Разработка противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей на основе жирных кислот растительного происхождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат наук Горюнова Александра Константиновна

• Горюнова Александра Константиновна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Горюнова Александра Константиновна

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Производство топлив для реактивных двигателей

1.2 Присадки, улучшающие противоизносные свойства топлив для реактивных двигателей

1.3 Механизм действия противоизносных присадок

1.4 Способы получения активных компонентов противоизносных присадок

Выводы по главе

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Методы исследования состава смесей жирных кислот, их физико-химических свойств и эффективности противоизносных присадок

2.2.2 Тесты на совместимость присадок

2.2.3 Методы оценки физико-химических и эксплуатационных свойств топлив для реактивных двигателей

Выводы по главе

3 РАЗРАБОТКА ПРОТИВОИЗНОСНОЙ ПРИСАДКИ НА ОСНОВЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

3.1 Исследование состава товарных противоизносных присадок и различных компонентов растительного происхождения

3.2 Выбор и обоснование активного компонента противоизносной присадки

3.2.1 Исследование эффективности смесей жирных кислот растительного происхождения

3.2.2 Исследование эффективности индивидуальных жирных кислот, выделенных из растительного сырья

3.2.3 Механизм действия ненасыщенных жирных кислот на противоизносные свойства углеводородных топлив

3.3 Исследование влияния выбранного активного компонента противоизносной присадки на качество топлив для реактивных двигателей

3.3.1 Сравнительная оценка влияния олеиновой кислоты и присадки HITEC 580 на основные физико-химические и эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей

3.3.2 Исследование физической совместимости олеиновой кислоты с антиокислительной присадкой, противоводокристаллизационной жидкостью и водой

3.4 Разработка рецептуры противоизносной присадки на основе олеиновой кислоты и требований к ней

3.5 Разработка технологии получения противоизносной присадки ОК-16

Выводы по главе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТОПЛИВ ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ С РАЗРАБОТАННОЙ ПРИСАДКОЙ. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ПРОИЗВОДСТВА ПРИСАДКИ ОК-16

4.1 Результаты приемочных испытаний лабораторного образца топлива на основе гидроочищенной керосиновой фракции с противоизносной присадкой ОК-16 марки А

4.2 Результаты приемочных испытаний лабораторного образца топлива на основе керосиновой фракции гидрокрекинга с противоизносной присадкой ОК-16 марки Б

4.3 Результаты приемочных испытаний лабораторного образца топлива на основе смеси прямогонной, гидроочищенной и гидрокрекинговой керосиновых фракций с

противоизносной присадкой ОК-16 марки Б

4.4 Оценка экономического эффекта от производства противоизносной присадки ОК-16 в составе топлив для реактивных двигателей

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А (обязательное) Патент на изобретение №2649396

Приложение Б (обязательное) Стандарт организации СТО 08151164-0272-2017 с изм. №

Приложение В (обязательное) Протокол №107/18 заседания комиссии научной экспертизы «Топлива для авиационных газотурбинных двигателей» (КНЭ №3)

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей на основе жирных кислот растительного происхождения»

Актуальность темы.

Развитие авиационной техники идет в направлении увеличения скоростей и высот полёта летательных аппаратов, улучшения экономичности, снижения удельной массы, повышения надёжности и ресурса силовых установок. Все это выдвигает высокие требования к качеству топлив для авиационной техники. Современные самолеты и вертолеты эксплуатируют на топливах для реактивных двигателей, которые вырабатывают на основе прямогонных и гидрогенизационных керосиновых фракций.

Одним из наиболее характерных и часто встречающихся в эксплуатации дефектов, вызванных топливами, является повышенный износ нагруженных деталей качающего узла насоса-регулятора из-за недостаточных противоизносных свойств топлива, особенно при повышенных (более 100 °С) температурах топлива. Поэтому, уровню противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей придается большое значение, так как топливо является смазочной средой для сложных, дорогостоящих топливных агрегатов [1-3].

Общеизвестно, что на противоизносные свойства углеводородных топлив оказывает присутствие в их составе гетероорганических соединений.

В связи с тем, что на российские НПЗ поступает на переработку сернистая и высокосернистая нефти, для достижения заданного уровня эксплуатационных свойств топлив для реактивных двигателей производители вынуждены применять гидрогенизационные процессы для очистки керосиновых фракций от гетероорганических соединений. Согласно имеющимся статистическим данным за последние три года, около 55 % производимых топлив для реактивных двигателей выпускаются с использованием керосиновых фракций гидрогенизационных процессов - стандартной и глубокой гидроочистки, гидрокрекинга вакуумных газойлей, гидродемеркаптанизации [4-10]. Удаление из керосиновых фракций сераорганических и кислородсодержащих соединений позволяет улучшить

термоокислительную стабильность и коррозионные свойства топлива, но ухудшает их противоизносные свойства [11,12].

Таким образом, керосиновые фракции гидрогенизационных процессов обладают недостаточным уровнем противоизносных свойств, и получение товарных топлив на их основе возможно только после введения противоизносных присадок.

В настоящее время допущены к применению три противоизносные присадки к топливам для реактивных двигателей - дистиллированные нефтяные кислоты (ДНК), HITEC 580 (Afton Chemical Ltd, США) и UNICOR J (Dorf Ketal, Индия).

С 1970-х гг. в составе топлива для реактивных двигателей применялась присадка ДНК (она же «К») по ГОСТ 13302-77, производимая в Республике Азербайджан (фирма «Karvan-L»). В 2000-х гг. из-за отсутствия стабильного производства присадки ДНК гарантированного качества все производители топлив для реактивных двигателей перешли на использование присадок HITEC 580 и UNICOR J.

С экономической точки зрения и для повышения обороноспособности и безопасности страны крайне важным является разработка присадок, при производстве которых используются отечественные сырье, технологии и производственные мощности [15]. Это позволит решить не только проблему расширения номенклатурного ряда присадок, но и проблему импортозамещения, цели которой определены Государственной программой Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 15.04.2014 №328 [16].

В условиях экономических санкций со стороны США и стран Европейского Союза проблема импортозамещения приобрела особую актуальность. Очевидно, что в сложившихся условиях импортозамещение становится решающим фактором не только дальнейшего развития российской экономики, но и обеспечения безопасности страны.

В этой связи актуальными являются поиск компонентов, обеспеченных отечественным сырьем, технологиями, производственными мощностями и разработка на их основе противоизносной присадки к топливам для реактивных двигателей.

Степень разработанности темы. Исследованием противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей и поиском соединений, улучшающих их, интенсивно занимались отечественные ученые, в числе которых З.А. Саблина, Т. П. Вишнякова, О.П. Лыков, Б.А. Энглин, В.В. Сашевский. В 1960-е гг. в качестве противоизносных присадок исследовались вырабатываемые в СССР синтетические жирные кислоты (СЖК) фракции С10-С20, которые представляют собой смесь карбоновых кислот различного строения с разным числом функциональных групп. В 1970-х гг. к топливам для реактивных двигателей была разработана присадка «К» на основе дистиллированных нефтяных кислот. В настоящее время в качестве противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей применяются зарубежные присадки на основе димеров ненасыщенных жирных кислот С18, ранее используемые как антикоррозионные. В 2018-2019 гг. различными группами отечественных ученых (М.М. Аббасовым, А.М. Сафиуллиным, С.В. Дунаевым, А.В. Исаевым и др.) получены патенты на противоизносные присадки к топливам для реактивных двигателей, в частности, на основе жирных кислот растительных масел и олеиновой кислоты. Вместе с этим, следует отметить, что в научно-технической и патентной литературе недостаточно освещено обоснование выбора жирных кислот растительного происхождения в качестве противоизносных присадок в составе топлив для реактивных двигателей и не изучено их влияние на эксплуатационные свойства топлив.

Цель работы - обеспечение импортонезависимости производства топлив для реактивных двигателей путем разработки противоизносной присадки, обеспеченной отечественной сырьевой и технологической базами.

Для достижения поставленной цели работы необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ и обобщение разработок в области противоизносных присадок к моторным топливам и формирование требований к активному компоненту противоизносной присадки.

2. Исследование состава противоизносных присадок и различных компонентов растительного происхождения и обоснование выбора активного компонента противоизносной присадки.

3. Исследование зависимостей физико-химических свойств противоизносной присадки от содержания компонентов и обоснование рецептуры противоизносной присадки. Разработка технических требований к противоизносной присадке и технологической схемы ее получения. Оценка физико-химических и эксплуатационных свойств топлив для реактивных двигателей на основе керосиновых фракций различных технологий производства с разработанной присадкой.

4. Технико-экономическая оценка результатов исследования и рекомендации по их внедрению.

Научная задача заключается 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.

Научная новизна:

1. Впервые установлено влияние молекулярной структуры жирных кислот на уровень противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, заключающееся в повышении уровня смазывающей способности жирных кислот при наличии непредельной связи в молекулах за счет образования эстолидов жирных кислот в условиях граничного трения. 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.

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.).

3. Установлены зависимости показателей противоизносных свойств и кислотности от концентрации олеиновой кислоты как активного компонента противоизносной присадки, позволившие обосновать концентрационные пределы ее введения в топлива для реактивных двигателей.

4. Установлена линейная корреляционная зависимость показателя противоизносных свойств - ширины дорожки износа и кислотности топлив для реактивных двигателей, полученных гидрогенизационными процессами, являющаяся косвенной оценкой противоизносных свойств топлива по значению показателя кислотности.

Теоретическая значимость работы: предложен механизм противоизносного действия олеиновой кислоты, заключающийся 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.

Практическая значимость работы:

1. Разработана противоизносная присадка к топливам для реактивных двигателей ОК-16, которая не уступает по своей эффективности зарубежным аналогам и позволит обеспечить импортонезависимость производства топлив для реактивных двигателей в РФ.

2. Предложена принципиальная технологическая схема получения противоизносной присадки ОК-16 марки Б полунепрерывного действия, позволяющая вырабатывать как небольшие партии присадки, так и организовать непрерывный процесс ее получения.

3. Предложен расчетный метод оценки уровня противоизносных свойств по показателю кислотности на основе линейной зависимости ширины дорожки износа от кислотности топлив для реактивных двигателей.

Методология и методы исследования. Методология исследования базируется на изучении влияния различных компонентов на физико-химические и эксплуатационные свойства топлив и присадок. Изучение физико-химических и эксплуатационных свойств топлив проводилось с применением лабораторных и стендовых методов исследования топлив для реактивных двигателей в объеме ГОСТ 10227-86 с изменениями № 1-6 [17] и Типовой программы квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники [18], а также современных инструментальных методов анализа ГСМ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Влияние молекулярного строения жирных кислот на их смазывающую способность и механизм действия олеиновой кислоты.

2. Рецептура противоизносной присадки ОК-16, технологическая схема ее получения.

3. Линейная корреляционная зависимость ширины дорожки износа и кислотности топлив для реактивных двигателей, полученных гидрогенизационными процессами.

Степень достоверности результатов подтверждена лабораторными исследованиями физико-химических показателей присадки, оценкой физико-химических и эксплуатационных свойств топлив для реактивных двигателей с введенной разработанной противоизносной присадкой с использованием стандартных и квалификационных методов испытаний и аттестованного лабораторно-стендового оборудования.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на XI Международной научно-технической конференции «Трибология -машиностроению», г. Москва, Институт машиноведения им. А.А. Благонравова, 13 ноября 2016 г., VI Международной научно-техническая конференции «Проблемы химмотологии: от эксперимента к математическим моделям высокого уровня», г. Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 17-19 октября 2016 г., XI

Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 8-10 февраля 2016 г., Научно-технической конференции «Актуальные задачи нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса», г. Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 23-24 ноября 2017 г., XII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 12-14 февраля 2018 г., Международном Форуме Двигателестроения (НТКД-2018), г. Москва, ВДНХ, 4-6 апреля 2018 г., 73-ей Международной молодежной конференции «Нефть и газ - 2019», г. Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 22-25 апреля 2019 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 патент на изобретение, 8 научных статей, из которых 3 в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки РФ, тезисы 12 докладов в сборниках материалов научных конференций, 3 отчета о результатах НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы из 122 источников, 3 приложений. Общий объем диссертационной работы включает 151 страницу машинописного текста, в том числе 24 рисунка и 24 таблицы.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.т.н., доц. Шаталову К.В. и д.т.н., проф. Лихтеровой Н.М. за поддержку и ценные советы при выполнении работы. Отдельная благодарность выражается сотрудникам 16 отдела ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» за содействие в проведении квалификационных испытаний топлив, а также Международного аналитического центра ИОХ РАН и МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал) за помощь в проведении исследований составов товарных и лабораторных образцов противоизносных присадок.

1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Производство топлив для реактивных двигателей

Мировая авиационная промышленность в настоящее время представляет собой быстроразвивающийся комплекс, включающий в себя большое количество отраслей - гражданскую и военную авиацию, самолето- и вертолетостроение, производство двигателей и авиационное агрегато- и приборостроение.

Потребность страны в топливах для реактивных двигателей полностью обеспечена отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью. Если не учитывать падение объема производства топлив для реактивных двигателей за 2020 г., связанное со стремительным снижением авиаперевозок в связи с пандемией, ежегодный объем производства топлив для реактивных двигателей с 2016 г. по 2019 г. стабильно возрастает, так в 2019 г. производство выросло на 28 % и составило 12321,1 тыс. тонн (таблица 1) [4-8].

Таблица 1 - Сведения о производстве топлива для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ в Российской Федерации [4-8]

Марка топлива Предприятие-изготовитель Выпущено, тыс. т

2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г.

Топливо РТ 6 заводов Новокуйбышевский НПЗ (Роснефть) 273,6 347,5 318,0 316,2 196,9

Пермнефтеоргсинтез (Лукойл) 637,8 884,4 802,5 770,8 597,9

Орскнефтеоргсинтез 260,4 27,8 8,8 231,8 218,2

ТАИФ-НК 46,6 117,8 122,4 73,2 86,6

Хабаровский НПЗ (ННК) 198,9 216,8 212,4 199,5 151,2

ТАНЕКО 115,9 189,1 306,5 502,9 603,2

Всего 1533,2 1783,5 1770,6 2094,4 1854,0

Ангарская НХК (Роснефть) 600,7 593,3 530,7 462,0 523,1

Ачинский НПЗ ВНК (Роснефть) 107,6 85,6 130,9 118,6 120,5

Комсомольский НПЗ (Роснефть) 277,9 297,7 328,9 188,6 0

Продолжение таблицы 1

Марка топлива Предприятие-изготовитель Выпущено, тыс. т

2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г.

Топливо ТС-1 прямогонное 15 заводов Красноленинский НПЗ (Роснефть) 36,8 18,5 20,2 19,7 19,4

Нижневартовское НПО (Роснефть) 109,0 111,4 122,3 114,3 127,1

Когалымнефтегаз (Лукойл) 19,2 19,7 19,9 19,5 20,7

Омский НПЗ (Газпромнефть) 1651,6 1586,1 1742,3 1678,9 1401,0

Сургутский ЗСК (Газпром) 151,1 85,8 45,4 61,6 60,5

Уренгойский ЗПКТ (Газпром) 22,8 26,0 27,6 34,2 26,4

КраснодарЭконефть 5,0 16,8 10,8 7,4 3,3

Волгограднефтепереработка (Лукойл) 905,9 1101,8 1168,9 1228,4 1043,3

Варьеганнефть (РуссНефть) 0 0 6,4 6,0 6,7

НОВАТЭК-Усть-Луга 0 801,0 1087,2 1084,6 1035,5

Афипский НПЗ 0 0 1,1 0 0

Марийский НПЗ 0 0 295,2 183,6 232,6

Всего 3887,6 4743,7 5537,8 5207,4 4620,1

Топливо ТС-1 смесевое 6 заводов Рязанская НПК (Роснефть) 1089,8 997,3 1108,8 1085,0 781,4

Нижегороднефтеоргсинтез (Лукойл) 624,9 737,6 766,3 824,0 519,5

Московский НПЗ (Газпромнефть) 703,7 646,2 651,7 671,7 424,6

Киришинефтеоргсинтез (Сургутнефтегаз) 623,9 700,4 594,9 644,9 540,2

Ярославнефтеоргсинтез (Славнефть) 1120,5 1299,7 1760,9 1667,6 1513,8

АНК Башнефть 86,5 204,7 130,1 202,1 88,7

Всего 4249,3 4585,9 5012,7 5095,3 3868,2

Итого 9673,0 11113,0 12321,1 12397,1 10342,3

В настоящее время ассортимент выпускаемых топлив ограничивается двумя марками: РТ и ТС-1 [19]. Топливо РТ вырабатывают процессом гидрогенолиза прямогонных керосиновых фракций при давлении водорода от 3,7 до 5 МПа с последующим введением в керосиновые фракции антиокислительной и противоизносной присадок. В последнее время топлива марки РТ изготавливают процессом гидрокрекинга вакуумных погонов или глубокой гидроочистки. Топливо ТС-1 изначально представляло собой керосино-газойлевую фракцию

прямой перегонки нефти, но широкое вовлечение в процессы нефтепереработки высокосернистых нефтей вынуждает производителей производить гидрооблагораживание керосиновых фракций, т. е. переходить на технологию производства топлива РТ с целью достижения соответствия качества нефтепродуктов требованиям ГОСТ 10227.

В общем объеме производства доля топлива марки ТС-1 составляет около 83 % (таблица 1). Большой объем производства топлива марки ТС-1 связан с тем, что основным заказчиком топлив для реактивных двигателей является гражданская авиация, которая потребляет около 80 % производимого топлива. Около 43 % рынка занимает смесевое топливо марки ТС-1 - прямогонная фракция с добавлением до 95 % фракций, полученных различными гидрогенизационными процессами, и антиокислительной и противоизносной присадок (рисунок 1).

Фактически, 60 % рынка занимают топлива, полученные различными гидрогенизационными процессами, т. е. топливо марки РТ и близкое к нему по своим эксплуатационным свойствам смесевое топливо марки ТС-1, и только 40 % занимает прямогонное топливо марки ТС-1.

Применение гидрогенизационных процессов при производстве топлив для реактивных двигателей позволяет снизить содержание в них нестабильных и гетероорагнических соединений, в частности серы и кислорода. Это приводит к повышению термоокислительной стабильности топлива и снижению их коррозионной активности [19]. Однако, в 60-е годы внедрение в производство таких топлив привело к снижению ресурса топливных насосов и быстрому износу деталей газотурбинного двигателя [20-24]. Низкие противоизносные свойства топлив для реактивных двигателей были установлены путем анализа массовых отказов из-за разрушения насосов ПН-2ТК и ПН-3ТК на двигателе ВК-11 [21]. Это связано как с изменением в групповом углеводородном составе топлива, так и со снижением количества гетероорганических соединений в ходе гидрогенолиза керосиновых фракций. Поэтому производители топлив для реактивных двигателей вынуждены вводить в керосиновые фракции, полученные гидрогенизационными процессами, противоизносные присадки.

Рисунок 1 - Блок-схема получения топлив ТС-1 [19]

1.2 Присадки, улучшающие противоизносные свойства топлив для

реактивных двигателей

После того, как в 1960-х годах применение гидроочищенного топлива привело к износу деталей топливных насосов газотурбинного двигателя [21,25,26], интенсивно начались работы по синтезу и исследованию противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей [11].

Большинство исследований по поиску соединений, улучшающих противоизносные свойства топлив для реактивных двигателей, проводилось в США. Испытания гидроочищенных топлив для реактивных двигателей показали, что ингибиторы коррозии, содержащие димеры жирных кислот (например, димер линолевой кислоты), улучшают противоизносные свойства [20,27]. Имеется ряд патентов, в которых показано, что наибольшей эффективностью обладают продукты, включающие димеры и тримеры линолевой или олеиновой кислот, карбоновые кислоты, выделенные из таллового масла и тому подобные вещества, содержащие карбоксильную группу [28-32].

В работе [33] представлены исследования Б.А. Энглина, В.В. Сашевского и других авторов различных поверхностно-активных веществ в качестве противоизносной присадки к топливу РТ.

В СССР в качестве противоизносной присадки к топливу для реактивных двигателей марки РТ применялись присадки ПМАМ-2 и ТП, улучшающие термоокислительную стабильность топлив для реактивных двигателей. При содержании присадок ПМАМ-2 и ТП в концентрации 0,02-0,05 % улучшение противоизносных свойств топлива для реактивных двигателей составляет до 30 % [11]. Эти присадки являются азотсодержащими соединениями. Так, присадка ПМАМ-2 представляет собой сополимер, образующийся при взаимодействии эфиров спиртов С8-С20 и метакриловой кислоты с метилвинилпиридином и имеющий молекулярную массу не более 5000 [34].

За рубежом в качестве противоизносной присадки использовали ингибитор коррозии Нйес Е-515 (Сантолен С), состоящий из смеси димера линолевой кислоты (40 %) и эфира фосфорной кислоты (0,3 %) [11,35-39].

В это же время, присадки ПМАМ-2, ТП и Нйес Е-515 продемонстрировали отрицательное влияние на другие эксплуатационные свойства, так Нйес Е-515 ухудшает термическую стабильность, ПМАМ-2 и ТП повышает электризуемость топлив [33].

В связи с этим были исследованы другие поверхностно-активные вещества. Б.А. Энглиным и другими сотрудниками была выбрана присадка К, которая представляет собой смесь очищенных моно- и бициклических нафтеновых кислот с молекулярной массой 180-230, получаемых высоковакуумной дистилляцией обезмасленного асидола - продукта выщелачивания нафтеновых кислот из керосино-газойлевых и масляных фракций бакинских нефтей. При введении присадки происходит не только снижение износа трущихся деталей, но и увеличение критической нагрузки заедания, характеризующей противозадирные свойства топлив [33]. «Присадка К» (ГОСТ 13302-77 [40]), она же ДНК, была допущена к использованию в топливах для реактивных двигателей в содержании 0,001-0,004 % масс. Топливо РТ с этой присадкой нашло широкое применение как в странах бывшего СССР, так и за рубежом. Однако, из-за отсутствия стабильного производства присадки гарантированного качества производители топлив в начале 2000-х годах отказались от использования этой присадки.

В работе [41] представлены исследования присадки на основе синтетических жирных кислот (СЖК), проведенные в конце 70-х гг. в МИНГиГП им. И.М. Губкина. В присутствии 0,002 % масс. изомонокарбоновых и ненасыщенных кислот в топливе снижается диаметр пятна износа, повышаются критическая нагрузка заедания и критерий износа. При таком же содержании несколько менее эффективна фракция ненасыщенных кислот, кислот изостроения, окси- и кетокислот кубового остатка и малоэффективны нормальные карбоновые кислоты и дикарбоновые кислоты. При содержании 0,005 % масс. и выше лучшие противоизносные свойства продемонстрировала фракция ненасыщенных кислот,

кислот изостроения, окси- и кетокислот кубового остатка, в присутствии которых противоизносные свойства топлив повышались до уровня, характерного для прямогонных топлив. Худшие показатели среди исследуемых присадок имели дикарбоновые кислоты. Сравнение эффективности присадок на основе СЖК с нафтеновыми кислотами показало, что последние по противоизносным свойствам уступают изомонокарбоновым и ненасыщенным кислотам и фракции ненасыщенных кислот, кислот изостроения, окси- и кетокислот кубового остатка, но превосходят нормальные карбоновые кислоты и дикарбоновые кислоты. Однако, присадки на основе СЖК не нашли промышленного применения из-за низкого качества кислот, обусловленного присутствием побочных продуктов. Кроме того, данный продукт в СССР, а теперь в России является дефицитным.

В настоящее время в России отсутствует производство противоизносных присадок к топливам для реактивных двигателей, а потребность в них удовлетворяется за счет закупок по импорту. В составе отечественных топлив для реактивных двигателей применяются две противоизносные присадки зарубежного производства - HITEC 580 (Afton Chemical Ltd, США), UNICOR J (Dorf Ketal, Индия). Известно, что в качестве активного компонента эти присадки содержат димеры ненасыщенных жирных кислот С18 [42-44].

1.3 Механизм действия противоизносных присадок

Обоснование выбора активного компонента новой противоизносной присадки должно строиться на базе известных данных о механизме работы противоизносной присадки, о том, какие функциональные группы в молекуле активного компонента, а также строение молекулы являются в данном случае наиболее предпочтительными.

Механическое изнашивание представляет собой сложное явление, охватывающее многие физические и химические процессы, протекающие в широком диапазоне скоростей скольжения и контактных давлений [45].

Рассмотрим свойства твердой металлической поверхности. Все поверхности в микроскопическом масштабе являются «шероховатыми». При трении между

двумя телами в контакте преобладают взаимодействия между выступающими точками или неровностями контактирующих поверхностей [46]. При граничной смазке толщина смазочной пленки примерно такая же, как шероховатость контактирующих поверхностей. Граничные смазки предотвращают прямой контакт между неровностями, тем самым снижая трение и износ.

Систематические исследования граничных смазок начались в 1940-х годах, что привело к разработке многочисленных присадок к смазочным материалам, начиная от жирных кислот и их производных до неорганических соединений [47,48].

Органические полярные молекулы такие как жирные кислоты и спирты легко адсорбируются на металлических поверхностях. В одной из ранних работ [49] изложена роль таких соединений в смазках. Жирные кислоты и их производные быстро адсорбируются на поверхностях оксидов металлов с образованием тонкой защитной пленки [50], причем на поверхности оксидов адсорбируется полярная группа [51]. Это приводит к образованию органической пленки, состоящей из цепей неполярных линейных углеводородов (рисунок 2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горюнова Александра Константиновна, 2021 год

Библиография

[1] Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313 Химические факторы производственной среды. Предельно допустимые концентрации (ДДК) Ередных веществ в воздухе рабочей зоны

[2] МУ 5923-91, вьш. 12 Методические указания по газохроматографическому измерению концентраций углеводородов С[ - С4Е Еоздз'хе рабочей зоны

Приложение В (обязательное)

Протокол №107/18 заседания комиссии научной экспертизы «Топлива для авиационных газотурбинных двигателей» (КНЭ №3)

УТВЕРЖДАЮ Начальник ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»

СОГЛАСОВАНО Заместитель начальника ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» ^ноЙ рароте МСиссХ-.. А.Улитько 2018 г.

ПРОТОКОЛ № -ГО?/18 ЗАСЕДАНИЯ КОМИССИИ НАУЧНОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ «ТОПЛИВА ДЛЯ, АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ»

(КНЭ №3)

,3с

« v »

/ В. Серед а

/</ I 2018 г.

« /■/' » ГЬ

2018 г.

г. Москва

ПРИСУТСТВОВАЛИ:

Председатель КНЭ - Шарин Е.А., начальник 12 отдела ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России».

Заместитель председателя КНЭ - Приваленко А.Н., начальник 15 отдела ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»;

Секретарь КНЭ - Мурашкина A.B., научный сотрудник 121 лаборатории ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»; Члены КНЭ:

Серёгин Е.П., главный научный сотрудник ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»;

Лихтерова Н.М., ведущий научный сотрудник 162 лаборатории ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»;

Никитин И.М., старший научный сотрудник 162 лаборатории ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России».

ОТСУТСТВОВАЛИ:

Бурмистров O.A., ведущий научный сотрудник 121 лаборатории ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» (больничный); Орешёнков A.B., ведущий научный сотрудник 15 отдела ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» (выходной).

ПОВЕСТКА ДНЯ:

Рассмотрение результатов приемочных испытаний лабораторных образцов топлив для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 производства ООО «КИНЕФ» и АО «ТАНЕКО» и топлива для реактивных двигателей марки РТ по ГОСТ 10227-86 производства АО «Ж НПЗ» с противоизносной присадкой OK-16 в рамках этапа 4 НИР «Импортозамещение-16».

СЛУШАЛИ:

Информацию члена комиссии научной экспертизы «Топлива для авиационных газотурбинных двигателей» ведущего научного сотрудника 162 лаборатории ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» доктора технических наук, профессора Лихтеровой Н.М. о результатах приемочных испытаний лабораторных образцов топлив для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 производства ООО «КИНЕФ» и АО «ТАНЕКО» и топлива для реактивных двигателей марки РТ по ГОСТ 10227-86 производства АО «НК НПЗ» с противоизносной присадкой ОК-16.

В рамках этапа 4 НИР «Импортозамещение-16» приемочные испытания проведены испытания трех лабораторных образцов топлив для реактивных двигателей с противоизносной присадкой ОК-16.

Компонентный состав лабораторного образца топлива для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 производства ООО «КИНЕФ»:

Наименование компонентов, присадок нд Содержание фактическое, % масс

Фракция 180-240°С прямогонная, компонент топлива ТС-1 прямогонный СТП.СМК И-К-17 5

Фракция 140-240° гидроочищенная (ТС-1) СТП.СМК П-К-24 24,9983

Фракция 140-240° гидрокрекинговая (ТС-1) СТП.СМК Н-К-86 69,9952

Антиокислительная присадка «Агидол-1» ТУ 38.5901237-90 0,0030

Прогивоизносная присадка «ОК-16» Композиция присадки «ОК-16»: - олеиновая кислота - толуол - Агидол-1 СТО 08151164-0272-2017 0,0035 60 39 1

Представленный образец топлива для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 прошел с положительными результатами испытания на соответствие требований ГОСТ 10227-86 и пп. 2, 3, 4 (СТО 08151164-033-2009), 5 (ГОСТ 18597), 9 Типовой программы проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

Компонентный состав лабораторного образца топлива для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 производства АО «ТАНЕКО»:

Наименование компонентов, присадок нд Содержание фактическое, % масс

Керосиновая фракция установки гидрокрекинга ОГТ-СТО-09-2014 99,9935

Антиокислительная присадка «Агидол-1» ТУ 38.5901237-90 0,0030

Противоизносная присадка «ОК-16» Композиция присадки «ОК-16»: - олеиновая кислота - толуол - Агидол-1 СТО 08151164-0272-2017 0,0035 60 39 1

Представленный образец топлива для реактивных двигателей марки ТС-1 по ГОСТ 10227-86 прошел с положительными результатами испытания на соответствие требований ГОСТ 10227-86 и пп. 2, 3, 4 (СТО 08151164-033-2009), 5, 6 (СТО 08151164-034-2009), 8, 9, 10 Типовой программы проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

Компонентный состав лабораторного образца топлива для реактивных двигателей марки РТ по ГОСТ 10227-86 производства АО «НК НПЗ»:

Наименование компонентов, присадок нд Содержание фактическое, % масс

Гидроочищенная керосиновая фракция СТ 3050-2001 99,995

Антиокислительная присадка «Агидол-1» ТУ 38.5901237-90 0,003

Противоизносная присадка «ОК-16» Композиция присадки «ОК-16»: - олеиновая кислота СТО 08151164-0272-2017 0,002 100

Представленный образец топлива для реактивных двигателей марки РТ по ГОСТ 10227-86 прошел с положительными результатами испытания на соответствие требований ГОСТ 10227-86 и пп. 2, 3, 4 (СТО 08151164-033-2009), 5, 6 (СТО 08151164-034-2009), 8, 9, 10 Типовой программы проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов

модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

ПРИ ОБСУЖДЕНИИ ОТМЕЧЕНО:

Объем представленных результатов испытаний лабораторных образцов топлива для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ по ГОСТ 10227-86 соответствует объему необходимых испытаний.

Численные показатели физико-химических и эксплуатационных характеристик лабораторных образцов топлива для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ по ГОСТ 10227-86 производства ООО «КИНЕФ», АО «ТАНЕКО» и АО «НК НПЗ» по проверенным показателям соответствуют требованиям, установленным ГОСТ 10227-86, Типовой программой проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

Таким образом, материалы отчетов о результатах приемочных испытаний указанных лабораторных образцов позволяют рекомендовать противоизносную присадку «ОК-16» по СТО 08151164-0272-2017 к следующему этапу испытаний -наработке опытно-промышленной партии топлива для реактивных двигателей с указанной присадкой и проведению квалификационных испытаний полученного образца из опытно-промышленной партии в полном объеме Типовой программы проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

РЕШИЛИ:

Рекомендовать противоизносную присадку «ОК-16» по СТО 08151164-02722017 к следующему этапу испытаний - наработке опытно-промышленной партии топлива для реактивных двигателей с указанной присадкой и проведению квалификационных испытаний полученного образца из опытно-промышленной партии в полном объеме Типовой программы проведения квалификационных испытаний опытно-промышленных образцов модернизированных топлив для реактивных двигателей марок ТС-1 и РТ ГОСТ 10227 для военной авиационной техники.

ГОЛОСОВАЛИ:

«За» - единогласно.

Председатель КНЭ Заместитель председателя КНЭ Секретарь КНЭ Члены КНЭ:

„а^? А.В. Орешенков