Способ определения количества присадок "хайтек-580" и "агидол-1" в топливах для реактивных двигателей

Изобретение относится к области контроля качества топлив для реактивных двигателей с помощью оптических средств, в частности к определению количества присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1», и может найти применение в аналитических лабораториях, лабораториях предприятий нефтепродуктообеспечения. Способ включает отбор пробы, спектрофотометрирование с измерением оптической плотности на определенных длинах волн, рефрактометрию и последующий расчет концентраций присадок в топливе по математической зависимости, причем перед спектрофотометрированием проводится предварительное многократное концентрирование образца пробы топлива, а перед рефрактометрией проводится экстракция присадок этиловым спиртом. Изобретение обеспечивает расширение номенклатуры способов, определяющих присадки в топливах для реактивных двигателей, с использованием ИК-спектроскопии без снижения требований точности. 2 табл.

 

Изобретение относится к области контроля качества авиационных топлив с помощью оптических средств, преимущественно для определения присадок в топливах для реактивных двигателей, в частности к определению количества присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1», и может найти применение в аналитических лабораториях, лабораториях предприятий нефтепродуктообеспечения.

Антиокислительная присадка «Агидол-1» является одной из присадок, улучшающих противоокислительные свойства моторных топлив. Выпускается промышленно. Представляет собой желтый или белый гранулированный порошок с температурой плавления 69-73°C, является индивидуальным веществом 2,6-ди-трет-бутил-4-метил-фенол (ее другое название «ионол») (1 - интернет-сайт http://ru.wikipedia.org/wiki/ионол, 16.04.2015). Добавляется в топлива для реактивных двигателей (РТ, Т-6, Т-8в) в концентрации 0,003-0,004% (2 - ТУ 38.01237-90).

Противоизносная присадка Хайтек-580, входящая в состав топлив для авиационной техники, является одной из присадок, улучшающих противоизносные свойства топлив. Выпускается компанией Afton. Представляет из себя прозрачную янтарную маслянистую жидкость плотностью 0,92 г/мг и температурой застывания -18°C, является многокомпонентной смесью, основным действующим веществом которой является димер линолиевой кислоты (3 - интернет-сайт http://www.aftonchemical.com/ProductDataSheets/Fuel/HiTEC-580_PDS.pdf, 16.04.2015). В топлива для реактивных двигателей ее вводят в количестве 0,002-0,004% (2 - ТУ 38.01237-90).

Крайне малое содержание в топливах для реактивных двигателей делает практически невозможным контроль над наличием и количественным содержанием этих присадок в топливах, а так же обеспечением требуемых свойств топлив.

В связи с этим определение не только наличия, но и количества присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» является важной задачей, обеспечивающей надежность эксплуатации авиационного двигателя.

Перед авторами стояла задача разработать способ определения количества каждой из присадок «Хайтек-580» или «Агидол-1» в топливах для реактивных двигателей, отвечающий следующим требованиям: точность (абсолютная погрешность не более 0,0005% масс.).

При анализе патентной информации и научно-технической литературы было выявлено, что на сегодняшний день не существует способов достоверного определения присадок Хайтек-580 и Агидол-1 в топливах для реактивных двигателей.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ определения количества присадки «Меркаптобензотриазол» в авиационных маслах, включающий отбор пробы, спектрофотометрирование, измерение оптической плотности на полосах поглощения 1420,88 см^-1 или 3239,60 см^-1, принимая за базовую полосу поглощения или 1437,67 см^-1, или 3380,95 см^-1 соответственно, и последующий расчет концентрации присадки по следующей зависимости:

где С - количество присадки «Меркаптобензотиазол», мас.%;

Δ_D - разность оптических плотностей, безразмерная

Δ_D=D₁₄₂₀-D₁₄₃₇, для полосы поглощения 1420,88 см^-1,

Δ_D=D₃₂₃₉-D₃₃₈₀, для полосы поглощения 3239,60 см^-1;

D₁₄₂₀ - оптическая плотность полосы поглощения 1420,88 см^-1;

D₁₄₃₇ - оптическая плотность базовой полосы поглощения 1437,67 см^-1;

D₃₂₃₉ - оптическая плотность полосы поглощения 3239,60 см^-1;

D₃₃₈₀ - оптическая плотность базовой полосы поглощения 3380,95 см^-1;

а - экспериментально полученный коэффициент, безразмерный

а=0,592 для полосы поглощения 1420,88 см^-1;

а=0,0105 для полосы поглощения 3380,95 см^-1;

t - толщина кюветы, мм;

b - экспериментально полученный коэффициент, (мм×мас.%)^-1

b=2,56 (мм×мас.%)^-1 для полосы поглощения 1420,88 см^-1;

b=0,950 (мм× мас.%)^-1 для полосы поглощения 3380,95 см^-1.

(Патент №2489716 G01N 33/30, G01N 21/17).

При проведении научных исследований авторы пытались использовать известный способ - прототип для определения качественного и количественного содержания присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1», однако это не привело к желаемому результату, так как по физической сущности присадки «Меркаптобензотриазол», «Хайтек-580» и «Агидол-1» различны, что говорит об ограниченной области применения прототипа.

Технический результат изобретения - расширение номенклатуры способов, определяющих присадки в топливах для реактивных двигателей, с использованием ИК-спектроскопии без снижения требований точности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения количества присадки «Хайтек-580» и «Агидол-1» в реактивном топливе, включающем отбор пробы, измерение оптической плотности и последующий расчет концентрации присадки по математической зависимости, согласно изобретению пробу разделяют на две равные части, одну из которых перед спектрофотометрированием выпаривают под вакуумом 0,5 МПа, постепенно нагревая до 214±0,5°C и замеряя текущее значение объема пробы, после достижения которого 5-10 мл замеряют оптическую плотность остатка пробы на полосе поглощения 1711,32 см^-1 и фиксируют ее значение, равное длине отрезка от пика спектра до точки пересечения с базовой линией, проведенной между минимальными значениями оптической плотности остатка пробы на полосах поглощения 1761,68 см^-1 и 1699,0 см^-1, после чего рассчитывают количество присадки Хайтек-580 по следующей зависимости:

где С_X - концентрация присадки Хайтек-580, мас.% ;

D - оптическая плотность пробы (от пика до базовой линии);

а=0,0028 и b=0,753 - экспериментально полученные коэффициенты;

а другую часть пробы топлива подвергают экстракции, для чего смешивают с этиловым спиртом, который добавляют в пробу в количестве 5% от объема пробы топлива, доводят до однородной консистенции, отстаивают до полного разделения, замеряют показатель преломления экстракта, взятого с нижнего слоя, и определяют суммарное содержание двух присадок по следующей зависимости:

где С_сум - суммарное содержание присадок, мас.%;

K₁=3,333 и К₂=4,5589 - эмпирические коэффициенты, полученные по результатам экспериментальных исследований;

- измеренный показатель преломления экстракта;

а количество присадки Агидол-1 оценивают по разности двух расчетных величин С_сум и С_X.

Для достижения технического результата были искусственно приготовлены опытные образцы, представляющие собой композиции топлива РТ с различными концентрациями присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1»: по 0,001%; 0,002%; 0,003%; 0,004%, которые представлены в таблице 1.

Все искусственно приготовленные образцы прошли исследование на однолучевом ИК-Фурье спектрометре (Nicolet 6700) со спектральным диапазоном от 4000 до 450 см^-1 и разрешающей способностью 1 см^-1, погрешностью фотометрирования не более 1% и с абсорбционной кюветой с окнами из бромида калия (KBr) с толщиной кюветы 0,025 мм (4 - интернет-сайт http://intertech-corp.ru, 16.04.2015).

Способ реализуется следующим образом.

Отобранную пробу разделили на две равные части (по 500 см³), из одной части приготовленных образцов провели концентрирование методом вакуумной перегонки, для чего пробу топлива в 500 см разгоняют на вакуумном испарителе (во избежание образования продуктов окисления) под вакуумом 0,5 МПа, постепенно повышая температуру пробы до 210-215°C, пока объем остатка не станет 5-10 см³. Затем остаток помещают в мерную колбу на 10 см³ и доводят гептаном до метки колбы, взбалтывают и измеряют оптическую плотность образца на полосе поглощения 1711,32 см^-1 и базовой линией на 1761,68-1699,0 см^-1 для каждого образца. Для присадки «Хайтек-580» строят график зависимости оптической плотности от ее концентрации, он имеет вид прямой. Путем математической обработки экспериментальных данных получили значения постоянных коэффициентов а=0,0028 и b=0,753, что позволило получить формулу расчета концентрации присадки «Хайтек-580» в топливах для реактивных двигателей:

Полученные данные согласуются с законом Бугера-Ламберта-Бера, выражающим связь оптической плотности и концентрации поглощающего вещества (5 - Казицина Л.А., Куплетская М.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР спектроскопии в органической химии. М.: МГУ им. Ломоносова, Химфак, 1968, с. 10).

Параллельно с этим другую часть пробы топлива подвергают экстракции, для чего смешивают с этиловым спиртом, который добавляют в пробу объемом 500 см³ в количестве 25 см³ (5% от объема пробы топлива), доводят до однородной консистенции путем встряхивания не менее 5 минут, отстаивают смесь не менее 10 минут, затем часть экстракта отбирают и на рефрактометре измеряют показатель преломления для каждого образца. Для присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» строят график зависимости коэффициента преломления спиртовой вытяжки от суммарной концентрации, он имеет вид прямой. Путем математической обработки экспериментальных данных получили значения постоянных коэффициентов К₁=3,333 и К₂=4,5580, что позволило получить формулу расчета суммарной концентрации присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» в топливах для реактивных двигателей:

Содержание присадки «Агидол-1» рассчитывают, вычитая содержание присадки Хайтек-580 из суммарного содержания присадок. (Результаты в табл. 1).

Таким образом полученный способ определения количества присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» в топливах для реактивных двигателей позволяет контролировать качество топлив для реактивных двигателей и в конечном итоге повысить надежность техники.

Для подтверждения получения технического результата были исследованы образцы топлива РТ, с различной концентрацией присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1», изготовленные разными заводами (Результаты в табл. 2).

Образец РТ (Танеко) Нижнекамского НПЗ показал несоответствие содержания присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» (строчки 13 и 15 соответственно) указанным в сопроводительной документации (строчки 4 и 5 соответственно), что в дальнейшем было косвенно подтверждено другими методами исследования топлива.

Полученные значения концентраций заявляемым способом обеспечивают необходимую точность измерения концентраций присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1». Отклонения концентраций присадок находятся в пределах допустимой нормы.

Таким образом, изобретение расширяет номенклатуру способов, определяющих присадки в топливах для реактивных двигателей, и позволяет определять концентрации присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» в топливах для реактивных двигателей.

Способ определения количества присадок «Хайтек-580» и «Агидол-1» в топливах для реактивных двигателей, включающий отбор пробы, измерение оптической плотности и последующий расчет концентрации присадки по математической зависимости, отличающийся тем, что пробу разделяют на две равные части, одну из которых перед спектрофотометрированием выпаривают под вакуумом 0,5 МПа, постепенно нагревая до 214±0,5°С и замеряя текущее значение объема пробы, после достижения которого 5-10 мл замеряют оптическую плотность остатка пробы на полосе поглощения 1711,32 см^-1 и фиксируют ее значение, равное длине отрезка от пика спектра до точки пересечения с базовой линией, проведенной между минимальными значениями оптической плотности остатка пробы на полосах поглощения 1761,68 см^-1 и 1699,0 см^-1, после чего рассчитывают количество присадки Хайтек-580 по следующей зависимости:

где С_X - концентрация присадки Хайтек-580, мас.%; D - оптическая плотность пробы (от пика до базовой линии); а=0,0028 и b=0,753 - экспериментально полученные коэффициенты; а другую часть пробы топлива подвергают экстракции, для чего смешивают с этиловым спиртом, который добавляют в пробу в количестве 5% от объема пробы топлива, доводят до однородной консистенции, отстаивают до полного разделения, замеряют показатель преломления экстракта, взятого с нижнего слоя, и определяют суммарное содержание двух присадок по следующей зависимости:

где С_сум - суммарное содержание присадок, мас.%; K₁=3,333 и К₂=4,5589 - эмпирические коэффициенты, полученные по результатам экспериментальных исследований; - измеренный показатель преломления экстракта; а количество присадки Агидол-1 оценивают по разности двух расчетных величин С_сум и С_X.