Материал: Дослідження процесів очищення вуглеводневих сумішей за допомогою глинистих матеріалів

Таблиця 3.5 - Мольний вміст вуглеводів у пробі бензину,  очищеного блакитною глиною.

Результати обробки даних хроматографічного аналізу, представлені на рисунках 3.2 - 3.5 та у таблицях 3.2 - 3.5 показують, що мольний вміст парафінів, ізопарафінів та ароматики для бензинів, очищених природнім сапонітом, зростає в порівнянні з контрольною пробою, а вміст нафтенів та олефінів навпаки зменшується. При очистці бензинів природнім бентонітом мольний вміст парафінів, ізопарафінів та нафтенів зменшується, вміст ароматики суттєво зменшується, а саме в 4 рази, а вміст олефінів помітно зростає в 4 рази. Після очистки бензину А-92 блакитною глиною масовий вміст парафінів, ізопарафінів та нафтенів зріс, а ароматики та олефінів - зменшився, в порівняні з контрольною пробою. В результаті цього відбувається зміна вагових співвідношень окремих вуглеводневих фракцій у очищеному бензині А-92 в порівнянні з контрольною вихідною пробою (рисунки 3.2 - 3.5). Але основним наслідком очистки бензину природними глинистими матеріалами, зокрема сапонітом та блакитною глиною, є підвищення вмісту ароматичних фракцій, особливе помітне при застосуванні сапоніту, від 30,8% до 38,2%, і відповідне зростання октанового числа бензину. Так, при очистці бензину А-92 блакитною глиною октанове число змінилось від 91,48 до 94,67. Використання бентоніту призвело до зниження октанового числа, тому й цей глинистий матеріал не доцільно використовувати у подальших дослідженнях.

Суттєві відмінності у значеннях октанового числа та вмісті вуглеводневих фракцій бензину А-92 після очищення в багато чому подібними глинистими матеріалами можна пояснити наступним чином. Глинисті матеріали, хоча й мають подібні елементи структури, але разом з тим відрізняються один від одного способом з’єднання цих елементів у структурні пакети, природою та енергією зв’язку між пакетами і іншими структурними особливостями [9]. Це й обумовлює різноманіття колоїдно-хімічних властивостей глинистих матеріалів, а саме різні структурно-адсорбційні характеристики.

Слід також враховувати, що досліджені природні глини можуть відрізнятись за пористою структурою. Так, зокрема, досліджений бентоніт мав у своїй структурі здебільшого макропори, а сапоніт - мікро- та мезопори. Наявність на поверхні глинистих матеріалів різного типу пор впливає на їх адсорбційні, дифузійні, капілярні та інші властивості і визначає перебіг адсорбційних процесів на них.

Хоча найбільше підвищення октанового числа бензину А-92 спостерігалось при очищенні блакитною глиною, вона не буде використовуватись у подальшому для створення адсорбенту для очищення вуглеводневих сумішей. В першу чергу це обумовлено сильною зміною кольору та стану глини після витримки у бензині. Колір бензину з біло-жовтого змінився на темно-жовтий, а сама глина наче «скам’яніла», тобто використати в другий раз цю глину вже було неможливо. До того ж поклади блакитної глини на території Хмельницької області хоча й доволі розповсюджені, але мають незначні обсяги з огляду на промислове видобування.

Доцільність використання для створення селективного адсорбенту природного сапоніту пов’язане в першу чергу з його значними покладами, так і з тим, що він має розвинену пористу структуру, яка містить мікро- і мезопори.

3.2 Очищення вуглеводневих сумішей за допомогою модифікованих сапонітів

У наступній серії експериментів очистка бензину А-92 проводилась сапонітами, які пройшли модифікування, а саме обробку поверхні полісилоксанами, а саме полідиметилсилоксану (ПДМС) та полісилоксану (ПС). У результаті модифікування органосилоксанами гідрофільна поверхня природних алюмосилікатів стає гідрофобною, що пояснюється природою модифікатора, і забезпечує необхідну селективність адсорбенту по відношенню до молекул з локально зосередженою електронною густиною за рахунок регулювання внесків енергії специфічної і неспецифічної міжмолекулярної взаємодії у системі адсорбат-адсорбент. Зміна адсорбційних властивостей алюмосилікату при модифікуванні органосилоксанами визначає вибірковість дії та селективність модифікованого матеріалу по відношенню до нафтопродуктів та органічних речовин [11, 26, 29].

Результати експериментів по очищенню бензину А-92 природніми сапонітами, модифікованими ПДМС та ПС наведено у 3.6 - 3.8 та на рисунках 3.6 - 3.8.

Таблиця 3.6 - Показники октанового числа та вмісту ароматичних фракцій бензину марки А-92, очищеного природними модифікованими сапонітами.

На рисунках 3.7 - 3.8 наведено детальний вуглеводневий склад (у %) зразків очищених бензинів, одержаний на основі обробки даних хроматографічного аналізу.

Рисунок 3.6 - Показники октанових чисел за дослідницьким та моторним методами бензину А-92, очищеного природними сапонітами, модифікованими ПДМС та ПС.

Рисунок 3.7 - Ваговий вміст (у %) вуглеводнів у пробі бензину, очищеного природним сапонітом, модифікованим ПДМС.

Рисунок 3.8 - Ваговий вміст (у %) вуглеводнів у пробі бензину, очищеного природним сапонітом, модифікованим ПС.

В таблицях 3.7 - 3.8 наведено мольний вміст вуглеводнів в очищеному природними сапонітами ПДМС та ПС.

Таблиця 3.7 - Мольний вміст вуглеводів у пробі бензину, очищеного природним сапонітом, модифікованим ПДМС.

Таблиця 3.8 - Мольний вміст вуглеводів у пробі бензину, очищеного природним сапонітом, модифікованим ПС.

Проаналізувавши результати таблиць 3.2, 3.3, 3.7, 3.8 можна зробити висновок, що мольний вміст парафінів, ізопарафінів та ароматики для бензинів, очищених природними сапонітами, модифікованими ПДМС та ПС, зростає в порівнянні з контрольною пробою, одночасно з тим зменшується мольний вміст нафтенових та олефінових вуглеводнів. Як результат суттєве зростання октанового числа для бензину А-92, очищеного зразками сапоніту, модифікованого полісилоксанами. Тоді як октанове число вихідного бензину становило 91,48, то для бензину, очищеного сапонітом, модифікованого ПДМС, - 102,42, а при використанні сапоніту, модифікованого ПС - 99,49.

Помітне підвищення адсорбційної здатності сапонітів, модифікованих ПДМС та ПС, в порівнянні з природнім сапонітом можна пояснити розсуванням структурних елементів мінералу при впровадженні модифікатора у міжпакетний простір. При використанні для модифікування довго ланцюгових органічних сполук відбувається набухання глин у процесі впровадження адсорбованих молекул модифікатора у міжпакетний простір. У роботах [11, 26] відмічається, що органоглини, модифіковані довго ланцюговими органічними сполуками ефективні для сорбції барвників та неполярних і ароматичних вуглеводнів.

Електронно-мікроскопічні знімки поверхні зразків природного та модифікованого полісилоксанами сапоніту показують, що при модифікації не відбулось злипання частинок глини та утворення суцільної плівки модифікатору. Після модифікування сапоніт зберіг свою шарувату структуру у вигляді ізометричних тонко дисперсних плитчастих частинок.

а)

б)

а) природний, модифікований ПДМС і ПС; б) кислотно активований, модифікований ПДМС і ПС.

Рисунок 3.9 - Мікрофотографії СЕМ зразків сапоніту.

У [11] наголошується на тому, що результати електронно-мікроскопічних досліджень поверхні вермикуліту, обробленого органосилоксанами, доводять орієнтацію полісилоксанових плівок по краям пластин і активним зонам для сорбції води, при цьому не відбувається утворення суцільного покриття модифікатором і закупорювання міжпакетного простору.

Важливими показниками нафтопродуктів, і зокрема бензинів, є середнє значення молекулярної маси, відносна густина (залежать від фракційного складу) та тиск насиченої пари [7, 8]. Ці показники пов’язані з такою суттєвою характеристикою бензинів як випаровуваність. Тиск насиченої пари і фракційний склад визначають пускові властивості бензину, їх схильність до утворення парових пробок, фізичну стабільність. Пускові властивості бензинів погіршуються зі зниженням тиску їх насичених парів, а при тиску на рівні 34 кПа концентрація парів бензину у робочій зоні настільки мала, що запуск двигуна стає неможливим.

Вимоги до фракційного складу та тиску насиченої пари бензинів визначаються конструкцією автомобіля та кліматичними умовами його експлуатації. Потрібно як забезпечити пуск двигуна при низьких температурах, так і попередити порушення у роботі двигуна, пов’язані з утворенням парових пробок при високих температурах. Пускові властивості бензину залежать від вмісту у ньому легких фракцій, який може бути визначений за тиском насиченої пари і температурі перегонки 10% бензину чи об’єму легких фракцій, які википають при температурі до 70 °С. Чим нижче температура повітря, тим більше легких фракцій потрібно для запуску двигуна.

Від фракційного складу залежать такі показники як швидкість прогріву двигуна, його розгінна динаміка, зношення циліндро-поршневої групи. Найбільш суттєвий вплив на ці показники має температура перегонки 50% бензину. Для нормальної роботи двигуна велике значення має повнота випаровування палива, яка характеризується температурою перегонки 90% бензину і температурою кінця кипіння.