книги / Применение присадок в топливах.-1

влияет на эмиссию оксидов азота, примерно в два раза уменьшает кон­ центрацию углеводородов в отработавших газах и в 1,5—2,5 раза — бенз- а-пирена (см. рис. 36). Выбросы альдегидов зависели от режима работы двигателя и при работе на холостом ходу и полной нагрузке были выше, чем при работе без присадки. Что касается оксидов серы, то при работе на топливе с присадкой их количество уменьшалось. Причина этого яв­ ления не совсем ясна, так как стехиометрические расчеты показывают, что вводимого количества бария для связывания серы в сульфат недо­ статочно. Влияние присадки ЭФАП-Б на концентрацию некоторых ком­ понентов ОГ (мг/м3) представлено в табл. 7.

Исследована совместимость присадки ЭФАП-Б с депрессорами. Установлено, что в смеси их эффективность не снижается. Зато их влияние на физико-химические характерис­ тики топлива неоднозначно. При смешении ЭФАП-Б с депрессором КегоЯих-5486 наблюдалось увеличе­ ние коэффициента фильтруемости топлива, выходящее за рамки допус­ тимых значений (рис. 38) [79]. По­ добные эффекты и в России, и за рубежом исследованы недостаточ­ но. Но можно попытаться объяс­

общего характера. Так, если вместо КегоЯих-5486 в смеси использовали присадку Эос1Шо\у-3905, отрицательного эффекта не наблюдали.

ЭКО-1 представляет собой композицию карбонатированного (обра­ ботанного углекислым газом) алкилфенолята бария и основания Манниха алкилфенола, модифицированного олеиновой и борной кислота­ ми (диспергирующая присадка к маслу Днепрол). Благодаря карбонатации в присадке содержится дополнительное количество бария в виде лиофилизированного карбоната. В принципе, это увеличивает эффек­ тивность присадки, так как увеличивает концентрацию в ней бария. Од­ нако при этом остаются невыясненными вопросы фильтруемости топ­ лива с присадкой и, главное, совместимости этой присадки с другими ПАВ, способными разрушить сольватную оболочку, которая обеспечи­ вает лиофильность частиц карбоната бария. В 1997 г. Госстандарт РФ выдал временный допуск на применение присадки ЭКО-1, который по истечении срока его действия не продлевался. Необходимость времен­ ного допуска была вызвана отрицательным влиянием присадки на тер­ мостабильность дизельного топлива, которое проявилось при его испы­ таниях на установках ДТС-2 и ЦИТО-М.

Ангарад-2401 (ТУ 38.401-58-158-96) — смесь ЭКО-1 и ФК-4. Учиты­ вая, что ЭКО-1 — это композиция алкилфенолята бария и основания Манниха, состав присадки Ангарад-2401 может быть представлен следую­ щим образом [26]: алкилфеноляты бария — 50—90%, основание Ман­ ниха — 10—50%, ФК-4 — 0,1—5,0%. Технические требования к присадке:

Присадка Ангарад-2401 допущена к применению в концентрации до 0,3% в топливах, вырабатываемых НПЗ в Ачинске и Ангарске. По дан­ ным стендовых испытаний введение 0,3% присадки в дизельное топливо снижает дымность ОГ примерно вдвое.

Антццымная присадка «Аспект-ЭКО-Д». Вырабатывалась фирмой «Ас­ пект» по ТУ 0254-012-41974889-96. Жидкость коричневого цвета без меха­ нических примесей, плотность при 20 °С — не более 980 кг/м3; вязкость при 40 °С — 2,5—5,0 мм2/с; Твсп (з.т.) — не ниже 75 °С. Рекомендуемая концент­ рация — 0,1%. Испытания проведены на дизеле В-500 Д (8ЧВН 15/16) в АО «Волгоградский моторный завод». Показано снижение дымности на 14% в режиме номинальной мощности и вплоть до 30% в режиме максимально­ го крутящего момента при неизменном расходе топлива.

Присадка содержит дополнительно ингибитор коррозии, моющие до­ бавки и добавки, улучшающие горение.

1л1Ьг ш >1-8288 — композиция алкилфенолята бария с азотсодержащей диспергирующей добавкой (точнее, это композиция присадок ЬиЬпго1-565 и ЬиЪпго1-8080 в соотношении 10 : 4). Типичные характеристики этой присадки следующие:

При испытаниях дизельного топлива с 0,1% присадки ЬиЬпго1-8288 на одноцилиндровой установке КамАЗ-740 дымность ОГ снижалась в среднем на 23%, а максимально на 30% [80].

0 8 151943 фирмы ЬиЬпго1 АсИЫз 5сапШпау1а А/3 испытывалась на двигателе 1-26ДГ (12ЧН26/26) на Коломенском заводе в составе дизель­ ного топлива Л-0,2-62 в концентрации 0,05—0,06 об.%. Основное актив­ ное вещество присадки представляет собой композицию азотсодержа­ щего диспергатора с катализатором горения на основе соединения же­ леза. Среднее содержание азота в присадке — 4,38%, железа — 1,89%. Снижение дымности ОГ в процессе испытаний составило около 15 отн.% по методу Боша, уменьшение эмиссии углеводородов — на 45 отн.%, а оксидов углерода и азота — на 8,5—10,5%. Отмечено также некоторое увеличение экономичности двигателя. Дополнительным преимуществом присадки 0 8 151943 явилось то, что она в некоторой степени снижала отрицательное влияние дизельного топлива, попадающего в картер, на моторное масло.

БД-1 — опытный образец железосодержащей присадки, изготовлен­ ный в АООТ ЭлИНП и испытанный совместно с АО «НАМИ-ХИМ». Активным компонентом БД-1 является 2-этилгексанат железа. Образец имел следующие физико-химические характеристики:

Введение 0,1 % БД -1 в топливо позволяло снизить дымность ОГ двига­ теля 2ч8,5/11 на 45—55%, а двигателя КамАЗ-740 с непосредственным впрыском — на 12—33%. Одновременно снижалась токсичность ОГ — содержание продуктов неполного сгорания топлива [81]:

Присадки ЭФАП-Б, ЭКО-1 и ЬиЬпго1-8288 были допущены к при­ менению для производства городского дизельного топлива типа ДЭКп на ОАО «Московский НПЗ» в рамках экологической программы г. Моск­ вы. Было изготовлено два вида топлива: I с содержанием серы не более 0,05% и II с содержанием серы не более 0,1%. Ниже представлены ре­ зультаты испытаний образцов топлива ДЭКп, содержащих по 0,2% при­ садок, на установке НАМИ-2ДК: дымность ОГ в режиме скоростной ха­ рактеристики по шкале Боша и моющие свойства — уменьшение коэф­ фициента закоксовываемости распылителей форсунок ДКз в отн.% [82].

* Норма — 2,5 ед. Боша.

Влияние типа двигателя. Эффективность антидымных присадок зави­ сит оттипа двигателя и режима его работы. При стендовых испытаниях сни­ жение дымности ОГ в их присутствии составляет 30—70 отн.%, а в условиях эксплуатации может быть гораздо большим. При испытаниях присадок, со­ держащих барий и железо, на двигателях с предварительным смесеобразо­ ванием нами был получен больший эффект, чем на двигателях с прямым впрыском. На рис. 39 представлены результаты испытаний вихрекамерного дизеля 2ч8,5/11 и двигателя с прямым впрыском КамАЗ-740 при работе на топливе Л с 0,1% бариевой присадки ЭФАП-Б и железосодержащей БД-1.

Влияние режима работы двигателя на эффективность присадки от­ мечено многими исследователями. Общепринятым является мнение о том, что антидымные присадки малоэффективны при слишком низ­ ких и при высоких нагрузках. Однако это справедливо только для двига­ телей с непосредственным впрыском, а на двигателях с предваритель-

опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Определенную опасность представляют продукты сгорания соединений бария. Они подробно исследованы в слу­ чае присадки ЭФАП-Б при испытаниях на двигателе КамАЗ-740 в АО «НАМИ-ХИМ» совместно с Институтом медицины труда (ИМТ) РАМН.

Установлено, что при сгорании топлива с присадкой образуются сульфа­ ты и карбонаты бария, а также карбоновые кислоты, количество которых при форсированных режимах работы двигателя составляло соответственно 3,0—3,3; 2,7—3,1 идо 37,5 мг/м3. Влитературе также можно найти указания, что сульфаты и карбонаты бария при использовании барийсодержащих при­ садок в топливах с содержанием серы 0,1—0,2% образуются примерно поров­ ну. Сульфат бария абсолютно нерастворим в воде и ядовитым не считается. Карбонат бария токсичен. ПДК его аэрозоля в воздухе рабочей зоны составля­ ет 0,5 мг/м3, среднесуточная ПДК — 0,004 мг/м3. Таким образом, концентра­ ция карбоната бария в ОГ в несколько раз превышает ПДК, но, учитывая многократное разбавление продуктов сгорания воздухом, можно полагать, что они опасности для человека не представляют. На основании результатов все­ сторонних исследований бариевые присадки, в частности ЭФАП-Б, рекомен­ дованы ИМТ РАМН к промышленному применению.

Дополнительные свойства. Барийсодержащие присадки проявляют биоцидную активность.

Как сообщает фирма ЬиЬпго1 в одном из своих проспектов, в резуль­ тате длительных дорожных испытаний топлива с присадкой ЬиЬпго1-565 (ее аналогами являются перечисленные выше отечественные присадки) установлено, что бариевые присадки значительно увеличивают срок службы каталитических нейтрализаторов.

Ограничения и недостатки. Несмотря на то что антидымный эффект находится в прямой зависимости от содержания металла в топливе, ре­ комендуемые концентрации присадок ограничены. Их повышенная зольность приводит к образованию отложений в камере сгорания, а иногда к ускоренному износу деталей двигателя и топливной аппара­ туры. На распылителях форсунок возможно образование «бороды» суль­ фата бария, нарушающей оптимальную геометрию впрыскиваемой струи. Кроме того, продукты сгорания присадок выбрасываются в ат­ мосферу в виде твердых частиц. На практике этот недостаток компен­ сируется снижением образования сажи, которая тоже представляет со­ бой твердые частицы, причем более опасные, чем неорганическая зола.

При испытаниях присадки ИХП-706 была отмечена коррозия в вы­ сокотемпературной и низкотемпературной частях газового тракта. Ве­ роятной ее причиной может быть свободный карбонат бария, присут­ ствующий в присадке, технология производства которой включает ста­ дию карбонатации.

Экономика. Введение антидымных присадок в концентрации 0,1% увеличивает стоимость топлива на 1 —2%. Теоретически это должно оку­ паться улучшением сгорания топлива и соответственно уменьшением по­ терь тепла. Полагают, что тепло теряется в результате механического недо­ жога, неполного сгорания сажи на стадии расширения, а также из-за конвекции и излучения сажевых частиц [83]. Подсчитано [84], что пол­ ное устранение сажеобразования может обеспечить повышение индика­ торного КПД на 9%. Однако на практике этот эффект труднодостижим и плохо поддается расчету. Поэтому считают, что главная польза от ан­ тидымных присадок заключается в улучшении экологической ситуации: снижении заболеваемости, повышении производительности труда и т. д. Для оценки этого эффекта в СССР в 1986 г. была разработана типовая методика [85], по которой может быть рассчитан ущерб (У) в руб./год от выбросов загрязнений в окружающую среду. Расчетучитывает количество загрязнителя в условных тоннах (М), характер рассеяния (0 и тип региона в зависимости от плотности населения (су):

У = усхГМ,

где у = 2,4 руб./усл. т.

Значение <тустановлено равным 8 в загородных зонах и 0,1ппри плот­ ности населения в городах п чел./га.

Коэффициент характера рассеяния Г в общем случае определяется многими факторами: высотой источника рассеяния, температурным гра­ диентом, скоростью ветра и т. д., но для выбросов аэрозолей автотранс­ портными средствами его рекомендуют принимать равным 10.

Масса загрязнителя в условных тоннах М представляет собой массу выброса (ш), умноженную на коэффициент его агрессивности А. Для твердых частиц, выбрасываемых дизелями, к которым относится сажа, значение А установлено равным 200.

Допустим, что мы проводим расчет для грузового автомобиля, рабо­ тающего в загородной местности. Дизельный двигатель в обычных усло­ виях выбрасывает сажу в количестве 0,3—0,5% от массы топлива [86]. Для дымящего двигателя примем величину 0,5% — 5 кг/т. Допустим, в тече­ ние года грузовик использует 50 т топлива. В таком случае выброс сажи составит 0,25 т, а ущерб в ценах 1986 г.:

У = 2,4 • 8 • 10 • 200 • 0,25 = 9600 руб./автомобиль в год.

Если антидымная присадка позволяет снизить дымность ОГ на 30%, то экономический эффект от ее применения составит 2880 руб./автомобиль в год в этих же ценах. Для учета изменения масштаба цен следует применять поправочные коэффициенты, устанавливаемые ежегодно. Можно обойтись и без поправочных коэффициентов. Не менее наглядно, например, сравнить эффект от применения присадки со стоимостью используемого топлива. В 1986 г. цена тонны летнего дизельного топлива составляла около 50 руб. Таким образом, народно-хозяйственный эффект, рассчитанный по взятой нами методике, равняется приблизительно стоимости 60 т топлива, т. е. со­ поставим со стоимостью всего топлива, использованного автомобилем.

Разумеется, полученные цифры условны. Они могут только дать пред­ ставление о порядке величины экономического эффекта. Причем этот эф­ фект проявляется, как принято говорить, в масштабе народного хозяйства, т. е. не выражен в конкретной сумме для потребителя присадки, который несет дополнительные расходы, хотя и небольшие. Однако в некоторых случаях он может получить и материальную выгоду. Например, при уже упоминавшихся испытаниях присадки ЭФАП-Б на автомобилях Татра 815-2 на АТП № 16 установлено, что за счет снижения дымности и доведения двигателей до допустимой нормы выпуск автомобилей на линию может быть увеличен на 30—35% (данные В. П. Хватова, ЦНИТА).

Опубликованы [82] результаты расчета экономической эффектив­ ности производства городского дизельного топлива с улучшенными эко­ логическими характеристиками на ОАО «Московский НПЗ». Они по­ зволяют сравнить эффект, получаемый от введения антидымной присад­ ки, с эффектом от снижения содержания серы на фоне увеличения себестоимости топлива (на примере топлива ДЭК-3):

Применение и перспективы. Барийсодержащие антидымные присадки весьма эффективны, но эта эффективность особенно высока при использо­ вании в старыхдизельныхдвигателях, работающих втяжелыхусловияхлибо плохо отрегулированных. Новые двигатели, использующие современные горючесмазочные материалы, в подобных присадках не нуждаются. Поэто­ му и за рубежом, и в России, где присадки вообще использовались в редких случаях, присадки этого типа сейчас практически не применяются. Вместо этого потребители предпочитают обеспечивать оптимальный режим рабо­ ты двигателя, в частности за счет применения беззольных моющих приса­ док. Отметим также, что Всемирная топливная хартия предусматриваетзап­ рет на введение в светлые топлива зольных присадок, увеличивающих вы­ бросы твердых частиц с отработавшими газами. Таким образом, металлсодержащие антидымные присадки в России неперспективны, хотя в отдельных экстремальных случаях их применение может быть оправдано. Можно также отметить два специальных аспекта применения антидымных присадок: во время кольцевых гонок грузовых автомобилей, когда по пра­ вилам Европейской экологический комиссии при сильной дымности ОГ гонщик обязан снизить скорость, что, разумеется, крайне нежелательно [87]; при обкатке или испытаниях новыхдвигателей, когда воздух возле испыта­ тельных стендов бывает сильно задымлен [88].

Отечественная промышленность антидымных присадок на основе со­ единений металлов не выпускает/ хотя освоено промышленное произ­ водство присадок ЭФАП-Б (ОАО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработ- ка») и ЭКО-1 (ОАО Ярославский НПЗ им. Д. И. Менделеева).

4.2. Антинагарные и нагароочищающие присадки

Назначение — уменьшить нагарообразование в камере сгорания ди­ зельного двигателя*, предотвратить закоксовывание поршневых колец. Рекомендуемые концентрации присадок при постоянном применении — 0,005—0,02%. В «ударных» концентрациях (0,05—0,1%) эти присадки спо­ собны выступать как нагароочищающие и удалять с деталей двигателя образовавшийся ранее нагар. При такой нагароочистке возможно вре­ менное повышение дымности и токсичности ОГ, так как часть удаляе­ мого нагара не успевает выгорать и выбрасывается в атмосферу.

Принцип действия сочетает комплекс факторов: в общем случае при­ садка модифицирует структуру нагара, оказывает каталитическоедействие на его выгорание и смывает частицы нагара и продукты его превращения.

* Мы не рассматриваем присадки, предназначенные для снижения нагарообразования в двигателях Отто, использующих бензин с добавкой тетраэтилсвинца. Эти присадки — фосфор- и борсодержащие соединения — при полном переходе на неэтилированные бензины потеряют свое значение. Для борьбы с нагарообразованнем в камере сгорания бензинового двигателя в настоящее время за рубежом предлага­ ются антинагарно-моющие присадки («очистители камеры сгорания»), которые в России применения пока не нашли.

Показатель эффективности — количество нагара, смываемого с по­ верхности деталей двигателя, — оценивается по методу, разработанному

вАООТ ЭлИНП (Г. В. Горбунов, В. В. Кириллов). Метод заключается

впроведении стендовых испытаний, в процессе которых в камере сгора­

ния создается нагар путем работы двигателя в течение 50 ч на модельной топливной смеси, содержащей большое количество тяжелых фракций. После создания нагара двигатель разбирают, оценивают площадь покры­ той нагаром поверхности (отдельно в камере сгорания, на днище порш­ ня и на наконечнике распылителя форсунки), его толщину и массу. За­ тем двигатель собирают, переходят на работу на испытуемом топливе в течение 5 ч или другого заданного времени и оценивают состояние на­ гара, как описано выше.

Ассортимент. Присадок, допущенных к применению в установлен­ ном порядке, в России нет*. Разработаны опытные образцы АНП (ЭлИНП) и Антикокс (фирма ПРИС), изготавливаемые небольшими опытными партиями с целью проведения квалификационных испытаний и эксплуа­ тационной проверки.

Усредненные физико-химические характеристики образцов приса­ док по данным разработчиков приведены ниже:

В 1960-е гг. была разработана присадка ВНИИНП-101 к топливам для быстроходных дизелей (МРТУ 12 Н 93-64). Она относилась к антинагарным, улучшающим сгорание топлива присадкам, но одновремен­ но характеризовалась противоизносными и защитными свойствами. Присадка представляла собой смесь о-дихлорбензола (7%), диалкиларилдитиофосфата цинка ВНИИНП-354 (2%), нафтената бария (2%), хромолана (0,4%) и тяжелого газойля каталитического крекинга (до 88,6%).

Подобные присадки, не предназначенные для выработки стандартных топлив, формально не должны проходить испытания по плану Госкомиссии. Однако эти ис­ пытания и особенно обсуждение их результатов специалистами позволяют избежать вредных побочных явлений, вызванных введением присадок в топливо.