требования к выбросам автомобильных двигателей будут ужесточены, и к 2004 г. Россия выйдет на уровень «Евро-4», практически догнав европейские страны. При этом потребуются присадки не только для бензинов, но и для дизельных топлив. За рубежом работы в этом направлении проводятся достаточно интенсивно, и потребителям уже предлагаются первые товарные присадки.
Антинагарные присадки для бензинов
Хотя антинагарные присадки почти не используются на практике, но они имеют большую перспективу, поскольку предотвращают образование нагара в камере сгорания. В бензиновом двигателе нагарообразование приводит к явлению, называемому «ростом требований к октановому числу». Оно заключается в том, что нагар затрудняет теплоотвод от стенок камеры сгорания, что способствует развитию детонации. Двигатель начинает требовать бензин с более высоким октановым числом. Особенно это касается двигателей с непосредственным впрыском бензина в цилиндры, которые в Европе и США уже начали устанавливаться на автомобили. Первые присадки этого назначения уже поступили в продажу.
| Таблица 5. Ситуация в производстве и применении основных типов присадок к топливам в России | |||
| Тип присадки | Наличие эффективных технических решений и их обеспеченность сырьем | Понимание потребителя о необходимости присадки | Возможность организации производства |
| Альтернативные антидетонаторы (кроме аминов и присадок, содержащих Fe и Mn) | Ассортимент очень широк, производство присадок полностью обеспечено сырьем. Одновременно продолжается разработка новых типы антидетонаторов. | Безусловное | Производство организовано |
| Цетанповышающие присадки (промоторы воспламенения дизельных топлив) | Допущены к применению ИПН и ЦГН, разрабатываются присадки на базе 2-этилгексилнитрата. Все присадки обеспечены сырьевой базой | Перспектива осознана | Производство организовано |
| Депрессорные присадки для дизельных топлив | Морально устаревшие присадки (Полипрен, ПДП, Сандал-1) не вырабатываются | Безусловная | Освоено опытно-промышленное производство |
| Моющие присадки к автобензинам | Отечественные технические решения касаются карбюраторных двигателей. Допущены к применению, но практически не используются импортные присадки для использования в инжекторных двигателях. Отечественных технических решений нет | Потребность осознанна на уровне разработчиков топлив и плохо — их потребителями. Нет экономической поддержки государства | Организовано производство ранее разработанных присадок. Что касается присадок следующих поколений, то в ближайшее время их производство не предвидится |
| Противоизносные присадки для малосернистых дизельных топлив | Имеются проверенные технические решения, обеспеченные отечественным сырьем | Потребность подтверждается закупками зарубежных аналогов и разработкой нормативно-технической документации | В ближайшее время после проведения комплекса исследований |
| Моющие присадки для дизельных топлив | Имеются проверенные технические решения, обеспеченные отечественным сырьем. | Потребность не выражена | Возможно после проведения комплекса исследований и определения спроса. |
| Антинагарные присадки для дизельных топлив | Имеются проверенные технические решения, обеспеченные отечественным сырьем. | Потребность высказывается отдельными мелкими потребителями, не выражающими общеотраслевых тенденций | В ближайшее время после проведения комплекса исследований |
В табл. 5. приведена сводная информация о состоянии проблем по разработке, производству и практическому применению основных типов присадок в России. Видно, что ситуация по отдельным группам присадок неодинакова. Так, к настоящему времени налажено производство альтернативных антидетонаторов и цетанповышающих присадок в объеме, удовлетворяющем современный транспортный парк. Гораздо хуже обстоит дело с производством моющих и противоизносных, антинагарных присадок, депрессоров и диспергаторов парафинов для дизтоплива.
Список литературы
1. Данилов А.М. Классификация присадок и добавок к топливам // Нефтепереработка и нефтехимия. 1997, №6, с. 11-14.
2. Oil & Gas J. -2001, 24 Dec.
3. Данилов А.М. Присадки к топливам. Разработка и применение в 1996-2000 г.г. // Химия и технология топлив и масел. 2002, №6, с. 43-50.
4. S.D. Shwab, G.H. Guinter, T. Henly, K.T. Miller // SAE Technical Paper Series. -1999-01-1478. p.8.
5. Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В. Современные дизельные топлива и присадки к ним. М.: Техника, — 2002. 64. С.
6. Rotivel A.// Petr. Inf. — 1987. № 1631, p. 6-8