Ещё один сайт об автомобилях

Полная или частичная замена моторного масла растительным, на примере рапсового масла

Спрос на нефтепродукты растет с каждым днем, но упомянутые продукты имеют ограниченные источники, и они опасны для окружающей среды. Поэтому международные организации, например: Международная морская организация, начинают принимать ограничительные требования к применению нефтепродуктов для обеспечения безопасности окружающей среды, что является основной причиной использования альтернативных жидкостей. Одним из самых популярных экологически чистых, возобновляемых и менее токсичных масел является растительное масло. Они могут использоваться в качестве горюче-смазочных материалов. Растительные масла представляют собой главным образом триглицериды, которые содержат три гидроксильные группы и ненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью, присоединенные к гидроксильной группе сложными эфирами. Они обладают хорошими свойствами смазывающей способности, вязкости и теплоты.

В этой статье основное внимание уделяется только смазочным материалам. Среди широкой группы растительных масел выбрано рапсовое масло. Рапс является самым важным и самым эффективным масличным культур в Европе, и он является наиболее распространенным базовым содержанием растительных масел. Он провел исследования чистого масла рапса и его различных добавок количества к традиционному морскому моторному маслу Marinol RG 1240. Были проанализированы и оценены два основных физико-химических параметра: температура вспышки и зависимость вязкости и температуры. Было доказано, что растительные масла имеют более высокую температуру воспламенения, чем минеральные масла, и меньшее изменение вязкости в диапазоне представленной температуры.

1. Введение

Нефтяные ресурсы быстро сокращаются, а темпы производства на старых отечественных нефтяных месторождениях и снижение скорости поиска новых запасов являются одной из основных проблем XXI века. К сожалению, в морской промышленности большая часть эксплуатационных жидкостей основана на использовании нефтепродуктов, особенно в случае с горюче-смазочными материалами. Нефтепродукты плохо разлагаются и вызывают серьезные экологические опасности при выпуске в окружающую среду [16]. Рассеивание нефтепродуктов вызывает негативные изменения в районах моря, и они представляют опасность для растений, животных и людей. С другой стороны, спрос на горюче-смазочные материалы значительно возрастает, что заставляет промышленность находить более эффективные, биоразлагаемые, менее токсичные источники [4, 17].

Одной из альтернатив, которую следует изучить, является использование масел из природных источников. Растительные масла могут способствовать достижению цели энергетической независимости и безопасности, поскольку они являются возобновляемым ресурсом. Растительные масла с высоким содержанием олеинов считаются потенциальными кандидатами в качестве заменителей обычных нефтепродуктов и синтетических [4]. В топливе промышленность долгое время говорила об использовании биотоплива [3, 8, 15]. Также возможно заменить традиционное моторное масло на растительное масло [10, 16]. В статье автор обращает внимание на судовые двигатели, которые имеют очень высокий спрос на смазочные масла. Он сравнивает два важных свойства смазочного масла: температуру вспышки и вязкость традиционного морского моторного масла Marinol RG 1240 с рапсовым маслом и их смесью.

2. Растительные масла

Растительные масла также называются зелеными маслами или природными эфирами. В основном это триглицериды, которые содержат три гидроксильные группы и ненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью, присоединенные к гидроксильной группе сложноэфирными связями [5, 18]. Эти молекулы триглицеридов в растительных маслах ориентируются на полярный конец на твердой поверхности, создавая замкнутый мономолекулярный или многомолекулярный слой, в результате чего образуется поверхностная пленка, которая обеспечивает желаемые свойства в смазке [1, 2].
Содержание ненасыщенных свободных жиров, в том числе зеленого масла различного происхождения, варьируется в широких пределах [20]:
— для эфиров олеиновой кислоты (C18H34O2) 14 — 86%,
— для эфиров линолевой кислоты (C18H32O2) 4 — 75%,
— для эфиров линоленовой кислоты (C18H30O2) от 0 до 54%.
Благодаря широкому содержанию ненасыщенных свободных кислот можно адаптировать растительные масла, которые будут использоваться в качестве заменителей минеральных масел при производстве смазочных материалов, с помощью генной инженерии (регулирование выращивания растений) или химической модификации [20]. Другими преимуществами зеленых масел в качестве смазочных материалов являются [4, 17]:
— не токсичен,
— биоразлагаемый,
— включают очень низкую летучесть из-за высокой молекулярной массы молекулы триглицеридов,
— отличные температурно-вязкие свойства,
— хорошая смазывающая способность, поскольку их полярные сложноэфирные группы способны прилипать к металлическим поверхностям и, следовательно,
— обладают высокой солюбилизирующей способностью для полярных загрязнений и аддитивных молекул.
Растительные масла могут быть получены из очень разных природных источников, например: подсолнечника, рапса, пальмового масла, кокоса, арахиса, оливкового масла, виноградных семян и т.д. Таб. 1 показано несколько типов смазочных материалов на растительной основе, разработанных для применения в промышленности.

Tab. 1. Несколько видов растительных масел, разработанных для применения в промышленности [19]

Type of oil Application
Canola oil Hydraulic oils, tractor transmission fluids, metalworking fluids, food grade lubes, penetrating oils, chain bar lubes
Castrol oil Gear lubricants, greases
Coconut oil Gas engine oils
Olive oil Automotive lubricants
Palm oil Rolling lubricant,-steel industry, grease
Rapeseed oil Chain saw bar lubricants, air compressor-farm equipment, Biodegradable greases
Safflower oil Light-coloured paints, diesel fuel, resins, enamels
Linseed oil Coating, paints, lacquers, varnishes, stains
Soybean oil Lubricants, biodiesel fuel, metal casting/working, printing inks, paints, coatings, soaps, shampoos, detergents, pesticides, disinfectants, plasticisers, hydraulic oil
Jojoba oil Grease, cosmetic industry, lubricant applications
Crambe oil Grease, intermediate chemicals, surfactants
Sunflower oil Grease, diesel fuel substitutes
Cuphea oil Cosmetics and motor oil
Tallow oil Steam cylinder oils, soaps, cosmetics, lubricants, plastics

К сожалению, с другой стороны, растительные масла имеют несколько недостатков: низкая окислительная стабильность, которая вызывает нерастворимые отложения и повышает кислотность и вязкость масла [6], слабую защиту от коррозии [14], восприимчивость к гидролитическому разрушению при низкой температуре (< — 10°C) проходят облачность, осадки, плохой поток и затвердевание [4], эффект гуммирования [17].

Зеленые масла могут использоваться только как масляная база или гораздо более распространенная практика в качестве добавок к минеральному или синтетическому маслу.

Выводы

Сегодня чистая энергия становится новой тенденцией в промышленности, особенно в морской промышленности. Существует много нового источника, который может заменить традиционные нефтепродукты. Один из них — растительные масла, которые являются предпочтительными в качестве рабочих жидкостей в топливных и смазочных системах. Растительные масла обладают экологически чистыми свойствами, они отличаются высокой биоразлагаемостью, менее токсичными и возобновляемыми, а их популярность в качестве топлива и смазочных материалов растет в промышленности благодаря обеспечению безопасной работы. Более того, это связано с тем, что способность растительных масел адсорбироваться на поверхности и образует слой, с полярной головкой, прилипающей к поверхности, обеспечивает хорошие свойства смазывающей способности.

В ходе исследований было показано, что они имеют очень хороший индекс вязкости и термическую стабильность по сравнению с минеральным маслом. Вязкость уменьшается с увеличением температуры, как в обычном минеральном масле. Кроме того, изменение вязкости при температуре меньше для зеленых масел. Важным термическим свойством является температура вспышки, которая выше для рапсового масла. Таким образом, можно обеспечить более безопасную работу для устройств и операторов.

К сожалению, зеленые масла имеют недостатки, например, они могут реагировать с кислородом с образованием нежелательных продуктов, таких как альдегиды и кетоны, что уменьшает свойства смазки, слабую защиту от коррозии, подверженность гидролитическому разрушению, эффект гуммирования и т.д. Однако, как эпоксидирование, гидрирование и добавление антиоксидантов.

На следующем этапе измерений планируется проверить другие параметры рапсового масла и его смесей с минеральным маслом, то есть: общее базовое число, температуру застывания, содержание микроэлементов и т.д. Затем изучите другие растительные масла, такие как подсолнечник, кокосовый орех, арахис, виноградное семя, оливковое масло и выбрать тот, который лучше всего выполнит задачу морского моторного масла.

Список литературы

[1]  Asadauskas, S., Perez, .J. M., Duda, J. L, Oxidation Stability and Antiwear properties of High Oleic vegetable oils, Lubrication Engineering, Vol. 52, pp. 877-882, 1996.

[2]  Asadauskas, S., Perez, J. M, Duda, J. L., Lubrication properties of castor oil -Potential base stock for biodegradable lubricants, Lubrication Engineering, Vol. 53, pp. 35-40, 1997.

[3] Balakrishna, B., Vegetable Oil as fuel in C.I engine: Problems and Possible Solutions, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 4, No. 11, pp. 4687-4690, 2012.

[4] Erhan, S. Z., Sharma, B. K., Perez, J. M., Oxidation and low temperature stability  of vegetable oil-based lubricants, Industrial Crops and Products, Vol. 24, Is. 3, pp. 292-299, 2006.

[5]  Fox, N., Stachowiak, G., Vegetable oil-based lubricants – a review of oxidation, Tribol. Int. 40, pp. 1035-1046, 2007.

[6] Gapinski, R. E., Joseph, I. E., Layzell, B. D., Avegetable oil based tractor lubricant, SAE Tech Paper 941785, pp. 1-9, 1994.

[7] James G. Speight, Handbook of Petroleum Product Analysis, A John Wiley& Sons, Inc., Hoboken, New Jersey 2015.

[8] Jóźwiak, D., Szlęk, A., Ocena oleju rzepakowego jako paliwa kotłowego, Energetyka, Nr 6, pp. 449-451, 2006.

[9]  Karcz,  H.,  Kosiorek,  A.,  Butmankiewicz,  J.,  Maciejak,  D.,  Możliwość  opalania  kotłów energetycznych roztworem wodnym mieszanek oleju rzepakowego z olejami ropopochodnymi, Energetyka i ekologia, pp. 699-707, 2006.

[10] Kozdrach, R., The influence of different vegetable dispersion phases on the rolling contact fatigue of biodegradable lubricating greases, Tribologia, T. 6, pp. 57-67, 2016.

[11] Landsdown, A. R. Lubrication and Lubricant selection – A practical Guide, Mechanical Engineering Publications, Bury St. Edmunds, London 1996.

[12] Ljubas, D., Krpan, H., Matanović, I., Influence of engine oils dilution by fuels on their viscosity, flash point and fire point, Nafta: exploration, production, processing, petrochemistry 61(2), pp. 73-79, Hrčak 2010.

[13] Malinowska, M., Assessment of the degree of deterioration of trunk piston engine oil used in the engine 6 AL20/24, Journal of KONES, Vol. 23, No. 4, pp. 319-326, 2016.

[14] Ohkawa, S. A., Konishi, H., Hatano, K., Tanaka, K., Iwamura, M., Oxidation and corrosion characteristics of vegetable base biodegradable hydraulic oils, SAE Tech Paper 951038. pp. 55-63, 1995.

[15] Phoon, L. Y., Hashim, H., Mat, R., Mustaffa, A. A., Flash point prediction of tailor-made green diesel blends containing B5 palm oil biodiesel and alkohol, Fuel, Vol. 175, pp. 287-293, 2016.

[16] Rani, S., Tarun, M. S., Joy, M. L., Prabhakaran Nair, K., Vegetable oil as lubricant base oil: A review, International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 5, Is. 7, pp. 708- 710, 2014.

[17] Rudnick, L. R., Acomparison of synthetic and vegetable oil esters for use in environmentally friendly fluids, In: Erhan, S. Z., Perez, J. M. (Eds.), Bio-based Industrial Fluids and Lubricants. AOCS Press, Champaign, IL, pp. 20-34, 2002.

[18] Shahabuddin, M., Masjuki, H. H., Kalam, M. A., Bhuiya, M. M. K., Mehat, H., Comparative tribological investigation of bio-lubricant formulated from a non-edible oil source (Jatropha oil), Industrial Crops and Products, Vol. 47, pp. 323-330, 2013.

[19] Shashidhara, Y. M., Jayaram, S. R., Vegetable oil as a potential cutting fluid – an evolution, Tribol Int 43, pp. 1073-1081, 2010.

[20] Szłajko, U., Fiszer, S., Modyfikacja chemiczna olejów roślinnych w aspekcie ich wykorzystania w produkcji paliw silnikowych i środków smarowych, Przemysł Chemiczny, T. 82, Nr 1, pp. 18-21, 2003.

[21] lotosoil.pl/resource/show/14718.pdf, May 2017.


THE FULL OR PARTIAL REPLACEMENT OF MINERAL MARINE ENGINE OIL WITH VEGETABLE OIL, ON THE EXAMPLE OF RAPESEED OIL

Małgorzata Malinowska

Journal of KONES Powertrain and Transport

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *