Разработка противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей на основе жирных кислот растительного происхождения

Во введении обоснована актуальность и степень разработанности темы,
сформулированы цель и задачи диссертационной работы, представлены научная
задача, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы,
методология и методы исследования, положения, выносимые на защиту, степень
достоверности результатов и апробация результатов исследования.
В первой главе проведен анализ технологий производства современных
топлив для реактивных двигателей и опыта применения противоизносных
присадок к ним. Рассмотрены известные представления о механизме действия
противоизносных присадок. Анализ литературных данных свидетельствует о
том, что тема исследования влияния жирных кислот растительного
происхождения на противоизносные и другие эксплуатационные свойства
топлив для реактивных двигателей остается неизученной. Проведенный
литературный обзор показал, что наиболее перспективным направлением
создания противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей,
обеспеченной отечественной сырьевой и технологической базой, является
использование жирных кислот растительного происхождения с числом атомов
углерода не менее 9. В результате проведенного анализа научно-технической
литературы сформулирована цель и поставлены задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены объекты исследования, используемые при
разработке противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей:
различные растительные и талловые масла, индивидуальные жирные кислоты, а
также керосиновые фракции различных гидрогенизационных процессов,
используемые при оценке влияния присадок на их физико-химические и
эксплуатационные свойства.
Описаны используемые в работе методы исследования состава и свойств
присадок, оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей.
Для изучения эффективности противоизносных присадок выбраны методы
определения смазывающей способности на аппарате BOCLE по ГОСТ Р 53715-
2009 и ПСТ-2 по СТО 08151164-033-2009, входящие в Типовую программу, и
квалификационный метод оценки противоизносных свойств на установке ПСТ-
3 по СТО 08151164-0245-2017, разработанный в ФАУ «25 ГосНИИ
химмотологии Минобороны России».
Влияниеразработаннойприсадкинафизико-химическиеи
эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей оценивали с
использованием стандартных методов определения физико-химических и
эксплуатационных свойств, включенных в нормативную документацию на
топлива для реактивных двигателей (ГОСТ 10227) и Типовую программу.
Третья глава посвящена выбору активного компонента противоизносной
присадки к топливам для реактивных двигателей и обоснованию ее рецептуры.
При выборе активного компонента противоизносной присадки были
сформированы следующие требования к активному компоненту:
– активный компонент противоизносной присадки должен вырабатываться
отечественной промышленностью в количестве, достаточном для ее
производства (более 180 т в год);
– противоизносная присадка на основе выбранного активного вещества по
эффективности действия (улучшению противоизносных свойств) должна не
уступать известным противоизносным присадкам, допущенным к применению в
составе топлив для реактивных двигателей (HITEC 580);
-изменениепоказателейкачества,характеризующихосновные
эксплуатационные свойства, при введении противоизносной присадки на основе
выбранного активного компонента должно быть аналогичным зарубежным
присадкам.
На первом этапе по выбору активного компонента противоизносной
присадки совместно с Международным аналитическим центром ИОХ РАН
методом масс-спектрометрии на масс-спектрометре Вruker МicroТОF НR МS
(ESI) и хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе «Хроматэк-
Кристалл 5000» был исследован состав зарубежных противоизносных присадок
к топливам для реактивных двигателей HITEC 580 и UNICOR J. Проведенные
исследования показали, что присадки HITEC 580 и UNICOR J в своем составе
содержат одинаковый активный компонент – димеры кислот С18,
преимущественно олеиновой и линолевой, но различные растворители – в
присадке UNICOR J используется ароматический, а в присадке HITEC 580
применяют алифатический растворитель.
В связи с отсутствием производства димеров жирных кислот в РФ и
основываясь на анализе технической и патентной литературы в области
противоизносных присадок, в качестве активного компонента противоизносной
присадки к топливам для реактивных двигателей рассматривались различные
смеси жирных кислот. Кроме того, была исследована возможность
использования противоизносных присадок для дизельных топлив Евро 5
Комплексал-ЭКО «Д» и Колтек ДС 7739 в составе авиационных керосинов,
получаемых также, как и дизельное топливо гидрогенизационными процессами.
Поскольку указанные присадки изготавливают на основе жирных кислот
талловых масел, в качестве активного компонента были также выбраны талловое
масло дистиллированное и жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ). Однако,
талловые масла только на 38 % покрывают производство противоизносных
присадок к дизельным топливам, поэтому были рассмотрены иные
отечественные сырьевые источники получения жирных кислот из растительного
сырья, в частности рапсовое и сафлоровое масло. Совместно с МГТУ им. Н.Э.
Баумана (Мытищинский филиал) и ФГБНУ «Федеральный научный центр
пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН выполнены исследования по
изучению индивидуального состава выбранных смесей жирных кислот методом
газовой хроматографии на хроматографе HEWLETT PACRARD 6890 (табл. 1).

Таблица 1 – Содержание жирных кислот в растительных и талловых маслах и
присадках на их основе, % масс.
ТалловоеРапсовое Сафлоровое Комплексал- Колтек
НаименованиеЖКТМ
масломасломаслоЭКО «Д» ДС 7739
кислоты
∑ кислот С6-С175,424,0610,672,226,934,68
∑ кислот С18, в том67,4884,870,9583,6348,274,9
числе
Стеариновая С18:02,35,5735,36,7719,2
44,3
Олеиновая С18:1n9c20,820,324,324,310,9
Линолевая С18:2w633,548,48,350,43,324,8
γ-Линоленовая С18:3 w69,28,211,91,250,517,5
α-Линоленовая С18:3 w31,682,120,950,910,10,6
∑ кислот С19-С2419,735,1810,9910,841,3815,34
Сравнение жирно-кислотного состава выбранных смесей жирных кислот
показывает, что растительные масла по содержанию кислот С18 полностью
соответствуют составу талловых масел и ЖКТМ. Кроме того, выбранные
растительные масла являются сырьевой базой для получения олеиновой и
стеариновой кислот в отечественной промышленности.
Выбранные смеси жирных кислот были исследованы на уровень
противоизносных свойств в сравнении с товарной противоизносной присадки к
топливам для реактивных двигателей HITEC 580.
Результаты сравнительных испытаний на приборе BOCLE по ГОСТ Р
53715-2009 (рис. 1) показали, что все исследованные смеси жирных кислот
растительного происхождения в концентрации 0,0035 % масс., характерной для
применяющихся в настоящее время противоизносных присадок, эффективно
улучшают противоизносные свойства керосиновой фракции процесса
стандартной гидроочистки.
Меньшую эффективность
продемонстрировалобразец
Диаметр пятна износа, мм

0,83
0,71рапсовогомасла–
0,580,57 0,53 0,53противоизносныесвойства
0,51 0,51топлива улучшились лишь на
14 %. Вероятнее всего, отличие
в эффективности исследуемых
смесей жирных кислот связано
сихразличным
индивидуальнымжирно-
кислотным составом.
Проведенныйанализ
жирно-кислотногосостава
различныхрастительных
Рисунок 1 – Влияние смесей жирных кислот масел (табл. 1) подтверждает
на противоизносные свойства керосиновойпредположение о том, что
фракциименьшаяэффективность
рапсового масла связана с высокой концентрацией насыщенной стеариновой
кислоты – 35,3 % масс. против 2,3–6,8 % масс. в других видах растительных и
талловых масел, что также подтверждается данными из научно-технической
литературы о высокой эффективности ненасыщенных кислот в качестве
противоизносной присадки
С другой стороны, все исследуемые образцы смесей жирных кислот
содержат в своем составе до 90 % масс. различных ненасыщенных кислот,
содержащих от одной до трех непредельных связей. При высокотемпературном
окислении эти соединения даже в незначительных количествах могут
отрицательно повлиять на уровень термоокислительной стабильности. Кроме
того, все растительные и талловые масла в своем составе содержат смоляные
кислоты и неомыляемые вещества, которые могут отрицательно повлиять на
показатели термоокислительной стабильности.
В этой связи лабораторные образцы топлив со смесями жирных кислот
были исследованы различными методами определения термоокислительной
стабильности.
Результаты испытаний показали, что введение в керосиновую фракцию
смесей жирных кислот приводит к снижению термоокислительной
стабильности. Для образцов топлив с ЖКТМ, талловым, сафлоровым, рапсовым
маслами температура начала образования отложений на установке ДТС-3
снизилась со 191 °С до 159–172 °С, тогда как с присадкой HITEC 580 осталась на
уровне исходного образца топлива без присадки (191 °С). Также отмечается
незначительный рост скорости снижения температуры топлива на установке
ЦИТО-ММ для образцов топлив с сафлоровым и рапсовым маслом и увеличение
концентрации нерастворимых продуктов окисления для образцов топлив со
всеми образцами смесей жирных кислот в 2–5 раз.
Вследствие отрицательного влияния смесей жирных кислот на
термоокислительную стабильность они не рассматривались в дальнейшем в
качестве активного компонента противоизносной присадки к топливам для
реактивных двигателей.
Детальный анализ жирно-кислотного состава растительных и талловых
масел показал, что все образцы масел могут быть сырьевой базой для
производства жирных кислот ряда С16–С18 (пальмитиновой, олеиновой,
стеариновой, линолевой, линоленовой).
В этой связи на втором этапе исследования был выполнен поиск
индивидуальных компонентов, которые могут выделяться из растительных
масел и которые доступны на рынке.
Для выбора активного компонента к разрабатываемой противоизносной
присадке к топливам для реактивных двигателей были проведены исследования
эффективности 4 образцов индивидуальных жирных кислот – олеиновой,
элаидиновой, стеариновой и пальмитиновой в сравнении с присадкой HITEC 580.
Присадки вводили в базовый компонент – керосиновую фракцию процесса
гидрокрекинга,характеризующуюсянаихудшимипротивоизносными
свойствами, в концентрации 0,002 % масс. (индивидуальные жирные кислоты) и
0,0035 % масс. HITEC 580. Индивидуальные жирные кислоты вводятся в меньшей
концентрации, чем товарная присадка HITEC 580, поскольку в присадке HITEC
580 содержание основного активного компонента составляет около 50 % масс.
Результаты сравнительных испытаний приведены на рис. 2.
Введение в керосиновую фракцию гидрокрекинга насыщенных жирных
кислот (стеариновой и пальмитиновой) позволяет уменьшить диаметр пятна
износа по методу BOCLE на 0,12–0,20 мм или 14–23 %. Введение в керосиновую
фракцию гидрокрекинга ненасыщенных жирных кислот (олеиновой и
элаидиновой) позволяет уменьшить диаметр пятна износа по методу BOCLE на
0,26–0,28 мм или 30–32 %.
Сравнение эффективности противоизносного действия индивидуальных
жирных кислот с товарной противоизносной присадкой HITEC 580 показывает,
что насыщенные жирные кислоты существенно ниже по эффективности присадки
HITEC 580, а ненасыщенные жирные кислоты по своей эффективности находятся
на уровне товарной присадки HITEC 580, при этом олеиновая кислота
демонстрирует преимущество в эффективности перед элаидиновой кислотой.
0,87Изполученныхрезультатов
следует, что в качестве активного
Диаметр пятна износа, мм

компонента противоизносной присадки
0,75целесообразноиспользовать
индивидуальныененасыщенные
0,67 жирные кислоты. Наличие двойной
0,61
связи в жирных кислотах (олеиновой и
0,59 0,59элаидиновой) значительно улучшает их
противоизносные свойства.
Одним из основных требований
выбораактивногокомпонента
противоизносной присадки является
наличие отечественного производства и
сырьевой базы. Поэтому, элаидиновая
Рисунок 2 – Влияниекислота,являющаясяимпортным
индивидуальных жирных кислот на продуктом,вдальнейшемне
противоизносные свойстварассматриваласьвкачестве
керосиновой фракциипротивоизносной присадки. Олеиновая
кислота вырабатывается в РФ более
4000 т в год, что достаточно для производства присадки, которой требуется 180
т в год.
Повышенная эффективность олеиновой кислоты в условиях граничного
трения, вероятно, связана с особенностями ее молекулярной структуры.
Несмотря на то, что из всех кислородсодержащих соединений карбоновые
кислоты наиболее устойчивы к окислению, в присутствии металлов при
температурах, равных или больших 150 ºС карбоновые кислоты образуют
гидропероксиды. При этом, присоединение кислорода к молекуле
ненасыщенной жирной кислоты протекает по атому углерода, находящемуся в
α-положении к двойной связи. Затем, образовавшиеся гидропероксиды,
распадаясь, дают оксикислоты.
Граничное трение сопровождается большим выделением тепла в узле трения
агрегатов топливной системы. То есть, при длительном граничном трении узел
трения можно рассматривать, как реактор, работающий при повышенных
температурах в присутствии металлического катализатора и окислителя
(кислорода). В этих условиях образующиеся оксикислоты склонны к
образованию соединений полимерного типа с открытой цепью – эстолидов.
В структурной формуле эстолидов имеется вторичная эфирная связь
между ацильной группой одной молекулы жирной кислоты и алкильного
радикала другой молекулы жирной кислоты (рис.3).

Рисунок 3 – Эстолид олеиновой кислоты
В настоящее время нет прямых сведений об образовании эстолидов
ненасыщенных жирных кислот при трении. Указывается лишь на образование
полимеров трения. Неизвестен также и характер, образуемый полимерами
граничной структуры. Предложен механизм противоизносного действия
олеиновой кислоты. Наличие двойной связи в молекуле жирной кислоты и
выделение тепла в процессе трения под действием температуры, повышающейся
в узле трения, приводят к полимеризации двойных связей, а именно за счет
окисления олеиновой кислоты до оксикислот, их окислительной конденсации
реализуется возможность синтеза коротких полимеров типа эстолидов.
Косвенным признаком образования эстолидов служат полученные
экспериментальные данные, представленные в табл. 2 и на рис. 4.

Таблица 2 – Влияние индивидуальных жирных кислот (0,002 % масс.) на
противоизносные свойства керосиновой фракции
Образец топлива: керосиновая фракция процесса гидрокрекинга
Показатель+ 0,003 % масс. Агидол-1 + 0,002 % масс. жирной кислоты
Исходное топливо Олеиновая Стеариновая Пальмитиновая
Смазывающая
способность на аппарате
0,850,590,750,67
BOCLE: диаметр пятна
износа, мм
Противоизносные
свойства на приборе
1,521,021,251,18
ПСТ-3: ширина дорожки
износа, мм

(а)(б)(в)(г)

Рисунок 4 – Фотографии шариков после испытаний на установке ПСТ-3: а–
керосиновая фракция процесса гидрокрекинга производства АО «ТАНЕКО» +
0,003 % масс. Агидол-1 (исходное топливо), б – керосиновая фракция процесса
гидрокрекинга + 0,003 % масс. Агидол-1 + 0,002 % масс. олеиновая кислота, в –
керосиновая фракция процесса гидрокрекинга + 0,003 % масс. Агидол-1 + 0,002
% масс. пальмитиновая кислота, г – керосиновая фракция процесса
гидрокрекинга + 0,003 % масс. Агидол-1 + 0,002 % масс. стеариновая кислота
В одних и тех же условиях насыщенные жирные кислоты – стеариновая и
пальмитиновая уменьшают диаметр пятна износа на 12 и 21 % соответственно и
ширину дорожки износа на 18 и 22 % соответственно, тогда как ненасыщенная
олеиновая кислота существеннее улучшает эти показатели – на 31 и 33 %.
Полагаем, что образование полимеров трения – эстолидов олеиновой
кислоты изменяет механизм граничной смазки. Макромолекулы эстолидов,
имеющие на полюсах COOH- группы адсорбируются на твердой поверхности,
образуя длинные петли. Нитеобразные молекулы такого типа обладают
значительно большей прочностью на разрыв, чем линейные макромолекулы
насыщенных жирных кислот.
Наличие прочных химических связей между отрезками углеродных цепей
по длине макромолекул и дипольных связей между цепями за счет
повторяющихся по длине цепи эфирными группами -OCO- определяет
прочность структуры граничного слоя и исключает слоистый механизм
скольжения, характерный для насыщенных жирных кислот.
Проведены исследования по оценке влияния олеиновой кислоты в
сравнении с зарубежной присадкой HITEC 580 на основные физико-химические
и эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей на базе
керосиновой фракций процесса стандартной гидроочистки (образец № 1) и
керосиновой фракции процесса гидрокрекинга (образец № 2). Было изучено
влияние присадок на наиболее чувствительные к их введению показатели, а
именно, термоокислительную стабильность, коррозионную агрессивность в
условиях конденсации воды, эмульгируемость топлива с водой, а также на
следующие физико-химические свойства: фактические смолы, кислотность,
йодное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей (табл. 3).

Таблица 3 – Влияние противоизносных присадок HITEC 580 и олеиновой
кислоты на основные показатели качества топлива
Образец топлива № 1Образец топлива № 2
+0,0035 +0,0035 %+0,0035 +0,0035 %
Показатель качествабез% масс.масс. без% масс.масс.
присадки HITEC Олеиновая присадки HITEC Олеиновая
580кислота580кислота
Термоокислительная
стабильностьв
статических
условиях
при 150 °С:
-концентрация
осадка, мг на 100 см3
1отс.1отс.отс.отс.
топлива;
-концентрация
растворимых смол,
2929666326
мг на 100 см3
топлива;
Продолжение таблицы 3
-концентрация
нерастворимых
отс.отс.отс.отс.отс.отс.
смол, мг на 100 см3
топлива
Термоокислительная
стабильностьпри
контрольной
температуре 275 °С
а) перепад давления000000
на фильтре, мм рт.ст.
б) цвет отложений на111111
трубке, баллы по
цветной шкале (при
отсутствии
нехарактерных
отложений)
Термоокислительная
стабильностьв
динамических
условияхна
установке ДТС-3:
-температура начала162,8189,0172,0145,8146,4142,4
образования
отложений, °С;
-индекс1,991,061,112,632,051,63
термостабильности,
усл. ед.;
-скорость забивки0000,8300
контрольного
фильтра, Па/мин
Коррозионная
активностьв
условиях
конденсации воды:
потерямассы
образца за время
испытания, г/м2
– по отношению к
стали Ст.35,65,25,37,54,84,0
– по отношению к
бронзе ВБ-23НЦ1,82,31,61,73,02,0
Концентрация
фактических смол,
0,41,2отс.0,20,20,8
мг на 100 см3
топлива
Кислотность,мг
КОН на 100 см30,110,160,460,100,220,44
топлива
Йодное число, г йода
на 100 г топлива0,210,230,180,240,270,19
Продолжение таблицы 3
Взаимодействие с
водой, балл
а)состояние
поверхности
раздела;111111
б)состояние
разделенных фаз111111
Содержание
водорастворимыхотс.отс.отс.отс.отс.отс.
кислот и щелочей

Таким образом, на основании исследований по выбору и обоснованию
активного компонента была выбрана присадка на основе олеиновой кислоты,
названная ОК-16 «А».
В ходе вышеописанных исследований состава противоизносных присадок
HITEC 580 и UNICOR J установлено использование в их составе растворителей
для улучшения потребительских свойств присадок. Кроме того, из литературных
источников известно, что противоизносные присадки за рубежом вводятся не
только на месте производства, но и на месте применения топлива. Связано это с
тем, что все противоизносные присадки являются поверхностно-активными
веществами и при транспортировке топлива от завода-изготовителя до крыла
самолета теряются при перекачках и фильтровании.
В связи с тем, что олеиновая кислота представляет собой вязкую
прозрачную жидкость с температурой застывания 13 °С возникает
необходимостьразработатьрецептуруприсадкисулучшенными
низкотемпературными характеристиками для обеспечения возможности
введения противоизносной присадки не только на месте производства топлив
для реактивных двигателей, но и непосредственно перед заправкой летательного
аппарата.
В этой связи для улучшения низкотемпературных свойств присадки было
изучено влияние углеводородных растворителей (ксилол, толуол, этилбензол).
Отбор растворителя по температуре застывания присадки при различных
их концентрациях от 10 до 30 % об. позволил определить наиболее эффективный
растворитель толуол, поскольку температура застывания присадки с ним ниже,
чем с остальными растворителями.
Определено оптимальное содержание растворителя в составе присадки и
установлении значений наиболее значимых физико-химических характеристик
присадки: температуры застывания и температуры вспышки, а также
противоизносных свойств топливной композиции (рис. 5).
Температура застывания, °С
(а)30
(б)

Температура вспышки в
-20

закрытом тигле, °С
y2 = 7817,9x-1,657
-10R² = 0,9996
y1 = -16,36ln(x) + 47,09210
R² = 0,9956
20406030507090
Содержание толуола в составе присадки,Содержание толуола в составе присадки,
% масс.% масс.
0,7
Диаметр пятна износа, мм

y3 = 0,0037x + 0,472
R² = 0,9669
(в) Рисунок 5 – Влияние содержания
толуолана температуру
0,6застывания присадки у1 (а),
температуру вспышки присадки в
закрытомтигле у2 (б)и
0,5противоизносныесвойства
01020304050
Содержание толуола в составе присадки, % масс.
топлива у3 (в)

Для совместного решения трех полученных зависимостей были
установлены следующие требования: снижение температуры застывания
присадки до минус 13 °С, температура вспышки присадки должна отличаться от
температуры вспышки топлива более чем на 10 °С, добавление растворителя не
должно ухудшать противоизносные свойства топлива более чем на 30 %. Исходя
из полученных экспериментальных данных и установленных требований к
физико-химическим показателям присадки получена система неравенств (1),
решением которой является содержание толуола (х) от 39 до 40 % масс.
-16,36∙ ln(x) +47,092≤-13x ≥ 39
{7817,9∙x-1,657≥18(1){x ≥ 39x Є [39;40]
0,0037∙x+0,472≤0,62x ≤ 40

Таким образом, содержание толуола в составе присадки было принято
минимальное значение из полученного диапазона 39 % масс.
С целью определения химической стабильности олеиновой кислоты и
защиты ее от автоокисления при длительном хранении необходимо было изучить
возможность предотвращения реакций окисления путем введения состав
присадки антиокислительной присадки Агидол-1. Окисление присадки
свидетельствует о явном торможении процесса окисления при содержании
Агидола-1 от 0,5 до 1 % масс.
Таким образом, для повышения сохраняемости присадки при длительном
хранении предложено вводить в состав 1 % масс. Агидола-1.
На основании проведенных исследований разработана рецептура присадки
ОК-16 «Б»: олеиновая кислота – 60 % масс., толуол – 39 % масс, Агидол-1 –
1,0 % масс.
Общеизвестно, что присадки HITEC 580 и UNICOR J вводятся в топливо в
концентрации не более 0,0035 % масс. В этой связи необходимо было установить
концентрационные пределы введения олеиновой кислоты в керосиновую
фракцию. Результаты исследования по влиянию олеиновой кислоты на уровень
противоизносных свойств, определённый методом BOCLE, и на кислотность
показали, что увеличение концентрации ОК-16 «А» на порядок с 0,0002 до
0,004 % масс. фактически не влияет на показатель диаметр пятна износа (рис. 6).
Повышение концентрации присадки улучшает этот показатель всего на 15 %.
Значение показателя кислотности монотонно увеличивается с ростом
концентрации присадки, что особенно важно, так как этот показатель
нормируется (не более 0,7 мг KOH/100см3). На основании этого были
определены концентрационные пределы для присадки ОК-16 марки А –
0,002 % масс. Учитывая, что присадка ОК-16 марки Б согласно разработанной
рецептуре содержит 60 % масс. олеиновой кислоты, рассчитана рекомендуемая
концентрация присадки ОК-16 марки Б, что составляет 0,0035 % масс.
На основании проведенных исследований установлена зависимость
противоизносных свойств (ширина дорожки износа, определяемая на установке
ПСТ-3) и кислотности топлив для реактивных двигателей, которая может
служить для косвенной оценки противоизносных свойств топлива по величине
показателя кислотности (рис. 7).
0,91,7
Ширина дорожки износа (ПСТ-3), мм

Ширина дорожки износа (ПСТ-3), мм

1,5
Диаметр пятна износа (BOCLE), мм

0,821,4
1,5
0,71,3y = -0,5799∙x + 0,9814
0,61,31,2R² = 0,9624

0,51,1
11,1
0,41
0,30,90,9

0,20,8
0,70,7
0,1
0,6
00,500,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5Кислотность, мг КОН на 100 см3
Концентрация ОК-16 “А” *10-3, % масс.топлива

Рисунок 6 – Влияние концентрацииРисунок 7 – Зависимость ширины
присадки ОК-16 марки А на диаметрдорожки износа от кислотности
пятна износа (1) и ширину дорожкитоплив для реактивных двигателей
износа (2)
На основе анализа нормативных значений показателей качества олеиновой
кислоты и выше представленных экспериментальных данных обоснованы
технические требования к противоизносной присадке ОК-16 двух марок по
таким показателям как внешний вид, цветное число, массовая доля жирных
кислот в безводном продукте, массовая доля неомыляемых веществ, йодное
число, кислотное число, число омыления, температура застывания,
кинематическая вязкость при 20 ºС, зольность, температура вспышки,
определяемая в закрытом тигле, плотность. Разработанные технические
требования оформлены в виде стандарта организации СТО 08151164-0272-2017
«Топливо для реактивных двигателей. Присадка противоизносная ОК-16».
Рекомендуется присадку ОК-16 марки А (техническая олеиновая кислота),
вырабатываемую по ТУ 9145-172-4731297-94, использовать на заводе-
изготовителе при производстве топлив для реактивных двигателей в
концентрации 0,002 % масс., марки Б, состоящую из 60 % масс. технической
олеиновой кислоты по ТУ 9145-172-4731297, 39 % масс. толуола по ГОСТ 5789
и 1 % масс. Агидол-1 по ТУ 38.5901237, использовать для улучшения
противоизносных свойств керосиновых фракций на месте производства и
потребления топлив в концентрации 0,0035 % масс.
На основании результатов, полученных при проведении исследований по
разработке рецептуры противоизносной присадки ОК-16 марки Б, предложена
принципиальная технологическая схема ее получения (рис. 8). Процесс
получения противоизносной присадки ОК-16 марки Б основан на
компаундировании активного вещества присадки – технической олеиновой
кислоты с растворителем – толуолом и антиокислительной присадкой Агидол-1.
В связи с необходимостью тщательного перемешивания входящих в состав
присадки компонентов получение присадки следует осуществлять по
периодической схеме с применением двух смесителей.
III
II
5IVIV

8910
I
V
1213141516

1, 2 – обогреваемый смеситель с якорной мешалкой; 3, 4 – обогреваемые ёмкости для
олеиновой кислоты; 5 – ёмкость для Агидол-1; 6 – ёмкость для толуола; 7 – ёмкость
готовой продукции; 8, 9, 10 – дозаторы; 11 – теплообменник; 12, 13, 14, 15 – насосы; 16 –
фильтр
I – толуол; II – Агидол-1; III – олеиновая кислота; IV – водяной пар; V – присадка
Рисунок 8 – Принципиальная технологическая схема получения
противоизносной присадки ОК-16 марки Б
На основании экспериментов по изготовлению опытных образцов
присадки ОК-16 марки Б определены параметры технологического процесса ее
получения: температура олеиновой кислоты в емкостях 3,4, – 30–40 °С, нагрев
толуола в теплообменнике – 60–70 °С, температура в смесителях – не более 60
°С, время смешения – 5 ч.
Процесс получения противоизносной присадки ОК-16 марки Б является
полунепрерывным. По данной технологии возможно вырабатывать как
небольшие партии присадки, так и организовать непрерывный процесс ее
получения.
Наиболее рациональным местом строительства установки по получению
противоизносной присадки ОК-16 марки Б является нефтеперерабатывающий
завод, который при производстве топлив для реактивных двигателей
использует противоизносные присадки.
В четвертой главе приведены результаты приемочных испытаний,
проводимых лабораторными и квалификационными методами по ГОСТ 10227 с
изм. 1-6 и Типовой программе в целях оценки физико-химических и
эксплуатационных характеристик образцов топлив.
Испытания трех различных лабораторных образцов топлив на основе
гидроочищенной,гидрокрекинговойисмесевых(гидроочищенной,
гидрокрекинговой и прямогонной) керосиновых фракций с противоизносной
присадкой ОК-16 показали, что топлива по своим физико-химическим
характеристикам и эксплуатационным свойствам удовлетворяют требованиям
ГОСТ 10227 и Типовой программы. Присадка ОК-16 рекомендована к
следующему этапу испытаний – наработке опытно-промышленной партии
топлива для реактивных двигателей с этой присадкой и проведении
квалификационных испытаний по I этапу.
Исходя из общей потребности России в противоизносных присадках к
топливам для реактивных двигателей рассчитаны затраты на приобретение
товарных присадок HITEC 580 и UNICOR J и разработанной присадки ОК-16
марки А и Б. Общие затраты на годовую потребность в противоизносных
присадках составляет для HITEC 580 – 164,3 млн. руб., для UNICOR J – 99 млн.
руб., для ОК-16 марки А и Б годовые затраты не превышают 33 млн. руб. При
этом, экономический эффект от замены присадок зарубежного производства на
отечественную противоизносную присадку ОК-16 составляет около 100 млн.
руб. в год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований решена актуальная научная
задача, заключающаяся в выявлении взаимосвязи между молекулярным
строением жирных кислот и их эффективностью как активного компонента
противоизносной присадки и обосновании на их основе рецептуры
противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей. При этом
получены новые научные и практические результаты:
1. В результате экспериментальных исследований составов товарных
противоизносных присадок, а также различных растительных и талловых масел
установлено, что наиболее перспективными активными компонентами
противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей являются
жирные кислоты или их смеси растительного происхождения. Все испытанные
образцы характеризуются высоким уровнем противоизносных свойств, однако
растительные и талловые масла, а также товарные присадки к дизельным
топливам отрицательно влияют на показатели термоокислительной
стабильности топлив для реактивных двигателей.
Экспериментально доказано преимущество ненасыщенных жирных
кислот перед насыщенными жирными кислотами в улучшении противоизносных
свойств топлив для реактивных двигателей. Так, введение ненасыщенных
жирных кислот в концентрации 0,002 % масс. позволяет снизить диаметр пятна
износа с 0,87 мм до 0,59–0,61 мм относительно 0,67–0,75 мм для насыщенных
жирных кислот. Это объясняется предложенным механизмом противоизносного
действия олеиновой кислоты, заключающемся в окислении олеиновой кислоты
в зоне граничного трения до оксикислот, их окислительной конденсации и
образовании на поверхности трения прочного граничного слоя из коротких
полимеров типа эстолидов.
На основании результатов комплексных исследований влияния активного
компонента на физико-химические и эксплуатационные свойства топлив для
реактивных двигателей, а также взаимную физическую совместимость с другими
применяемыми присадками в качестве активного компонента противоизносной
присадки к топливам для реактивных двигателей была выбрана олеиновая
кислота, и показано, что олеиновая кислота полностью соответствует
разработанным требованиям к активному компоненту.
2. Установлены зависимости влияния компонентов присадки на диаметр
пятна износа, температуру застывания, температуру вспышки и химическую
стабильность и на их основе обоснована рецептура противоизносной присадки к
топливам для реактивных двигателей, включающая олеиновую кислоту (60 %
масс.), толуол (39 % масс.) и Агидол-1 (1 % масс.). Состав присадки защищен
патентом №2649396. Экспериментально определены требования к показателям
качества присадки ОК-16, изложенные в разработанном и утвержденном СТО
08151164-0272-2017 «Топливо для реактивных двигателей. Присадка
противоизносная ОК-16». Разработана технологическая схема получения
противоизносной присадки ОК-16 и определены параметры процесса смешения
компонентов присадки. По данной технологии возможно вырабатывать как
небольшие партии присадки, так и организовать непрерывный процесс ее
получения.
3. Установлена линейная корреляционная зависимость показателя
противоизносных свойств и кислотности топлив для реактивных двигателей,
полученных гидрогенизационными процессами, которая позволяет косвенно
оценивать уровень противоизносных свойств топлива при их производстве по
значению показателя кислотности.
4. По результатам приемочных испытаний трех лабораторных образцов
топлив для реактивных двигателей с присадкой ОК-16, полученных на основе
100 % гидроочищенной, 100 % гидрокрекинговой и смеси 70 %
гидрокрекинговой, 25 % гидроочищенной и 5 % прямогонной керосиновых
фракций установлено, что численные значения физико-химических и
эксплуатационных свойств трех испытанных лабораторных образцов
соответствуют требованиям, предъявляемым к топливам ТС-1 и РТ.
Установлены зависимости показателя противоизносных свойств –
диаметра пятна износа и кислотности от концентрации олеиновой кислоты как
активного компонента противоизносной присадки, позволившие обосновать
концентрационные пределы ее введения в топлива для реактивных двигателей.
Присадку ОК-16 марки А рекомендуется использовать на заводе-
изготовителе при производстве топлив для реактивных двигателей в
концентрации 0,001–0,002 % масс., марки Б рекомендуется использовать как на
заводе-изготовителе при производстве топлив для реактивных двигателей, так и
на месте потребления в концентрации 0,0035 % масс. Экономический эффект от
заменыприсадокзарубежногопроизводстванаотечественную
противоизносную присадку ОК-16 составляет около 100 млн руб. в год.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы.
Результаты работы рекомендуется использовать для организации
производства противоизносной присадки ОК-16.
Дальнейший научный интерес представляет углубленное изучение
механизма действия ненасыщенных жирных кислот на противоизносные
свойства топлив реактивных двигателей. Практический интерес представляется
в производстве опытно-промышленного образца топлива для реактивных
двигателейспротивоизноснойприсадкойОК-16ипроведении
квалификационных испытаний по I этапу.