К вопросу об определении содержания металлов в нефтепродуктах

УДК 665.02:669

К ВОПРОСУ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛОВ

В НЕФТЕПРОДУКТАХ

Худашова Анастасия Ивановна, магистр, Пуляев Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент, Пильщиков Владимир Львович, кандидат технических наук, доцент; ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Российская Федерация

В статье рассмотрены методы определения концентрации металлов в автомобильных топливах. На основании проведенного анализа существующих методов определения содержания металлсодержащих продуктов в нефтепродуктах предложено для получения более достоверной информации об их наличии и концентрации в исследуемых образцах топлива использовать метод атомно-абсорбционной спектрометрии. Ключевые слова: атомная абсорбция; нефтепродукты; автомобильные топлива; атом-но-абсорбционная спектрометрия; концентрация металлов.

ON THE ISSUE OF DETERMINING THE CONTENT OF METALS IN PETROLEUM

PRODUCTS

Hudashova Anastasiya Ivanovna, master, Pulyaev Nikolaj Nikolaevich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Pil'shchikov Vladimir L'vovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor; Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article discusses methods for determining the concentration of metals in automobile fuels. Based on the analysis of existing methods for determining the content of metal-containing products in petroleum products, it is proposed to use the method of atomic absorption spectrometry to obtain more reliable information about their presence and concentration in the studied fuel samples.

Keywords: atomic absorption; petroleum products; automobile fuels; atomic absorption spectrometry; metal concentration.

Для цитирования: Худашова А.И., Пуляев Н.Н., Пильщиков В.Л К вопросу об определении содержания металлов в нефтепродуктах // Наука без границ. 2020. № 3(43). С. 76-81.

For citation: Hudashova A.I., Pulyaev N.N., Pil'shchikov V.L. On the issue of determining the content of metals in petroleum products // Nauka bez granic, 2020, no. 3(43), pp. 76-81.

В настоящее время в агропромышленном комплексе нашей страны объемы использования нефтепродуктов очень велики. До того, как производители сельскохозяйственной техники создадут и пустят в производство электрический трактор или комбайн, пройдет еще немало времени. Поэтому вопросы, связанные с качеством

топливно-смазочных материалов, используемых в сельскохозяйственной технике, остаются актуальными на сегодняшний день.

Наличие в топливах металлсодержащих продуктов чаще всего негативно влияет на их качество, но в то же время содержание металлов в нефтепродуктах, в особенности в составе

осадков, может являться индикатором износа или коррозии конструкционных материалов, а также загрязненности масел и топлива посторонними примесями [1-3].

Перечень элементов и фактический уровень их содержания в нефтепродуктах делает необходимым разработку методов определения в составе осадков и отложений, образующихся при применении нефтепродуктов, следующих элементов [4, 5]:

- железа, меди, хрома, никеля, марганца, свинца, олова, алюминия и цинка как элементов-индикаторов износа/коррозии металлических конструкционных материалов и привнесения их продуктов в состав осадков, отложений и нефтепродуктов;

- кальция, магния, натрия, калия и кремния, а также железа и алюминия как элементов-индикаторов загрязненности осадков, отложений и нефтепродуктов веществами атмос-ферно-почвенного происхождения;

- бария, молибдена, лития, кальция, магния и цинка как элементов-индикаторов наличия в нефтепродуктах, образующих осадки и отложения, примесей смазочных материалов;

- кобальта, вольфрама и молибдена как элементов-индикаторов привнесения в состав нефтепродуктов компонентов катализаторов, используемых при процессах нефтепереработки;

- ванадия как элемента-индикатора привнесения в состав нефтепродуктов гетероатомных компонентов нефтяного сырья.

- Рассмотрим основные методы определения содержания металлов в нефтепродуктах.

Определение содержания металлов в нефтяных топливах предписывается

как технологическими регламентами процессов их переработки (определение содержания ванадия, никеля, железа и серы), так и рядом нормативных документов на товарные топлива [2, 6]. В спецификациях ASTM нормируется содержание микроэлементов в дизельном топливе. Согласно требованиям современных стандартов автомобильный бензин и дизельное топливо не должны содержать присадок на основе соединений металлов, за исключением антистатических присадок, обусловливают необходимость мониторинга присутствия металлов в составе автомобильных бензинов и дизельных топлив. Определение концентрации ряда элементов предписывается типовыми программами квалификационных испытаний топлив для соответствующих видов техники [7].

Определение содержания металлов в составе осадков и отложений, образующихся в изделиях техники в связи с применением нефтепродуктов, принципиально может быть осуществлено рядом химических, физико-химических и физических методов [8, 9].

Использование химических методов, например, титриметрии, применимо в основном для определения меди, ванадия, свинца, кальция, бария, цинка и мышьяка. К физико-химическим методам определения относят фотометрию и полярографию. Указанные методы позволяют определять содержание довольно ограниченного круга входящих в состав нефтепродуктов элементов [10].

Среди физических методов выделяют атомно-абсорбционные, рентгено-спектральный и атомно-эмиссионный анализы, позволяющие решать задачи определения широкого спектра элементов.

Наиболее производительными, чувствительными и многоэлементными являются методы рентгено-флуорес-центного анализа и атомно-эмисси-онная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой. Но в связи с их высокой стоимостью они еще не получили достаточно широкого применения.

На основании анализа методов определения металлов можно сказать, что одним из наиболее информативных, оперативных и чувствительных, а также свободным от спектральных помех является метод атомно-абсор-бционной спектрометрии. Данный метод основан на измерении величин резонансного поглощения аналитических линий, содержащихся в атомных спектрах элементов и соответствующих источников излучения: ламп с полым катодом для каждого определяемого элемента, атомным паром, образующимся при атомизации растворов анализируемых проб. Преимуществом его можно считать простоту выполнения аналитических процедур и широкую распространенность соответствующего оборудования для исследования элементного состава осадков и отложений.

Пламенное атомно-абсорбционное определение микроэлементов в средних дистиллятах и остаточных топли-вах описано в методах по стандартам ШР391-91, ШР549-81, ЦЭР787-787, иОР848-84 и методах по стандартам иОР800-79, ASTM D 5863-00а (метод А) и 1Р 470/05 соответственно. Указанные методы включают проведение длительной процедуры минерализации анализируемых проб, в ходе которой возможны потери элементов, образующих летучие соединения, с последующим анализом водных растворов.

Прямые спектрометрические мето-

ды определения элементов в составе нефтепродуктов основаны на фото-метрировании растворов анализируемых проб в органических растворителях. Достоинством этих методов является существенно меньший объем пробоподготовки по сравнению с методами, включающими стадию минерализации анализируемых топлив, что снижает временные и трудозатраты. Прямые пламенные атомно-аб-сорбционные методы определения нескольких элементов в топливе для газовых турбин и в мазуте описаны в стандартах ASTM D 3605-00 и ASTM D 5863-00а (метод В). Наличие некоторых особенностей метода по ASTM D 3605-00, в частности, исключение из процедуры анализа операции разбавления анализируемых проб, затрудняет его реализацию при использовании спектрометров с ограниченным диапазоном регулировки подачи газов. Метод В по стандарту ASTM D5863-00а не позволяет осуществлять анализ проб остаточных топлив, содержащих частицы примесей, не растворимых в рекомендованных в методе растворителях - ксилолах, тетралине и смешанных парафино-ароматических растворителях [11].

В соответствии с Перечнем национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, необходимых для осуществления оценки соответствия, концентрацию железа в автомобильном бензине определяют по ГОСТ Р 52530-2006. Изложенный в указанном ГОСТ фотоколориметрический метод позволяет определять железо при его содержании в бензине от 10 до 100 мг/ дм3. Фактически достигаемая нижняя граница диапазона концентраций железа, определяемых указанным мето-

дом, не позволяет достоверно судить об отсутствии в образцах автомобильного бензина железа из состава его органических соединений и, следовательно, об отсутствии в составе бензина соответствующих присадок. Кроме того, фотоколориметрический метод трудоемок и требует дифференциации аналитических процедур при сопутствующем присутствии в составе бензина обладающих антидетонационными свойствами дополнительных компонентов - монометиланилина (ММА) и метил-третбутилового эфира (МТБЭ) - либо их композиции. Для получения более достоверной информации о наличии и концентрации железосодержащих присадок в исследуемых образцах бензина необходимо обеспечить возможность детектирования в составе последних железа в более низких концентрациях. Это может быть достигнуто при использовании более чувствительного аналитического метода, каким является метод атом-

но-абсорбционной спектрометрии. Именно данный метод предусмотрен вышеуказанными перечнями стандартов для определения в составе топлива свинца и марганца.

Вывод:

Проанализировав существующие методы исследования состава нефтепродуктов, мы пришли к выводу, что одним из наиболее информативных, оперативных и чувствительных, а также свободным от спектральных помех является метод атомно-абсорбцион-ной спектрометрии. С учетом простоты выполнения аналитических процедур и широкой распространенности соответствующего оборудования для исследования элементного состава осадков и отложений данный метод можно использовать для определения содержания перечисленных выше металлов в дизельном топливе, а также метода определения содержания железа в автомобильном бензине.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богданов В.С., Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С. Испытания и сертификация бензина по нормам Евросоюза. - М. : Автограф, 2018. - 114 с.

2. Богданов В.С., Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С. Технологии и средства обеспечения качества топливно-смазочных материалов в АПК. - М.: ООО «УМЦ «Триада», 2016. - 116 с.

3. Коротких Ю.С. Перспективы использования газомоторного топлива в России // Международный научный журнал. 2016. № 2. С. 77-80.

4. Дидманидзе О.Н., Солнцев А.А., Пуляев Н.Н. и др. Техническая эксплуатация автомобилей. - М. : ФГБНУ «Росинформагротех», 2017. - 564 с.

5. Коротких Ю.С. К методу оценки воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду // в сборнике: Проблемы развития технологий создания, сервисного обслуживания и использования технических средств в агропромышленном комплексе. - Воронеж, 2017. - С. 14-18.

6. Парлюк Е.П. Управление разработкой и созданием инженерно-технических систем сельскохозяйственного назначения. - М. : Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2019.

7. Прогнозирование потерь автомобильных бензинов в условиях хранения / А.Б. Квашнин, А.Н. Приваленко, Л.Е. Головченко, С.В. Дунаев, Н.Н. Пуляев // Международный научный журнал. 2012. № 5. С. 93-99.

8. Определение содержания меди в авиационных топливах методом атомно-абсорб-

ционной спектрометрии [Электронный ресурс] / Д.А. Миков, Н.Г. Кравченко, В.А. Петрова, А.Е. Кутырев. - Режим доступа: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=880.

9. Приваленко А.Н., Балак Г.М., Пуляев Н.Н. Разработка метода определения концентрации железа в автомобильном бензине с использованием атомно-абсорбцион-ной спектрометрии // Международный научный журнал. 2011. № 5. С. 119-123.

10. Разработка присадки для снижения потерь от испаряемости бензинов / А.Б. Квашнин, И.В. Вингерт, А.Н. Приваленко, Н.Н. Пуляев // Международный научный журнал. 2015. № 2. С. 76-80.

11. Основные проблемы обеспечения сохранения и контроля качества горюче-смазочных материалов на предприятиях нефтепродуктообеспечения / А.Н. Приваленко, О.П. Наметкин, Л.Н. Бордюговская, Н.Н. Пуляев // Международный научный журнал. 2011. № 4. С. 83-88.

REFERENCES

1. Bogdanov V.S., Pulyaev N.N., Korotkih Yu.S. Ispytaniya i sertifikaciya benzina po normam Evrosoyuza [Testing and certification of gasoline according to EU standards]. Moscow, Avtograf, 2018, 114 p.

2. Bogdanov V.S., Pulyaev N.N., Korotkih Yu.S. Tekhnologii i sredstva obespecheniya kachestva toplivno-smazochnyh materialov v APK [Technologies and means of ensuring the quality of fuel and lubricants in the agro-industrial complex]. Moscow, OOO «UMC «Triada», 2016, 116 p.

3. Korotkih Yu.S. Perspektivy ispol'zovaniya gazomotornogo topliva v Rossii [Prospects of use of gas motor fuel in Russia]. Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal, 2016, no. 2, pp. 77-80.

4. Didmanidze O.N., Solncev A.A., Pulyaev N.N. et al. Tekhnicheskaya ekspluataciya avtomobilej [Technical operation of vehicles]. Moscow, FGBNU «Rosinformagrotekh», 2017, 564 p.

5. Korotkih Yu.S. K metodu ocenki vozdejstviya avtomobil'nogo transporta na okruzhayushchuyu sredu [On the method of assessing the impact of road transport on the environment]. v sbornike: Problemy razvitiya tekhnologij sozdaniya, servisnogo obsluzhivaniya i ispol'zovaniya tekhnicheskih sredstv v agropromyshlennom komplekse, Voronezh, 2017, pp. 14-18.

6. Parlyuk E.P. Upravlenie razrabotkoj i sozdaniem inzhenerno-tekhnicheskih sistem sel'skohozyajstvennogo naznacheniya [Management of development and creation of engineering and technical systems for agricultural purposes]. Moscow, Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva, 2019.

7. Kvashnin A.B., Privalenko A.N., Golovchenko L.E., Dunaev S.V., Pulyaev N.N. Prognozirovanie poter' avtomobil'nyh benzinov v usloviyah hraneniya [Forecasting losses of automobile gasoline in storage conditions]. Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal, 2012, no. 5, pp. 93-99.

8. Mikov D.A., Kravchenko N.G., Petrova V. A., Kutyrev A.E. Opredelenie soderzhaniya medi v aviacionnyh toplivah metodom atomno-absorbcionnoj spektrometrii [Determination of copper content in aviation fuels by atomic absorption spectrometry]. Available at: http:// viam-works.ru/ru/articles?art_id=880.

9. Privalenko A.N., Balak G.M., Pulyaev N.N. Razrabotka metoda opredeleniya koncentracii zheleza v avtomobil'nom benzine s ispol'zovaniem atomno-absorbcionnoj spektrometrii [Development of a method for determining the concentration of iron in automobile gasoline using atomic absorption spectrometry]. Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal, 2011, no. 5, pp. 119-123.

10. Kvashnin A.B., Vingert I.V., Privalenko A.N., Pulyaev N.N. Razrabotka prisadki dlya snizheniya poter' ot isparyaemosti benzinov [The development of additives for reducing losses from evaporation of gasoline]. Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal, 2015, no. 2, pp. 76-80.

11. Privalenko A.N., Nametkin O.P., Bordyugovskaya L.N., Pulyaev N.N. Osnovnye problemy obespecheniya sohraneniya i kontrolya kachestva goryuche-smazochnyh materialov na predpriyatiyah nefteproduktoobespecheniya [The main problems of ensuring the preservation and quality control of fuels and lubricants at oil products supply enterprises]. Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal, 2011, no. 4, pp. 83-88.

Материал поступил в редакцию 21.03.2020 © Худашова А.И., Пуляев Н.Н., Пильщиков В.Л., 2020