Mgr Ewa Sabura



Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Jacek Pigłowski

Badanie dodatków uszlachetniających do benzyn silnikowych z zastosowaniem analizy termicznej

Słowa kluczowe dodatki uszlachetniające do benzyn silnikowych, zasady Mannicha, termograwimetria

Cele projektu

Projekt obejmuje istotne w aspekcie ochrony środowiska działania w kierunku zmniejszenia niekorzystnych skutków użytkowania benzyn silnikowych oraz poprawy jakości benzyn dla zapewnienia optymalnych warunków eksploatacji silników benzynowych. W niniejszej pracy planuje się przeprowadzenie badań nad zastosowaniem nowych dodatków detergentowych, głównie zasad Mannicha jako substancji aktywnych do pakietów dodatków do benzyn silnikowych. Głównym celem jest ocena wpływu budowy substancji detergentowej na właściwości dodatku uszlachetniającego do benzyn silnikowych.

Dla poprawy parametrów jakościowych benzyn silnikowych wprowadza się tzw. dodatki uszlachetniające w formie odpowiednio dobranej mieszaniny składników, nazwanej pakietem dodatków. Pakiety skutecznie usuwają osady z elementów silnika wyłącznie w połączeniu z dodatkiem detergentowym, który jest polimerem funkcyjnym z grupami aminowymi, amidowymi lub innymi grupami zawierającymi azot z wolną parą elektronową. Obecnie to zasady Mannicha stanowią nową generację substancji detergentowych. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się zasady Mannicha otrzymywane w procesie kondensacji alkilofenolu, aminy (poliaminy) i formaldehydu. Wprowadzane do paliwa dodatki detergentowe, po odparowaniu benzyny tworzą film na powierzchni elementów silnika i zapobiegają w ten sposób tworzeniu się osadów i nagarów, a także zmywają istniejące osady w układzie ssącym silnika spalinowego. Niestety stosowane dodatki również generują przyrost osadów w komorze spalania. Z tego względu, o ile czystość zaworów dolotowych jest możliwa w utrzymaniu, to nadmierna skłonność do tworzenia osadów w komorze spalania jednoznacznie ogranicza stosowanie dodatków uszlachetniających. W zakresie dodatków detergentowych konieczna jest zatem poprawa efektywności działania na zaworach co pozwoliłoby na zminimalizowanie ilości dozowanego pakietu do benzyny bazowej. Właściwy dobór substancji detergentowej nabiera więc szczególnego znaczenia. W związku z powyższym przedstawiony projekt współdziała z optymalizacją składu jakościowego i ilościowego pakietu dodatków detergentowych do benzyn silnikowych, co konsekwentnie przyczyni się do zmniejszenia masy osadów całkowitych w komorze spalania.

Planowane metody i narzędzia badawcze

Idealny pakiet dodatków, powinien charakteryzować się wysoką stabilnością termiczną i termooksydacyjną w warunkach (atmosfera, temperatura) układu dolotowego, a szybko i całkowicie spalać się w komorze spalania silnika, nie powodując tam przyrostu osadów (nagaru). Do charakterystyki materiałów przy zmianie temperatury, w szczególności w temperaturach „podwyższonych” stosuje się techniki termoanalityczne. Dlatego też, wybrano termograwimetrię jako metodę badawczą do oceny skłonności składników pakietów i pakietów omawianych dodatków do tworzenia osadów oraz do badania ich stabilności termicznej i termooksydacyjnej.

Niezbędna jest analiza składu chemicznego wybranych poliamid, stosowanych jako substancje detergentowe, w celu właściwej oceny wpływu budowy substancji detergentowej na właściwości pakietu. Analiza jakościowo-ilościowa zostanie przeprowadzona metodami: spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), chromatografia gazowa z detekcją spektrometrii mas (GC-MS) oraz alternatywnie spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (analiza widm 1H NMR i 13C NMR).

Charakterystyka właściwości fizykochemicznych wytypowanych do badań substancji detergentowych, m.in. zdolność emulgowania tłuszczu, zdolność ponownego zwilżania oraz napięcie powierzchniowe.

Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie

O zawartości toksycznych i szkodliwych składników w spalinach samochodowych decyduje jakość (skład) benzyn. Wyznacznikiem dla poprawy ich jakości jest m.in. Światowa Karta Paliw (World Wide Fuel Charter, December 2006) opracowana i aktualizowana przez międzynarodowe organizacje producentów samochodów (silników), którzy są zobowiązani do zmniejszenia emisji spalin. Według tego dokumentu benzyny silnikowe podzielono na cztery kategorie różniące się parametrami jakościowymi. Dla benzyn należących do drugiej kategorii oraz wyższych (3 i 4) wskazane są m. in. limitowane ilości osadów jakie mogą powstawać na zaworach dolotowych silnika i w komorze spalania. Wymagania te, zwłaszcza dla kategorii benzyn 3 i 4, jak dotąd nie zostały spełnione przez producentów paliw w Polsce, a są także trudne do spełnienia przez europejskich producentów paliw. Ograniczenie skłonności benzyn silnikowych do tworzenia osadów zapewni utrzymywanie w czystości jego elementów i przede wszystkim sprawne działanie silnika, a tym samym zmniejszy emisję szkodliwych substancji w spalinach samochodowych. Dlatego też wysokiej jakości benzyny silnikowe spełniające te wymagania są określane mianem „ekologiczne”, gdyż w znacznym stopniu zmniejszają negatywne skutki oddziaływania motoryzacji na środowisko naturalne.

Realizowany projekt zintensyfikuje prace badawcze prowadzone w obszarze dodatków uszlachetniających do benzyn silnikowych. Uzyskane wyniki- będą podstawą do podejmowania działań w kierunku poprawy jakości benzyn silnikowych dla zapewnienia optymalnych warunków funkcjonowania silników benzynowych. Projekt ten stwarza możliwość zainicjowania szerokiej współpracy z krajowymi producentami paliw przy aktywnym udziale polskich jednostek naukowych. Wynikami tej współpracy powinno być uruchomienie produkcji dodatków, pakietów dodatków o zwiększonej skuteczności działania oraz nowych gatunków benzyny o najwyższej jakości, zgodnie z wymaganiami Światowej Karty Paliw. Możliwość zastosowania wyników badań w sektorze paliwowym jest jednoznaczna, przez co projekt ten sprzyja wzmocnieniu innowacyjności gospodarki regionu.

Literatura


  1. World Wide Fuel Charter, European Automobile Manufactures Association, December 2006

  2. M. Tramontini, L. Angiolini, CRC Press, 1994

  3. J. Jakóbiec, Journal of KONES Internal Combustion Engines, 2003, 10, 3-4;

  4. J. J. Lin, S. F Lin, Journal of Colloid and Interface Science, 2003, 258, 155-162

  5. M. Husnawan, et al., Applied Energy, 2009, 86, 2107–211

  6. Z. Ye, Q. Meng, et al., International Journal of Thermophysics, 2007, 28, 1056–1066

  7. A. Zanier, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2001, 64, 377-384

  8. Z. Liu, et al., Fuel Chemistry Division, 2002, 47(2), 578





dol