Авторы статьи рассматривают возможные способы улучшения эксплуатационных свойств дизельного топлива.
Ключевые слова: дизельное топлива, обработка, кавитация
В настоящий момент существует множество способов улучшения качества дизельного топлива, которые в свою очередь делятся на два метода воздействия на качественные характеристики дизельного топлива:
Первый химический метод — применение специальных присадок, способствующих интенсификации процесса сгорания и нейтрализующих действие серы.
В основном присадки изменяют свойства дизельных топлив с помощью некоторых химических веществ. Условно присадки можно разделить на два типа [1]:
– используемые для доведения качества дизельных топлив до требований стандартов. К ним относят противоизносные, цетаноповышающие и депрессорно-диспергирующие присадки;
– улучшающие эксплуатационные свойства топлива сверх требований спецификации и придающие топливу отличительное качество.
На сегодняшний момент в РФ производство присадок только набирает свой промышленный потенциал, а спросом на рынке пользуются преимущественно присадки от зарубежных производителей. Стоимость импортных противоизносных присадок, как правило, выше — по причине того, что закупаемое в РФ сырье перерабатывается на зарубежных заводах и поставляется обратно в виде товарного продукта.
Экономические и токсические показатели дизелей во многом зависят от качества протекания процессов смесеобразования и сгорания. Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является использование водо-топливных эмульсий [2]. Многочисленными исследованиями при этом установлено: происходит снижение теплонапряженности деталей дизеля при сохранении мощности; сокращается нагарообразование в цилиндрах; снижается выброс сажи и оксидов азота с отработанными газами; увеличивается ресурс распылителей; снижается расход топлива и смазочного масла и др. Однако до настоящего времени способы использования воды как присадки к топливу разработаны и изучены недостаточно.
Второй метод является физическим воздействием — использование дополнительной гидродинамической, магнитной, электродинамической или ультразвуковой обработки.
Самым перспективным и эффективным методом физического воздействия является метод ультразвуковой обработки за счет процесса кавитации. При добыче и транспортировке высокопарафинистой нефти возникает проблема ее текучести, так как парафиновые углеводороды при положительной температуре происходит процесс кристаллизации. В настоящие время есть множество способов решения этой проблемы, но самым перспективным методом является применения ультразвуковой обработки.
С помощью ультразвуковых колебаний при добыче нефти достигаются следующие эффекты [4]: увеличение проницаемости призабойной зоны пластов; депарафинизация; акустическая дегазация и снижение вязкости нефти в ультразвуковом поле; вовлечение в разработку низкопроницаемых и закольматированных пропластиков.
Основные физико-химические и химические эффекты, которые возникают в жидкости под действием акустических полей, связывают с кавитацией [5].
Кавитация — это образование разрывов сплошности жидкости в результате местного спада давления. Если снижение давления происходит вследствие больших локальных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация считается гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн, — акустической.
Характерной особенностью ультразвуковой кавитации является локальное концентрирование относительно невысокой средней энергии акустического поля в очень малых объемах, что приводит к созданию исключительно высоких плотностей энергии [6].
Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и образуется паровой пузырек. Примером может служить кипение воды. При нагревании воды давление ее насыщенного пара повышается. Когда достигается температура кипения, давление пара становится равным давлению окружающей среды, и в воде появляются паровые пузырьки.
Паровые пузырьки в жидкости легче образуются при пониженном давлении. Когда же давление окружающей среды становится больше давления насыщенного пара жидкости, кавитационный пузырек с силой схлопывается. Энергия схлопывания разрушает материал, находящийся с непосредственной близости от пузырька (рисунок. 1).
Рис. 1. Процесс образование кавитации
Энергия схлопывания пузырьков, усиленная ультразвуковыми волнами, позволяет разрушать все известные материалы. Температура внутри кавитационных пузырьков достигает 1500 °C при давлении от 200 кг/см2 до 1500 кг/см2. [3].
При добыче и транспортировке высокопарафинистой нефти возникает проблема ее текучести, так как парафиновые углеводороды при положительной температуре происходит процесс кристаллизации. В настоящие время есть множество способов решения этой проблемы, но самым перспективным методом является применения ультразвуковой обработки.
С помощью ультразвуковых колебаний при добыче нефти достигаются следующие эффекты [4]: увеличение проницаемости призабойной зоны пластов; депарафинизация; акустическая дегазация и снижение вязкости нефти в ультразвуковом поле.
Основные физико-химические и химические эффекты, которые возникают в жидкости под действием акустических полей, связывают с кавитацией [5].
Кавитация — это образование разрывов сплошности жидкости в результате местного спада давления. Если снижение давления происходит вследствие больших локальных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация считается гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн, — акустической.
Характерной особенностью ультразвуковой кавитации является локальное концентрирование относительно невысокой средней энергии акустического поля в очень малых объемах, что приводит к созданию исключительно высоких плотностей энергии [6].
Исследования показали, что в ультразвуковом поле значительно увеличиваются скорости реакций не только в водных, но и в органических средах, повышается их селективность (пиролиз углеводородов, окисление альдегидов и спиртов, реакции алкилгалогенидов, алкилирование и так далее) [4, 5].
В работе [6] установлено, что ультразвуковое воздействие приводит к разрыву молекулярных связей с последующей рекомбинацией разнообразных радикалов. Хроматографический анализ показал наличие в газовой фазе новых продуктов, причем водород представлен максимально.
Акустические воздействия на дисперсные системы приводят к структурным превращениям компонентов дисперсной фазы, изменению размеров ассоциатов, степени дисперсности и широко используются для подготовки нефтей к транспортировке и переработке. Ультразвуковая обработка (УЗО) нефтей и нефтяных фракций позволяет эффективно влиять на их реологические свойства и фракционный состав [7].
В работе [4] с помощью ультравукового магнитострикционного преобразователя обрабатывалась нефть в течение 20 минут при температуре 25–30 0С с резонансной частотой 22 кГц. В результате обработке малопарафинистой высокосмолистой нефти с высоким содержанием асфальтенов в течение 2 мин происходит снижение вязкости в 1,4 раза и температуры застывания на 5 0С.
Для улучшения эксплуатационных свойств дизельного топлива необходимо воздействовать на его физико-химические свойства. Самым эффективным и энергоемким способом воздействия на физико-химические свойства дизельного топлива является обработка ультразвуковым пьезоэлектрическим излучателем.
Литература:
- Д. Минебаева Л. К.. Разработка цетаноповышающей присадки для дизельных топ-лив. Уфа, 2015 г. 127 с.
- Д. Тактак А. А. Улучшение рабочего процесса дизеля присадкой воды к топливу Барнаул, 2005 г. 127 с.
- http://www.rusnanonet.ru/equipment/molot/ Ультразвуковая установка «Молот».
- Абрамов O. В., Абрамов В. О., Артемьев В. В., Муллакаев M. С. Анализ эффективности передачи ультразвуковых колебаний в нагрузку //Акустический журнал. — 2009. — Т. 55. — № 3. — С. 1–17.
- http://www.msalimov.narod.ru/Ultra.html. Ультразвуковое воздействие на призабойную зону пласта.
- Никитин В. С., Ягодов Г. Н., Ненартович Т. Л., Кузнецов Н. П., Музипов Х. Н. Технология повышения нефтеотдачи сверхмощным ультразвуковым воздействием // Нефтепромысел. дело: НТЖ / ВНИИОЭНГ. — 2010. — № 8. — С. 14–17.
- Плисс А. А., Золотов В. П., Якимов А. В. Влияние ультразвука на физико-химические свойства нефти// Интервал. — 2007. — № 3. — С. 36.
