Исследование рапсового масла в качестве основы альтернативных смазочных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Облащикова, Ирина Рудольфовна

• Облащикова, Ирина Рудольфовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Облащикова, Ирина Рудольфовна

Введение

Глава 1. Применение растительных масел в качестве основы или ком- ^ понента смазочных материалов (Литературный обзор)

1.1 Объемы производства и цены на растительные масла

1.2 Методы получения и рафинации растительных масел

1.3 Методы анализа и оценки качества растительных масел

1.4 Свойства растительных масел

1.5 Олеохимия как направление использования растительных ^ масел

1.6 Направления использования растительных масел в технике

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

- Методы оценки масел для двухтактных бензиновых двигателей

- Методы оценки трибологических свойств масел в паре 48 трения «сталь-бронза»

Глава 3. Использование рапсового масла в качестве основы смазочного 51 материала для двухтактных бензиновых двигателей

3.1 Условия работы масла в двухтактных бензиновых двигателях

3.2 Требования, предъявляемые к маслам для двухтактных дви- 53 гателей

3.3 Исследование возможности использования рапсового масла в 56 двухтактных бензиновых двигателях

Глава 4. Исследование процесса метанолиза рапсового масла и изучение свойств продуктов метанолиза

4.1 Исследование процесса метанолиза рапсового масла и под- 68 бор условий

4.2 Исследование влияния вязкостных и депрессорных присадок 73 на свойства продукта метанолиза рапсового масла

4.3 Исследование смесей нефтяных масел с продуктом метано- 80 лиза рапсового масла

Глава 5. Применение продукта метанолиза рапсового масла в качестве 89 основ масляных технологических жидкостей

5.1 Исследование продукта метанолиза рапсового масла в качестве основ индустриальных масел

5.2 Исследование продукта метанолиза рапсового масла в качестве смазочных формовочных жидкостей для литейных моделей

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование рапсового масла в качестве основы альтернативных смазочных материалов»

Решение экологических проблем современности требует поиска альтернативных источников сырья и энергии. Обусловлено это не только необходимостью снижения загрязнения окружающей природной среды, но и важностью перехода от исчерпаемых сырьевых источников к расширенному использованию возобновимых ресурсов.

Работы в данном направлении давно ведутся во всем мире. В области использования возобновимого сырья ведущая роль принадлежит биоресурсам - прежде всего масличным сельскохозяйственным культурам, поскольку растительные масла являются вполне приемлемой альтернативой нефтяному сырью для производства топлив и смазочных материалов.

Возобновимость сырьевых ресурсов и относительная дешевизна по сравнению с биоразлагаемыми, экологобезопасными синтетическими продуктами обусловливают в настоящее время целесообразность расширения работ по применению растительных масел в технике. Высокая стоимость и дефицитность синтетических сложноэфирных масел при биоразалагаемости близкой к растительным маслам (85-90%) существенно ограничивают их применение. Весьма важен тот факт, что использование жиров, а также отходов их переработки, возможно не только в производстве практически всех видов смазочных материалов, но и топлив - бензинов, дизельных, котельных. Последнее открывает возможность использования машин и механизмов, работающих исключительно на продуктах растительного происхождения.

В России данному вопросу должного внимания пока не уделяется по причине значительных запасов нефти. Однако постепенная интеграция страны в мировое сообщество неизбежно выдвигает этот вопрос на передний план, поскольку в настоящее время за рубежом в законодательном порядке в отдельных случаях предусматривается использование топлив и смазочных материалов на базе сырья растительного происхождения с целью охраны окружающей среды.

С технико-экономических и экологических позиций, наиболее приемлемым для указанных целей является рапсовое масло и продукты его пере-этерификации (для умеренной климатической зоны). Мировое производство рапсового масла неуклонно расширяется и достигло в 2003 году 13 млн. т, из которых порядка 10% используется для технических целей. Известно о инвестиционной программе в организации производства рапсового масла в Украине.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение свойств рапсового масла и продуктов его переэтерификации в сравнении с маслами нефтяного происхождения, выявление эффективности присадок различного функционального назначения для оценки возможности улучшения и расширения использования возобновимого сырья в условиях России.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

- изучались физико-химические и эксплуатационные свойства рапсового масла;

- проводилась обработка рапсового масла щелочами с целью получения смазочного материала для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД);

- выявлялись оптимальные условия переэтерификации рапсового масла метанолом (метанолиза) для получения продуктов с более высокой термоокислительной стабильностью;

- исследовалась совместимость и эффективность вязкостных присадок в продукте метанолиза рапсового масла;

- оценивалась совместимость сложных метиловых эфиров и нефтяных масел с целью создания эффективных основ смазочных материалов для червячных передач;

- изучалась возможность использования продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) в качестве основ технологических жидкостей. Научная новизна. Установлено улучшение смазочных свойств рапсового масла путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов (увеличение критической нагрузки).

Показано улучшение вязкостно-температурных свойств и синергизм триботехнических свойств в паре трения сталь-бронза для смесей нефтяного масла И-40А и продукта метанолиза рапсового масла.

Установлена эффективность действия присадок (полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа) к нефтяным маслам в продукте метанолиза рапсового масла (улучшение вязкостных, низкотемпературных свойств).

Практическая значимость работы. Показана возможность использования продукта метанолиза рапсового масла в качестве аналога нефтяного масла ИМП-5 с целью улучшения экологических свойств при работе в металлообрабатывающих станках типа ВДЕ 25AZ и ВД2-50А для смазки электрошпинделя, в станках-автоматах типа СПМ и ПАС-16, работающих в условиях образования масляного аэрозоля, а также на операциях шлифования и суперфиниша деталей подшипника. Выявлена эффективность применения указанного продукта в качестве смазочной жидкости для литейных моделей как аналога СЖФ-9. Показаны возможные пути получения новых смазочных материалов для червячных передач на базе рапсового масла.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы доложены на техническом совещании «Автомобильный транспорт и экология среды» (Москва, 1997), Международной научно-практической конференции «Градоформирующие технологии XXI века» (Москва, 2001), Всероссийской неделе нефти и газа (Москва, 2001), 5-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003).

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Облащикова, Ирина Рудольфовна

ВЫВОДЫ:

1. Показана принципиальная возможность и высокая эффективность использования рапсового масла и продуктов его химического облагораживания в качестве смазочных материалов (или их компонентов) различного функционального назначения (редукторные, моторные - для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД), а также специального назначения - СОТС для металлообработки, смазочно-формовочной жидкости для литейных форм).

2. Установлено, что с целью использования рапсового масла в качестве смазочных материалов для ДТБД необходимо обеспечить ему запас щелочности путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов; при этом установлено одновременное улучшение смазочных свойств (повышение критической нагрузки). Возможно введение щелочных присадок (на основе алкилфенолятов кальция и бария), что также приводит к улучшению смазочных свойств.

3. Определены параметры процесса метанолиза рапсового масла с целью повышения термоокислительной стабильности: мольное соотношение метиловый спирт:масло — 6:1, температура 60°С, катализатор - метилат натрия (1 % масс, на реакционную смесь), продолжительность - 5-15 мин. При этом термоокислительная стабильность получаемого маловязкого продукта находится на уровне нефтяного масла И-40А (прирост вязкости при 100°С порядка 25%).

4. Показана возможность улучшения вязкостных и низкотемпературных свойств продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) с помощью присадок полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа. Среди исследованных эффективной оказалась вязкостная присадка ВИНИПОЛ ВБ-2, в концентрации 10% масс, повышающая кинематическую вязкость при 100°С с 1,87 до 9,0 мм /с. Установлено, что наилучшими депрессорными свойствами обладает вязкостная присадка Максойл-В: её введение в концентрации 1 % масс, позволяет снизить температуру застывания исходного продукта с -15 до -38°С.

5. Установлена совместимость сложных метиловых эфиров на базе рапсового масла с нефтяными маслами типа И-40А. Показано, что введение в нефтяное масло И-40А продукта метанолиза рапсового масла приводит к улучшению вязкостно-температурных, а также смазочных свойств в паре трения сталь-бронза (широко используемых в редукторостроении). Оптимальным по противоизносным и антифрикционным свойствам выбрано соотношение нефтяного масла с продуктом метанолиза 1:1. При этом, диаметр пятна износа снижается с 1,20 мм до 0,96 мм, коэффициент трения - с 0,090 до 0,032 по сравнению с исходном маслом И-40А.

6. На основании сравнительных испытаний, ПМРМ рекомендован к промышленным испытаниям в качестве экологически более благоприятного аналога нефтяного масла ИМП-5 (СОТС для металлообработки), а также формовочной жидкости СЖФ-9 для литейных моделей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Облащикова, Ирина Рудольфовна, 2004 год

1. Ленивцев Г.А., Литовкин А.В., Верхов А.С., Ефимов В.В., Едуков В.В. (Самарская ГСХА) Достижение науки и техники. АПК, 2001, №8, с.24-26.

2. Esteban C.L., Robles М. JAOSC, 19986 № 10, с. 1329-1337.

3. Мартиросян И.Б., Зайцева Л.В. Международная научно-теоретическая конференция «Молодые ученые — пищевой и перерабатывающей отраслям АПК», 1997.: Тез. докл. М., 1997, с.39-40.

4. Rohr О. 4-th International Colloquium "Fuels 2003", Ostfildern, Germany, January 15-16, 003, Technische Akademie Esslingen, p. 155-173.

5. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Шабалина Т.Н. Багдасаров Л.Н. Смазочные материалы и проблемы экологии. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. - 424 с.6. http://tacis.webzone.ru/stl .htm.

6. INFORM, 1995, №9, с.1031, 1033-1035.

7. Honary L. NLGI Spokesman, 2001, № 8, 18-27.

8. Che Man Y.B., Moh H.H., Voort F.R. JAOSC, 1999, № 4, c.485-490.

9. Che Man Y.B., Abduk Karim M.I.B., Teng C.T. J. Amer. Oil Chem. Soc., 1997, №9, c. 1115-1119.

10. Choukri A., Sci. alim., 2001, № 6, c. 651-661.

11. Chem. Eng. Techn., 1999, № 5, c.22.

12. Евдокимов А.Ю. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация, 1993, № 1, с. 18-20

13. Кулиев Р.Ш., Ширинов Ф.Р., Кулиев Ф.А. Химия и технология топлив и масел, № 4, 1999.

14. Chem. Eng., (USA), 2002, № 8, с.23.

15. Kapseu Cesar, Parmentier Michel, Sci. alim. 1997, № 3, c.325-331.

16. Adams B. Hidraul and Pneum. (USA), 1999, № 46 c. 68, 70, 72.

17. Matthaus В., Fiebig H.-J., Vossman K., Bruhl L. Raps., 2002, № 4, c. 198200.

18. Przyslavski J., Gt\ertig H., Nowak J. Bromatol. i. Chem. Toksykol., 1996, № 4, c.335-342.

19. Lampi A.-M., Kataja L., Kamal-Eldin A., Vieno P. JAOSC, 1999, № 6, c. 749-755.

20. NLGI Spokesman, 2002, № 3, с. 14-19.

21. Мельников K.A. Масложировая промышленность, 2000, № 2, с.28-29.

22. Рахимов Р.Б., Мажидов К.Х., Насретдинов Э.С. Научно-техн. инф. Сборник Масложировая промышленность/ АгроНИИТЭИПП, 1996, № 2, с. 42-43.

23. Lubricants World, 2003, № 10, с. 12.

24. Quaraishi Y. JAOSC, 2002, № 6, c.603-609.

25. Corinna W.U. Sci. News, 1998, № 23, c. 364-366.

26. McCoy M. Chemical and engineering news, № 17, c.13-14, 16.

27. Mohtar Y., Tang T.S., Salmiah A. INFORM, 2001, № 5, c.529-536.

28. Noureddini H. JAOSC, 1998, № 12, c. 1775-1783.

29. Przem. Chem., 2002, № 10, c. 656-658.

30. Reske J., Siebrecht J., Hazerbrock J. JAOCS 1997, № 8, c.989-998.

31. Пат. 2092530 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

32. Пат. 2092530 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

33. Пат. 2166534 Россия, МПК7 С 11 С 1/04, 2001.

34. Пат. 39352 Украина, МПК7 С 10 М 169/04, 2001.

35. Заявка 2780410 Франция, МПК6 С 11 В 1/10, 1999.

36. Заявка 2748490 Франция, МПК6 С 11 С 3/04, С 07 С 67/02 С 10 L1/02,1997.

37. Заявка 2752242 Франция, МПК6 С 11 С 3/10, В 01 J 23/06, С 07 С31/22,1998.

38. Заявка 1215275 ЕПВ, МПК7 С 11 С 3/10, С 07 С 67/03, 2002.

39. Neff W.E., List G.R. JAOSC, 1999, № 7, c.825-831.

40. SOFW-Journal, 1999, № 1, c.40-46.

41. Arnsek Ales, Udovc Alma, Vizintin Jose. Strojn. Vestn., 2001, № 5, c. 217225.

42. Wang Т., Briggs J.L., JAOSC, 2002, № 8, c.831-836.

43. Athawale V.D., Rathi S.C., Bhabhe M.D. Separ. And Purif. Technol, 2000, №3, c. 209-215.

44. Erdol-Erdgas-Kohle, 1997, № 12, c.504.

45. Nimcevic D., Puntigam R., Worgetter M., Gapes R.J. JAOSC, 2000, № 3, c.275-280.

46. Parant B. OCL, 1999, № 5, c.393-395.

47. List G.R., Neff W.E., Holliday R.L., King J.W., Holser R. JAOSC, 2000, № 3, c.311-314.

48. Lee К. Н., Jook H.S., Lee J.W., Pork W.J., Kim K.S., Byun M.V. JAOSC, 1999, № 8, c. 921-925.

49. Митусова Т.Н., Калинина M.B., Данилов A.M. Нефтепереработка и нефтехимия, 2004, № 2, с. 16-20.

50. Сабуров А.Г., Селевцов А.Л. Международная научно-практическая конференция «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств», Краснодар, 2002. Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2002, с.268-269.

51. С1Т plus, 2001, № 6, с.25.

52. Darnoko D. JAOSC, 2000, №.12, с.1269-1272.

53. Заявка 2794768 Франция, МПК7 С 11 С 3/10, 2000.

54. Домбровский Я.Р. Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: 3-я научно-техническая конференция, Гродно, 1998, ч.1, Гродно: Изд-во ГрГУ, 1999, с.62-71.

55. Liu К., Sedd Н., INFORM, 1999, № 9, с. 868-870, 872-878.

56. Chin. J. Chem. Eng., 2001, № 2, c.212-216.

57. Hruschka S., Frische R. OCL: Oleagineux, corps gras, lipids, 1998, № 5, c.356-360.

58. Пат. 6288251 США, МПК7 С 11 С 1/00, 2001.

59. Chem. Eng (USA), 1997, № 5, c.33-35.

60. Ефимов В.В. Энергосберегающие технологии механизации сельского хозяйства. Самарская ГСХА Самара, 1998, с. 101-103.

61. Evans J.C., Kodali D.R., Addis Р.В. JAOSC, 2002, № 1 б, с.47-51.

62. Пат. 6127560 США, МПК7 С 11 С 1/00, 2000.

63. МсКеоп Т. A. Lin J.-T., Chen G.O. INFORM, 2000, № 5, с. 381-385.

64. De Guzman D. Chemical Market Reporter, 2002, № 23, с. 11.

65. Lubricants World, 1999, № 5, c.43-45.

66. Пат. 6278006 США, МПК7 С 09 F 7/00, 2001.

67. Пат. 5994279 США, МПК6 С 10 М 129/72, 1999.

68. Пат. 588947 США, МПК6 С 10 М 105/38, С 10 М 129/76, 1999.

69. Пат 5958851 США, МПК6 С ЮМ 105/32, 1999

70. Пат. 2078797 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

71. Пат. 6159913 США МПК7 С 10 М 105/32, 1999.

72. Абдул-Бари К.Н. Вайншток В.В. НП и НХ, 1999, № 2, с.34-35.

73. Методические указания. Обеспечение износостойкости изделий. Метод экспериментальной оценки противоизносных свойств смазочных материалов при трении. М.: Госстандарт, Академия наук СССР, 1984.

74. Гуреев А.А., Азев B.C. Автомобильные бензины. Свойства и примене-. ние. М.: Нефть и газ, 1996. - 443 с.

75. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых комбинированных двигателей.// Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г./-М.: Машиностроение, 1980. 464 с.

76. Чиняев В.Т. Устройство и техническое обслуживание мотоциклов. -М.: ДОСААФ, 1979. 147 с.

77. M.C.Caffree C.R., Jacobsen R.M.// SAE Techn. Paper.Ser.-1979-N 790079,-P. 1-18.

78. Eberan-Eberhorst I.G.A., Cantab M.A., Martin H.// SAE Techn. Paper. Ser.-1979-N 790078.-23 P.

79. Bisht R.P.S., Jain V.K.,Gupta M. et all. Tribolog. Jntern, 1988, 21 N6 P 327335.

80. Мещерин E.M., Островская M.E. Масла для двухтактных бензиновых двигателей. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989.-70 с.

81. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. // Под ред. В.М.Школьникова.-М.: Химия, 1999. 432 с.

82. Адель Хузама. Исследование и разработка моторных топлив и масел на эмульсионной основе. Дисс. канд.техн.наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2001.-135 с.

83. Тютюнников Б.Н. Химия жиров. М.: Пищевая промышленность, 1974.448 с.

84. Шабалина Т.Н. Разработка технологии производства нефтяных маловязких масел с применением гидрокаталитических процессов. Дисс. докт.техн.наук. М., 1999.-361 с.

85. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Багдасаров J1.H., Геленов А.А. Топлива и смазочные материалы на основе растительных и животных жиров. -М., ЦНИИТЭнефтехим, 1992. с. 119.

86. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Облащикова И.Р. Экологические аспекты химмотологии смазочных материалов. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001, с. 115-116.

87. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. Гос. ком. РФ по охране окружающей среды, Москва, 1999.

88. Сисенда В.В. Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач. Дисс. канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000,- 138 с.

89. Воробьева Е.В. Исследование и разработка экологически улучшенного масла для двухтактных бензиновых двигателей. Дисс. канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. 89 с.