3.4 Озондаудың гидрлеу процесіне әсері

Қазіргі таңдағы кезек күттірмейтін мәселелердің бірі көлікті транспорттың экологиялық қауіпсіздігі болып табылады. Іштен жану двигательдерінен шығатын газдардың қоршаған ортаға және адамға антропогендік әсері алдымен күкірт оксидінің, күйе бөлшектерінің және концерогенді заттардың (пирендер мен бензиперендер) мөлшерімен сипатталады [98,99].

Өткен жүзжылдықтың аяғынан бастап дизельді қозғалтқышпен қозғалатын жеңіл автомобильдердің саны күннен күнге артуда [100]. Зерттеушілердің ойынша, осындай тенденция XXI ғасырдың алғашқы онжылдығына дейін сақталады. Дизель отынындағы күкірт мөлшерін бір ретке төмендету қажеттілігі дәстүрлі гидротазалау технологиясында капиталды және эксплуатациялық шығындардың өсуіне алып келеді. Дизельді отынның өндірісінде шығындалудың өсуі жүйедегі сутектің парциалды қысымының өсуі мен қондығылардың өнімділігінің төмендуімен сипатталады [101-103]. Осы себептерге байланысты қазіргі таңда мотор отынындағы күкіртті және аренді қосылыстарды жою үшін баламалы технологияларды іздестіру өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Ғылыми-техникалық әдебиеттердің мәліметтерін жалпылау барысында мұнай фракцияларын күкіртсіздендірудің дәстүрлі процестерін дамытумен қатар күкірттен арылудың көптеген жаңа өзгеше әдістерінің жасалып жатқанын ескеру қажет: мұнай фракцияларындағы [104-105] күкірторганикалық қосылыстар мен арендердің экстрациялық дистилляциясы, ультрадыбыс [106] пен биотехнологияны [107] пайдалану.

Озондау мұнай фракцияларын күкіртсіздендірудің дәстүрлі емес әдістерінің бірі болып табылады, ол дизель фракцияларының құрамына кіретін күкіртті қосылыстар мен полициклді арендерге озонның таңдамалы электрофильді қосылуына негізделеді [108-110].

Осындай бағыттағы зерттеу жұмыстары озондау өнеркәсіптерінде және лабораториялық тәжірибелерде кеңінен қолданылады. Бұл жұмыста мотор отынын озон- ауалы қоспамен күкіртсіздендіру арқылы төмен температура мен төмен қысымда сульфондар мен сульфоксидтер бөлетіні қарастырылған [111]. Органикалық қосылыстарды озондаудың механизмі мен кинетикасы қарастырыла отырып, озонның органикалық қосылыстармен реакциясы бөлме температурасына жақын температурада тез және аз энергия активациясымен жүретіні анықталды [112-113].

Жоғары сапалы мотор отындары мен майларды алу түсінігінде мұнай дистилляттарын гетероатомды, ең бірінші қатарда күкіртті және полициклді ароматты компоненттерден, оның ішінде озонмен белсеңді әрекеттесетін қосылыстардан базалу тазарту заманауи технологияларды қажет етеді. Осы мақсатпен тура айдалған және тауарлы дизель фракцияларын озондау процесі ЕУИА 941.711.001№143-94 озонаторында 30-90 мин уақыт интервалында, 0,125 л/мин, 0,250 л/мин, 0,5 л/мин көлемдік жылдамдықпен жүргізілді. Озондау қалыпты қысымда, бөлме температурасында жүзеге асты.

Алынған нәтижелер келесі кестеде берілген.

33-кесте – «Жанажол» кен орнынан алынған бастапқы және озондалған тура айдалған дизель отыны көрсеткіштері

Көрсеткіштері	Бастап-қы ДО	Гидрлен-ген ДО	0,125 л/мин			0,25л/мин			0,5л/мин
			30 мин	60 мин	90мин	30мин	60 мин	90мин	30мин	60 мин	90мин
20 ° С-дегі тығыздығы, кг/м3	0,801	0,803	0,798	0,797	0,799	0,800	0,800	0,799	0,799	0,798	0,798
Йодтық саны	28,8	28,0	26,4	21,2	24,2	23,8	23,0	23,2	24,4	22,0	22,2
Цетан индексі	51,9	52,6	54,6	55, 05	54,9	54,5	54,8	54,9	54,9	55,01	55,02
Сыну көрсеткіші, nD	1,446	1,445	1,445	1,448	1,446	1,445	1,445	1,446	1,445	1,446	1,447
Лайлану темп-сы,С0	-30,3	-30,5	-27,0	-33,9	-29,2	-30,2	-28,2	-28,2	-28,2	-29,1	-28,2
Фильтрлену темп-сы, С0	-36,1	-36,2	-34,7	-36,5	-36,1	-35,7	-34,9	-35,9	-35,7	-35,3	-35,9
Қату температурасы,С0	-42,2	-42,7	-40,7	-43,4	-41,4	-41,9	-42,0	-41,1	-41,0	-41,4	-42,4
Күкірт мөлшері	0,1000	0,0240	0,0080	0,0040	0,007	0,019	0,020	0,019	0,016	0,019	0,022
Cутектің жұтылу көлемі,см3	-	58,99	59,55	70,4	69,0	60,2	63,9	66,0	63,88	66,5	67,3
Қайнаудың басталуы	147	166	167	175	174	160	166	169	170	169	171
50% айдалу темп-сы,С0	220	225	235	248	248	236	235	238	232	235	239
90% айдалу темп-сы,С0	270	273	273	281	280	274	276	279	278	280	281

Кесте мәліметтеріне сүйенсек, дизель отынының барлық физикалық-химиялық көрсеткіштер өзгерген. Озон-ауа қоспасының жылдамдығы жоғарылаған сайын фрациялардағы цетан саны артатыны анықталған: 51, 9 < 52,6 < 54,5<54,6 <54,8<54,9 <55,01<55,02< 55 05. Тығыздық мәні, керісінше, озондау процесінде төмендегені байқалады: 0,803 > 0,801 > 0,800 > 0,799 > 0,798 > 0,797. Йод саны, сәйкесінше, бастапқы дизель отынында 28,8 болса, тікелей гидрлеген соң 28,0-ге, ал озондағаннан соң тағы біршама азайған: 26,4 (0,125 л/мин, 30 мин) > 22,0 (0,5 л/мин, 60 мин) > 26,4 (0,125 л/мин, 30 мин). Озон-ауалы қоспаның көлемдік жылдамдығы көбейген сайын жалпы сутектің жұтылу көлемі де көбееді. Тікелей гидрлеуде жалпы сутектің жұтылу көлемі 58,99 болса, озондау барысында 59,55; 63,88 (0,125л/мин, 30-60 мин) бен 70,4-ке (0,5л/мин, 30 мин) жоғарылаған. Дизель отынының фракциялық құрамы цетан саны өзгерісіне сәйкес жақсарғаны байқалған.

Фракциялардың қайнауының басталуын сипаттайтын «бірінші тамшы температурасы» озондау процесі барысында жоғарылағаны байқалған, С⁰:147>160>166>167>169>170>171>174>175. Зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, 50% және 90% айдалу температураларының өзгерісі келесі графикте берілген.

Cурет 20 – Жанажол кен орнының дизель фракциясының 50% және 90% айдалу температурасының озондау жағдайына байланысты өзгеруі:

1-Бастапқы ДО,

2-Тікелей гидрленген ДО;

3-0,125 л/мин, 30 мин озондалған ДО;

4-0,125 л/мин, 60 мин озондалған ДО;

5-0,125 л/мин, 90 мин озондалған ДО;

6-0,25л/мин, 30 мин озондалған ДО;

7-0,25л/мин, 60 мин озондалған ДО;

8-0,25л/мин, 90 мин озондалған ДО;

9-0,5л/мин, 30 мин озондалған ДО;

10-0,5л/мин, 60 мин озондалған ДО;

11-0,5л/мин, 90 мин озондалған ДО;

Бастапқы қайнау температурасының жоғарлауы жану қысымының артып қозғалтқыш жұмысын ауырлатуына әкелетін жеңіл фракциялардың шамалы азаюы дизель отынының эксплуатациялық қасиетіне оң әсер етеді. Ал 50% және 90% айдалу температурасының жоғарлауы «Л» маркалы дизель отынына қойылатын талапты қанағаттандырады. Озон-ауа қоспасының жіберу жылдамдықтарының ішінде 0,125 л/мин, 60 мин уақыт жағдайында өңделген дизель отыны басқалармен салыстырғанда жоғары нәтижеге ие болған, ол бастапқы 270 пен 220-дан сәйкесінше 248 бен 281-ге дейін жоғарылаған.

Cурет 21 – Жанажол кен орнының дизель отыны құрамындағы күкірт мөлшерінің процесс жағдайына байланысты өзгеруі:

1-Бастапқы ДО,

2-Тікелей гидрленген ДО;

3-0,125 л/мин, 30 мин озондалған ДО;

4-0,125 л/мин, 60 мин озондалған ДО;

5-0,125 л/мин, 90 мин озондалған ДО;

6-0,25л/мин, 30 мин озондалған ДО;

7-0,25л/мин, 60 мин озондалған ДО;

8-0,25л/мин, 90 мин озондалған ДО;

9-0,5л/мин, 30 мин озондалған ДО;

10-0,5л/мин, 60 мин озондалған ДО;

11-0,5л/мин, 90 мин озондалған ДО;

Суреттен көрінгендей тура айдалған дизель отыны құрамындағы күкірт мөлшері 0,1-ге тең болды, ал гидрлеу процесінен кейін күкірт мөлшері 0,024-ке дейін азайды. Ал «Жанажол» кен орнының бастапқы дизель фракциясын 0,125 л/мин көлемдік жылдамдықпен және 30-60 мин аралығында озондау күкірттің сәйкесінше 0,008 және 0,004 дейін азаюына алып келді. Бұл озонолиз процесінің дизель құрамындағы «экологиялық» көрсеткіш – күкірт мөлшерінің азаюына ықпал ететінін дәлелдейді.

«ПМӨЗ» алынған дизель фрацияларының озонолиз процесі 30-90 минут уақыт аралығында және озон-ауалы қоспаның 0,125л/мин, 0,25л/мин, 0,5л/мин көлемдік жылдамдығы жағдайында жүзеге асырылды.

35-кесте – «ПМӨЗ» алынған бастапқы және озондалған тауарлы дизель отынының көрсеткіштері

Көрсеткіштер	Бастап-қы ДО	Гидрлен-ген ДО	0,125л/мин, мин			0,25л/мин, мин			0,5л/мин, мин
			30	60	90	30	60	90	30	60	90
20 ° С-дегі тығыздығы, кг/м3	0,825	0,830	0,841	0,845	0,844	0,838	0,839	0,838	0,834	0,828	0,831
Йодтық саны	17,2	16,8	17,7	17,8	14,2	12,2	10,2	4,8	5,8	4,4	4,8
Цетан индексі	51	53,5	53,5	53,3	52,8	54,3	53,1	54,1	55,3	54,9	57,2
Сыну көрсеткіші, nD	1,4647	1,4625	1,462	1,464	1,464	1,462	1,464	1,464	1,465	1,463	1,464
Лайлану температурасы,С0	-7	-8,3	-16	-9,4	-12,7	-14	-13	-11,2	-9,7	-15,9	-11,2
Фильтрлену температурасы, С0	-9,3	-10,5	-17,5	-11,7	-14,4	-16	-14,9	-12,9	-11,9	-17,3	-12,8
Қату температурасы,С0	-12,4	-14,1	-20,5	-15	-16,7	-18,4	-17,5	-15,3	-14,5	-19,4	-15
Күкірт мөлшері	0,05	0,046	0,027	0,025	0,023	0,024	0,023	0,019	0,012	0,023	0,023
Сутектің жұтылу көлемі, см3	-	46,85	57,58	51,57	22,57	53,54	54,57	49,28	77,04	71,31	59,76
Фракциялық құрамы:
Қайнаудың басталуы, С0	155	189	211	235	212	177	177	180	214	226	228
50% айдалу температурасы, С0	263	265	284	290	285	271	278	282	280	268	284
90% айдалу температурасы, С0	346	298	299	307	310	283	297	301	327	310	315

Зерттеу нәтижелерінен көрініп тұрғандай, озон-ауа қоспасының жылдамдығы жоғарлаған сайын озондау процесі тереңірек жүретіні байқалған және осыған байланысты дизель фракцияларының физико-химиялық көрсеткіштері де едәуір өзгерген. Дизель отынын озондау барысында сыналған жылдамдықтардың ішінде 0,5л/мин озон-ауа қоспасының көлемдік жылдамдығында және 30 мин уақытта сутектің максималды мөлшері (77,04 см³) жұтылған және осы жағдайда озондалған дизель отыны басқалармен салыстырғанда жоғары нәтижеге ие болған. Атап айтқанда: цетан индексі бастапқы 51-ден 55,3-ке артқан; сыну көрсетіші 1,4647-ден 1,4650-ге төмендеген. Дизель отынының температуралық қасиеттерін сипаттайтын бастапқы қату, лайлану және фильтрлену температуралары сәйкесінше -12,4; -7; -9,3 мәндеріне тең болды, ал озондағаннан соң -14,5; -9,7; -11,9 мәндеріне ие болды. Келесі диаграммада тауарлы дизель отынының йод саны мен тығыздығының озондау мөлшеріне тәуелді өзгеруі берілді.

Cурет 22 – Йод саны мен тығыздықтың озондау жағдайына тәуелді өзгеруі:

1-бастапқы ДО; 2-тікелей гидрленген; 3- 0,125л/мин, 30 мин озондалған ДО; 4- 0,25л/мин, 60 мин озондалған ДО; 5- 0,125л/мин, 90 мин озондалған ДО; 6- 0,25л/мин, 30 мин озондалған ДО; 7- 0,25л/мин, 60 мин озондалған ДО; 8- 0,25л/мин, 90 мин озондалған ДО; 9- 0,5л/мин, 30 мин озондалған ДО; 10- 0,5л/мин, 60 мин озондалған ДО; 11- 0,5л/мин, 90 мин озондалған ДО;

Еуро стандарттар бойынша қатаң қадағаланатын күкірт мөлшерінің өзгерісі келесі 5-гистограммада берілген.