Способ определения температуры помутнения дизельных топлив

Изобретение относится к области контроля качества топлив и может быть использовано для определения температуры помутнения дизельных топлив. Способ заключается в том, что анализируемый образец вводят в измерительную ячейку, размещают ее в криостатированную камеру, в которой образец предварительно нагревают, а затем подвергают не менее пяти циклам «охлаждение-нагрев», поддерживая в каждом цикле разную скорость изменения температуры и записывая для каждого цикла «охлаждение-нагрев» кривую зависимости, показывающую изменение удельного теплового потока, поступающего из образца при его охлаждении и получаемого образцом при его нагревании, как функцию температуры, на каждой из которых фиксируют температуру начала кристаллизации (Т_нк^Vi) анализируемого образца, температуру застывания (Т_з^Vi) и температуру окончания плавления твердой фазы (Т_оп^Vi). Дополнительно строят графические зависимости изменения Т_нк^Vi и Т_оп^Vi от скоростей охлаждения-нагрева (V_i), продлевают линии полученных зависимостей до точек пересечения с осью ординат, а половину суммы ординат этих точек принимают за температуру помутнения (Т_пом) анализируемого образца. Технический результат – повышение достоверности оценки температуры помутнения дизельных топлив. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к способам контроля качества топлив, в частности к способам определения температуры помутнения дизельных топлив с применением дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях при производстве дизельных топлив, в лабораториях контроля качества топлива, в организациях нефтепродуктообеспечения, а также в научно-исследовательской работе.

В настоящее время в требованиях ГОСТ 32511-2013 [1 - ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) Топливо дизельное ЕВРО Технические условия] и ГОСТ Р 52368-2005 [2 - ГОСТ Р 52368-2005 (EN 590:2004) Топливо дизельное ЕВРО Технические условия] температуру помутнения зимнего и арктического дизельного топлива определяют визуальным способом [3 - EN 23015:1994 Нефтепродукты. Определение температуры помутнения].

В существующем стандартном методе оценки температуры помутнения нефтепродуктов (ЕН 23015) при охлаждении образца топлива поддерживается постоянная скорость охлаждения (от 1 до 5°С/мин).

Известно, что чем медленнее скорость охлаждения топлива, тем при более высокой температуре в топливе начинается процесс кристаллизации углеводородов [4 - Сафонов А.С., Ушаков А.И., Гришин В.В. Химмотология горюче-смазочных материалов. - М., НПКИЦ, 2007, с. 177]. В реальных условиях скорость изменения температуры окружающего воздуха может составлять от 1°С/час до 8°С/час, т.е. от 0,017°С/мин до 0,13°С/мин, что гораздо ниже, чем в стандартном методе определения температуры помутнения, следовательно этот метод оценки не позволяет с высокой достоверностью определять температуру помутнения дизельных топлив, характеризующую температуру, при которой в топливе начинают образовываться кристаллы н-парафинов, и которая в конечном итоге может повлиять на прокачиваемость топлива в различных условиях при отрицательных температурах [5 - Гришин Н.Н., Середа В.В. Энциклопедия химмотологии. - М.: Издательство «Перо», 2016, с. 701].

Перед авторами стояла задача разработать способ, позволяющий с высокой достоверностью определять температуры помутнения дизельных топлив.

При просмотре источников научно-технической и патентной информации были выявлены технические решения, позволяющие определять температуру помутнения дизельных топлив.

Известен способ исследования низкотемпературных свойств многокомпонентных жидкостей, включающий охлаждение кюветы с жидкостью с использованием двух термоэлектрических модулей, первый из которых имеет тепловой контакт с кюветой и имеет возможность регулирования тока электрического модуля, измерение температуры жидкости и регистрацию температурно-зависимых физических параметров жидкости [6 - RU Патент №2183323 G01N25/04, 2001].

Однако, данный способ обеспечивает охлаждение кюветы с образцом топлива только до температуры минус 70°С, что может оказаться недостаточным для определения температуры помутнения арктических дизельных топлив. Также к недостаткам способа можно отнести следующее: скорость охлаждения, от которой зависит достоверность определения температуры помутнения, не регулируется, а ограничивается временем, рассчитанным на один цикл измерения, и зависит от теплоемкости термоаккумулирующего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ определения точки исчезновения кристаллов нефтепродуктов, заключающийся в том, что через анализируемый образец при его постепенном охлаждении, а затем нагревании пропускают оптический луч и записывают кривую, показывающую изменения силы света, принятого приемником, как функцию температуры, и, исходя из этой кривой, определяют точку исчезновения кристаллов, которую принимают за температуру помутнения [2 - RU Патент №2291426 G01N 33/28, 2006. - прототип].

Недостатком прототипа является то, что при определении в образце топлива температуры появления первых кристаллов и температуры окончания кристаллизации, охлаждение образца топлива ведут при высокой скорости (от 10°С/мин до 15°С/мин), а последующее нагревание - при скорости « 2°С/ мин [2 - с. 11-12], и точку исчезновения кристаллов определяют по кривой обнаружения, не учитывая при этом скорость охлаждения топлива в реальных условиях.

Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки температуры помутнения дизельных топлив.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения температуры помутнения дизельного топлива, включающем размещение залитого в измерительную ячейку образца в криостатированной камере, в которой производят его охлаждение и нагревание, записывая кривую зависимости температуры образца от характеристического показателя, согласно изобретению, в качестве характеристического показателя используют значение удельного теплового потока, анализируемый образец предварительно нагревают до 50°С, после чего подвергают не менее пяти циклам «охлаждение-нагрев», поддерживая в каждом цикле разную скорость изменения температуры в пределах от 2°С/мин до 20°С/мин и записывая для каждого цикла «охлаждение-нагрев» кривую зависимости, показывающую изменение удельного теплового потока, поступающего из образца при его охлаждении и получаемого образцом при его нагревании, как функцию температуры, на каждой из которых фиксируют температуру начала кристаллизации (T_нк^Vi) анализируемого образца, температуру застывания (T_з^Vi) и температуру окончания плавления твердой фазы (T_оп^Vi), дополнительно строят графические зависимости изменения T_нк^Vi и T_оп^Vi от скоростей охлаждения-нагрева, продлевают линии полученных зависимостей до точек пересечения с осью ординат, а половину суммы ординат этих точек принимают за температуру помутнения (Т_пом) анализируемого образца, а также тем, что в первом цикле «охлаждение-нагрев» принимают скорость изменения температуры (V_i) равной 20°С/ мин, а в последующих четырех - равной 10°С/мин, 8°С/мин, 5°С/мин, 2°С/мин.

Сущность заявляемого способа поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 представлена кривая зависимости изменения удельного теплового потока при охлаждении и нагревании образца дизельного топлива в криостатированной камере со скоростью 20°С/мин от температуры образца. Линия 1 отражает изменение удельного потока, поступающего из образца при его охлаждении, на которой указаны T_HK^Vi при разных скоростях охлаждения (V_i=10, 8, 5, 2°С/мин), а линия 2 - изменение удельного потока, получаемого образцом при его нагревании, на которой указаны T_on^Vi при разных скоростях нагрева (V_i=10, 8, 5, 2°С/мин). Точка Т_нк²⁰ характеризует температуру начала кристаллизации образца, точка (Т_з²⁰) - температуру застывания, а Т_оп²⁰ - температуру окончания процесса плавления твердой фазы. Фиксирование точки Т_з²⁰ необходимо для прекращения охлаждения образца, после которого следует процесс нагрева. Кривую зависимости записывают для каждого цикла «охлаждение-нагрев» и фиксируют на графике точки Т_нк^Vi, Т_з^Vi и Т_оп^Vi.

На фиг. 2 представлена графическая зависимость температур Т_нк^Vi и Т_оп^Vi образца топлива от скорости (V;) охлаждения-нагрева. Точки пересечения с осью ординат обозначены как T₁ и Т₂.

Различные скорости изменения температуры (20, 10, 8, 5, 2°С/мин) охлаждения-нагрева использованы потому, что в реальных условиях эксплуатации техники скорость изменения температуры дизельного топлива, залитого в бак, зависит от изменения температуры окружающего воздуха. Кроме того анализируемый образец подвергают (без замены) нескольким циклам охлаждения-нагрева, что также присуще натуральным условиям.

В заявляемом способе измерение удельного теплового потока, поступающего из образца при его охлаждении и получаемого образцом при его нагревании, осуществлено с использованием прибора ДСК (фирмы NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix), программное обеспечение которого предусматривает задание скоростей охлаждения и нагрева, регистрацию температур Т_нк^Vi, Т_з^Vi и Т_оп^Vi [3 - https://www.netzsch-thermal-analysis.com/m/produkty-reshenija/differencialnaja-skanirujushchaja-kalorimetria/dsc-204-f1-phoenix/ (дата обращения: 20.06.2018)].

Способ определения температуры помутнения дизельных топлив осуществляется следующим образом.

Пример. Образец арктического дизельного топлива ДТАЗ-В-К5 по СТО 08151164-0157-2014 помещают в измерительную ячейку, взвешивают на аналитических весах и фиксируют массу образца (14,80 г), после чего ячейку герметично закрывают крышкой и помещают на один из сенсоров теплового потока прибора ДСК, на другой сенсор помещают пустую герметичную ячейку. Задают температуру предварительного нагрева до 50°С, охлаждения от 50°С до минус 160°С, нагревания от минус 160°С до 50°С (температуры выбраны из практики данных изменения температуры арктических дизельных топлив), скорость изменения температуры - 20°С/мин и массу анализируемого образца - 14,80 г.

В соответствии с программным обеспечением ДСК получают кривую зависимости (фиг. 1), показывающую изменение удельного теплового потока, поступающего из образца при его охлаждении и получаемого образцом при его нагревании, как функцию температуры и фиксируют Т_нк²⁰, Т_з²⁰ и Т_оп²⁰ при заданной скорости охлаждения и нагрева 20°С/мин.

Не вынимая образец из прибора, после завершения первого цикла «охлаждение-нагрев», задают другую скорость изменения температуры - 10°С/мин. Аналогично первому циклу получают значения температуры Т_нк¹⁰, Т_з¹⁰ и Т_оп¹⁰ при скорости охлаждения и нагрева 10°С/мин.

Процесс испытания анализируемого образца непрерывно проводят при скоростях изменения температуры 8°/мин, 5°/мин, 2°/мин.

Результаты определения температуры Т_нк^Vi и Т_оп^Vi в образце анализируемого дизельного топлива при различных скоростях изменения температуры приведены в таблице 1.

Получив значения температур Т_нк^Vi и Т_оп^Vi при разных скоростях изменения температуры охлаждения и нагревания дополнительно строят график зависимостей полученных значений температур Т_нк^Vi (завис. 3) и Т_нк^Vi и Т_оп^Vi завис. 4) от скоростей охлаждения-нагрева (фиг. 2).

Продлевают линии 3 и 4 полученных зависимостей до пересечения с осью ординат (точки Ti и Т₂). Фиксируют значения температуры фазовых состояний в этих точках: Т1=-67,0°С, Т2=-66,2°С.

Половина суммы этих значений составляет -66,6°С, которую принимают за Т_пом анализируемого образца топлива.

Заявленным способом в лабораторных условиях были получены результаты для 3 образцов топлива, приведенные в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что полученные по заявляемому способу значения Т_пом для образцов топлива №1-№3 имеют отклонения от температуры помутнения, полученных по стандартному методу, в пределах допустимых погрешностей. Кроме того, несколько завышенные значения Т_пом анализируемых дизельных топлив обеспечивают более надежную эксплуатацию двигателей при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Заявляемую совокупность существенных признаков способа, изложенную в формуле изобретения, авторы не выявили из источников патентной и научно-технической информации, что позволяет считать техническое решение, отвечающим признакам условий патентоспособности: новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость.

Таким образом, применение изобретения позволит повысить достоверность определения температуры помутнения дизельных топлив, что обеспечит надежную эксплуатацию двигателей при отрицательных температурах окружающего воздуха, в том числе и в экстремальных условиях Арктики.

1. Способ определения температуры помутнения дизельного топлива, включающий размещение залитого в измерительную ячейку образца в криостатированной камере, в которой производят его охлаждение и нагревание, записывая кривую зависимости температуры образца от характеристического показателя, отличающийся тем, что в качестве характеристического показателя используют значение удельного теплового потока, анализируемый образец предварительно нагревают до 50°С, после чего подвергают не менее пяти циклам «охлаждение-нагрев», поддерживая в каждом цикле разную скорость изменения температуры в пределах от 2°С/мин до 20°С/мин и записывая для каждого цикла «охлаждение-нагрев» кривую зависимости, показывающую изменение удельного теплового потока, поступающего из образца при его охлаждении и получаемого образцом при его нагревании, как функцию температуры, на каждой из которых фиксируют температуру начала кристаллизации (T_нк^Vi) анализируемого образца, температуру застывания (T_з^Vi) и температуру окончания плавления твердой фазы (T_оп^Vi), дополнительно строят графические зависимости изменения T_нк^Vi и T_оп^Vi от скоростей охлаждения-нагрева (V_i), продлевают линии полученных зависимостей до точек пересечения с осью ординат, а половину суммы ординат этих точек принимают за температуру помутнения (Т_пом) анализируемого образца.

2. Способ определения температуры помутнения дизельного топлива по п. 1, отличающийся тем, что в первом цикле «охлаждение-нагрев» принимают скорость изменения температуры (V_i) равной 20°С/мин, а в последующих четырех - равной 10°С/мин, 8°С/мин, 5°С/мин, 2°С/мин.