Оптимизация состава автобензинов с использованием экспериментально-статистического метода оценки октановых чисел тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Ганцев, Александр Викторович

• Ганцев, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ганцев, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

ТОВАРНЫХ БЕНЗИНОВ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ

ОКТАНОВЫХ ЧИСЕЛ.

1.1 Октановое число.

1.2 Теории горения топлив.

1.3 Методы определения октанового числа.

1.3.1 Лабораторные методы.

1.3.2 Расчетные методы.

1.4 Технология приготовления товарных автомобильных бензинов.

1.5 Экологические стандарты.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Объекты исследования.

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Определение углеводородного состава бензина на газожидкостном хроматографе «Хроматэк - Кристалл».

2.2.2 Определение октанового числа бензина на установке УИТ

2.2.3 Разгонка риформата на аппарате АРН - 2 с выделением ксилольной, заксилольной фракций.

2.2.4 Расчет адекватности математической модели с помощью критерия Фишера.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА СМЕШЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И КОНЦЕНТРАТА АРЕНОВ С8+.

3.1 Влияние содержания ароматических углеводородов на октановое число модельной смеси.

3.2 Влияние содержания ароматических углеводородов на октановое число товарной смеси.

3.3 Влияние содержания концентрата ароматических углеводородов на октановое число товарной смеси.

4 РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА

АВТОБЕНЗИНА.

4.1 Расчетный метод определения октановых чисел бензинов каталитического крекинга и риформинга.

4.2 Разработка новых композиций товарных автобензинов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация состава автобензинов с использованием экспериментально-статистического метода оценки октановых чисел»

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время потребление моторного топлива в мире составляет более двух миллиардов тонн в год, что приводит к увеличению выбросов вредных веществ в окружающую среду. Одним из путей улучшения экологических показателей является снижение суммарного содержания ароматических углеводородов (до 35%) и бензола (до 1%) в товарном бензине.

На нефтеперерабатывающих заводах товарные бензины готовят компаундированием бензиновых фракций, получаемых в процессах каталитического риформинга, каталитического крекинга, алкилирования, изомеризации, различающихся фракционным и химическим составами. Основным показателем, определяющим соотношение компонентов в товарных бензинах, является детонационная стойкость. На российских нефтеперерабатывающих заводах в качестве базового компонента автобензина в основном используется риформат с высоким содержанием ароматических углеводородов.

На сегодняшний день предлагаются различные композиции товарных бензинов с пониженным содержанием ароматических углеводородов, в которых уменьшение суммарного количества аренов достигается за счет добавления оксигенатов и углеводородных разбавителей.

На практике расчет октановых чисел при компаундировании бензинов проводят по правилу аддитивности. Однако вклад ароматических углеводородов в суммарное октановое число топлива часто не соответствует октановому числу индивидуального вещества, а имеющиеся в литературе сведения об октановых числах смешения противоречивы.

Основные трудности при прогнозировании октанового числа товарных бензинов возникают из-за значительных отклонений детонационной стойкости композиций от расчетных значений. Поэтому исследования, направленные на изучение октановых чисел смешения индивидуальных аренов и концентратов ароматических углеводородов, а также на разработку оптимального соотношения компонентов в товарном бензине, являются актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать оптимальный компонентный состав товарного бензина, соответствующий требованию Евро-5 с использованием экспериментально-статистического метода оценки октановых чисел.

Задачи исследования: исследовать октановые числа смешения ароматических углеводородов в модельной смеси и товарном бензине;

- определить усредненные значения октановых чисел смешения различных классов углеводородов в многокомпонентной смеси;

- для производства высокооктановых бензинов с пониженным содержанием ароматических углеводородов разработать дифференцированный подход к фракциям бензина каталитического риформинга;

- предложить оптимальный компонентный состав автобензинов, основные показатели которых соответствуют требованиям Евро-5, предъявляемым к моторным топливам.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние технологии производства товарных бензинов, лабораторные и расчетные методы определения их октановых чисел.

Во второй главе представлены лабораторные методы определения углеводородного состава бензина (на хроматографе «Хроматек-Кристалл»); разгонка бензина каталитического риформинга с отбором ксилольной и заксилольной фракций (на установке АРН-2 по ГОСТ 11011-85); определены октановые числа бензина (на приборе УИТ-85 по ГОСТ Р 52947-2008) и приведены характеристики исследуемых объектов.

В третьей главе изложены результаты исследования влияния содержания индивидуальных аренов и концентрата ароматических углеводородов 0«+ на октановое число автомобильного бензина.

На основе полученных результатов в четвертой главе разработана математическая модель расчета октанового числа бензинов каталитических процессов и предложен оптимальный компонентный состав товарного бензина с заданным октановым числом и пониженным содержанием ароматических углеводородов

В заключении приводятся основные выводы по работе.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Определена зависимость октанового числа смешения индивидуальных аренов (бензола, толуола и ксилола) и концентратов ароматических углеводородов от их содержания в модельном и товарном бензинах.

2. С использованием экспериментально-статистического метода определены усредненные значения октановых чисел смешения различных классов углеводородов для бензинов каталитического крекинга и риформинга.

3. Разработан дифференцированный подход к различным фракциям бензина каталитического риформинга и предложены композиции товарных бензинов, включающие фракцию 140°С-кк в качестве высокооктанового компонента.

4. Предложена оптимальная композиция автобензина, соответствующая по детонационной стойкости композиции товарного бензина марки АИ-95 с содержанием суммарного количества ароматических углеводородов не более 26 % об.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В результате создания баз данных углеводородного состава компонентов товарного бензина на нефтеперерабатывающем заводе реализован новый метод расчета октанового числа бензинов, который позволяет определить октановое число базовых компонентов в режиме реального времени и сокращает время, затрачиваемое на нахождение октанового числа компонента бензина на стандартном приборе УИТ-85.

Разработанная математическая модель применяется для прогнозирования октановых чисел бензинов установок JI-35-5 и Г -43-107 в лаборатории ОТК-ЦЗЛ филиала ОАО «АНК-Башнефть» «Башнефть-УНПЗ» и используется студентами в учебном процессе на занятиях по дисциплинам «Теоретические основы химической технологии топлив и углеродных материалов», «Химия природных энергоносителей» для направления 240100 «Химическая технология».

Рецептуры разработанных композиций товарных бензинов с пониженным содержанием ароматических углеводородов, соответствующие требованиям Евро-5, предъявляемые к автобензинам, предложены к использованию при компаундировании на уфимской группе нефтеперерабатывающих заводов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- III Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа, 2011 г.;

- Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения», Самара, 2012 г.;

- Всероссийской научной конференций «Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения (Левинтерские чтения)», Самара, 2012г.;

- V Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа, 2012 г.

Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка-2013», Уфа, 2013 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 научных работах, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы, включающего 105 наименований и приложения. Диссертация изложена на 135 страницах и включает 32 таблицы и 20 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Ганцев, Александр Викторович

выводы

1 Установлена зависимость октанового числа смешения индивидуальных ароматических углеводородов от их содержания в модельном и товарном смесях.

2 Показано, что при дифференцированном подходе к фракциям бензина каталитического риформинга, а именно замена риформата фракцией 140°С-кк достигаются высокие значения октанового числа при одновременном снижении в нем содержания бензола и ароматических углеводородов.

3 Предложена оптимальная композиция бензина, соответствующая по детонационной стойкости композиции товарного автобензина марки АИ-95, с пониженным содержанием аренов и бензола.

4 Впервые определены усредненные значения октановых чисел смешения различных классов углеводородов для бензинов каталитического крекинга и риформинга на основе экспериментально-статистического метода.

5 Предложены новые формулы для расчета октанового числа бензинов каталитических процессов, которые применяются в лаборатории ОТК-ЦЗЛ филиала ОАО «АНК-Башнефть» «Башнефть-УНПЗ» для прогнозирования октановых чисел бензинов установок Л-35-5 и Г -43107. f

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ганцев, Александр Викторович, 2013 год

1. Постановление Правительства РФ об утверждении технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу реактивных двигателей и топочному мазуту»: принят от 27 февраля 2008 г., № 118.

2. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти вмоторные топлива: учебное пособие. СПб.: Недра, 2007. - 312 с.

3. Магарил Е.Р. Химия детонационного горения в бензиновых двигателяхвнутреннего сгорания / Е.Р. Магарил, Н.В. Корзун, Р.З. Магарил, Н.В. Чупаева // Известия вузов. Нефтьигаз. Тюмень, 2001. - № 5. - С.7 -13.

4. An American National Standard D 4814 -07b. ASTM Standard Specification for

5. Automotive Spark-Ignition Engine Fuel-P. 12-16. бБелоусова Ю.С. Динамика изменения качества автомобильного бензина / Ю.С. Белоусова, А.Е. Белоусов, М.Ф. Минхайров, Ю.П. Ясьян // Технология нефти и газа. 2010. - № 3. - С. 9 - 12.

6. Галимов Ж.Ф. Химия природных энергоносителей. Уфа: Изд-во УГНТУ,2007. 442 с.

7. Капустин В.М. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками идобавками. М.: КолосС, 2008. - 232 с.

8. Аронов Д.М. Исследование антидетонационных свойств автомобильныхдвигателей и автомобильных бензинов: Дисс. д-ра техн. наук. М., 1967. -655 с.

9. Гуреев A.A., Азев B.C. Автомобильные бензины. Свойства и применение. М.: Нефть и газ, 1996. - 444с.

10. Ахметов С.А. Экологическаяхиммотология топлив и масел. Уфа: УГНТУ, 2008.- 150 с.

11. Магарил Р.З. Проблема детонационного горения в бензиновых двигателях внутреннего сгорания / Р.З. Магарил, Н.В. Корзун, Е.Р. Магарил // Известия вузов. Нефть и газ. 2007. - № 5. - С. 67 - 72.

12. Колесников С.И. Графическое определение октанового числа бензинов / С.И. Колесников, И.М. Колесников // Нефтепереработка и нефтехимия: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ. М., 1996. - №6. - С.30 - 31.

13. Капустин A.B. Улучшение антидетонационных свойств карбюраторных двигателей: дисс. канд. техн. наук. -М., 1984. -208с.

14. Гуревич И.Л. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. М.: Химия, 1972. - 256с.

15. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Исследование фракционного и группового углеводородного составов компонентов и товарных моторных топлив по температурным пределам и плотностям // Технология нефти и газа. -2009. №3. - С.58-64.

16. Смирнов О.В. Повышение антидетонационных качеств двигателей с искровым зажиганием путем двухстадийного сгорания расслоенной битопливной смеси: Дисс. канд. техн. наук. Кострома, 2004. - 149с.

17. Умергалин Т.Г., Галиаскаров Ф.М. Методы расчетов основного оборудования нефтепереработки и нефтехимии: учебное пособие. Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2007. - 236 с.

18. Pao П. Исследование зависимости между детонацией и физическими свойствами / Нефтегазовые технологии. 2007. - № 7. - С. 103 - 109.

19. Овчаров С.Н. Расчетные методы оценки детонационной стойкости прямогонных бензиновых фракций / С.Н. Овчаров, И.С. Пикапов, A.B. Журбин, A.C. Овчарова // Технологии нефти и газа. 2007. - № 5. -С. 75 - 80.

20. Эммет П. Катализ в нефтехимической и перерабатывающей промышленности. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 612с.

21. Аль-Окла В.А. Моделирование антидетонационных свойств индивидуальных углеводородов / В.А. Аль-Окла, А.Ф. Ишкильдин, С.С. Ахметов. Уфа: УГНТУ, 2001.-С. 63-64.

22. Смышляева Ю.А. Моделирование процесса приготовления товарных бензинов на основе учета реакционного взаимодействия углеводородов сырья с высокооктановыми добавками / Ю.А. Смышляева, Э.Д.

23. Иванчина, M.B. Киргина, И.М. Долганов, A.B. Кравцов, Ч.Т. Зыонг, Фан Фу // Нефтепереработка и нефтехимия. М., 2012. - № 4. - С. 3 - 8.

24. Магарил Е.Р., Магарил Р.З. Моторные топлива: учебное пособие. М.: КДУ, 2008.- 160с.

25. Ахметов С.А. Каталитический риформинг — антиэкологичный, ресурсно и энергозатратный процесс производства компонентов автобензинов / Материалы международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка 2011». - Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2011. - С.28.

26. Ахметов А.Ф. Разработка комбинированной технологии производства высокооктановых неэтилированных бензинов и ароматических углеводородов: Дисс. д-ра техн. наук. Уфа: УНИ, 1985. - 335 с.

27. Пивоваров А.Т. Расширение ресурсов сырья для получения моторных бензинов / А.Т. Пивоваров, А.Р. Рамазанова // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка 2009». - Уфа: изд-во ГУП ИНХП, 2009. -С.127 - 128.

28. Сарангэрэл П., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З., Демыгин С.С., Чулюков О.Г. Экспресс-анализ показателей качества бензиновых фракций // Нефтепереработка и нефтехимия. 2004. - №3. - С.25 - 30.

29. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Исследование фракционного и группового углеводородного составов компонентов и товарных автобензинов по температурным пределам кипения и показателям преломления // Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. - №2. - С. 15 - 19.

30. Абдрахманов Н.Х. Химмотология топлив: учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.-223с.

31. Абросимов A.A. Экология переработки углеводородных систем: учебник. М.: Химия, 2002. - 608с.

32. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие для вузов/ Гмурман В.Е. М.: Высшая школа, 2003. - 479 с.

33. Умергалин Т.Г. Основы вычислительной математики: учебное пособие. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. 106 с.

34. Статистика: Учебное пособие / Харченко Л.П., Долженкова В.Г., Ионин В.Г. и др. М.: ИНФРА-М, 2002. - 384 с.

35. Эконометрика: Учебник / Валентинов В.А. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2006. - 448 с.

36. Джирард Д.Е. Основы химии окружающей среды: монография. М.: ООО Изд. фирма «Физико-математическая литература», 2008. - 640с.

37. Ахметов С.А., Гайсина А.Р. Исследование качественного углеводородного состава бензина каталитического риформинга // Материалы107

38. Международной научно-практической конференции

39. Нефтегазопереработка 2009». - Уфа: изд-во ГУП ИНХП, 2009. - С. 134 - 136.

40. Рахманкулов Д.Л. Товароведение нефтяных продуктов. Моторные топлива / Д.Л. Рахманкулов, П.Л. Ольков, Л.В. Долматов, А.Х. Аглиуллин. М.: Интер, 2006. - Т.З. - 312с.

41. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат, 1969. -883 с.

42. ГОСТ 11011-85 Метод определения фракционного состава в аппарате АРН-2.

43. Ахметов С.А, Гайсина А.Р. Моделирование и инженерные расчеты физико-химических свойств углеводородных систем: учебное пособие. — СПб: Недра, 2011 -128с.

44. Яблонский A.B. Железоорганические соединения и их композиции как присадки для повышения октанового числа бензинов: автореферат дисс. канд. техн. наук. М., 2003. - 24 с.

45. ХартманДж.К.М. Повторное обращение к теоретическим основам для разработки правил смешения компонентов бензина // Нефтегазовые технологии. М., 2004. - № 5. - С. 54 - 59.

46. Власенко В.Е. Товарный оператор нефтеперерабатывающего завода. М.: Химия, 1974. - 156с.

47. Ясакова Е.А. Тенденции развития процесса изомеризации в России и за рубежом / Е.А. Ясакова, A.B. Ситдикова, А.Ф. Ахметов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». Уфа, 2010. - № 1. - С.24.

48. Николаев В.Ф. Линейное магнитное двулучепреломление в контроле антидетонационных характеристик бензинов / В.Ф. Николаев, И.Н. Дияров // Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2003. - № 2. - С.294 -301.

49. Красников С.А. Информационная экспертная система идентификации и оценки качества углеводородных соединений по спектрам инфракрасного поглощения / Актуальные проблемы современной науки. М., 2010. -Т.1.-С.156- 158.

50. Нгуен В.Т. Исследование моторного топлива, содержащего этиловый спирт в высоких концентрациях / Нгуен Ван Ты, А.Ф. Ахметов, НгуенТхиМиньХиен, Буй Чонг Хан // Башкирский химический журнал. -Уфа, 2007. Т. 14, № 5. - С. 104- 109.

51. Никифоров И.К., Евдокимов Ю.К. Устройство для определения октанового числа автомобильного бензина // Патент РФ на изобретение №2240548, 2003.

52. Карпов С.А. Актуальные аспекты производства современных автомобильных топлив / С.А. Карпов, Б.Х. Борзаев, М.К. Елиша, М.А. Пыханов, К. А. Пыханова // Нефтепереработка и нефтехимия. М., 2007. -№ 5. - С. 15- 19.

53. Скворцов Б.В., Жиганов И.Ю., Синников С.Г., Васильев И.Р. Способ измерений показателей качества нефтепродуктов // Патент РФ на изобретение № 2227320, 2002.

54. Агеев С.А. Методы определения октанового числа / С.А. Агеев, H.H. Чегина // Методы оценки соответствия. М, 2011. - № 8. - С. 21.

55. Никитин H.A., Никонов A.M., Попович П.Р., Токарев М.С., Черников Г.Е., Шерстнев М.П. Антидетонационная присадка к бензину // Патент РФ на изобретение № 2101327.

56. Степанов В.Г., Ионе К.Г. Способ получения моторных топлив // Патент РФ на изобретение № 2008323.

57. Мирошников A.M., Цыганков Д-В., Часовщиков А.Р. Многофункциональная добавка к автомобильному бензину // Патент РФ на изобретение № 2349629, 2007.

58. Осман Б. Связь октанового числа с физико-химическими параметрами бензинов / Осман Бурхан, И.М. Колесников, В.И. Зубер, А.Г. Олтырев, С.И. Колесников // Технологии нефти и газа. М., 2008. - № 6. - С. 21 -25.

59. Илясов Л.В., Жосану Н.В., Филинова Г.А. Способ определения октанового числа автомобильных бензинов // Патент на изобретение № 2247982, 2003.

60. Скворцов В.Н., Бакалейник A.M., Манаенков В.М., Емельянов В.Е.Способ оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов // Патент РФ на изобретение №2339037, 2008.

61. Варфоломеев С.Д., Никифоров Г.А., Вольева В.Б., Макаров Г.Г., Трусов Л.И.Октаноповышающая добавка к бензину // Патент РФ на изобретение № 2365617, 2009.

62. Магарил Р.З., Клаузнер Ш.Г. Антидетонационная присадка к бензину // Патент РФ на изобретение № 2032708.

63. Абдульминев К.Г., Ахметов А.Ф., Сайфуллин Н.Р., Калимуллин М.М. Способ получения высокооктанового бензина // Патент РФ на изобретение № 2146275, 1999.

64. Белый A.C., Кирьянов Д.И., Пашков В.В., Смоликов М.Д., Лихолобов В.А. Способ получения компонентов моторных топлив (экоформинг) // Патент РФ на изобретение № 2417251, 2006.

65. Карпов С.А. Современные аспекты применения антидетонаторов в автомобильных бензинах / Нефтепереработка и нефтехимия. М., 2006. -№ 10. - С.26 - 33.

66. Рамазанова Э.Э. Разработка экологически безопасного моторного топлива / Э.Э. Рамазанова, А.Л. Шабанов, Г.Ф. Мираламов, З.О. Кахраманова, Ч.И. Мамедов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. -М., 2007. № 2. - С.32 - 37.

67. Карпов С.А. Качество автомобильных бензинов в свете современных эксплуатационных требований / Нефтепереработка и нефтехимия. М., 2007.-№ 8.-С.16- 19.

68. Данилов A.M. О производстве топлив европейского качества на НПЗ России / A.M. Данилов, В.А. Хавкин, В.Е. Емельянов, Т.Н. Митусова // Бурение и нефть. М., 2009. - № 5. - С.ЗО - 33.

69. Ганцев A.B. Производство топлив с улучшенными экологическими свойствами / A.B. Ганцев, А.Ф. Ахметов, Ю.В. Красильникова //

70. Башкирский химический журнал. Уфа: УГНТУ, 2009. - Т. 16, №3. -С.160- 164.91Пенин В.А., Соколов В.В., Бурмистров O.A., Кравишвили Д.И. Топливная композиция // Патент РФ на изобретение № 2122567.

71. Чигорин A.B. Топливная композиция /Патент РФ на изобретение № 2066340.

72. Ганцев A.B. Октановое число смешения ароматических углеводородов в товарных бензинах / A.B. Ганцев, А.Ф. Ахметов, А.Р. Гайсина, Д.В. Ганцев // Нефтегазовое дело. Уфа: УГНТУ, 2011. - Т. 9, №3. - С.95 - 97.

73. Ганцев A.B. Измерение реальных октановых чисел бензинов / A.B. Ганцев, Р.Ф. Кулбахтин // III Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники». Уфа: УГНТУ, 2011. - С.200 - 201.113I

74. Сусарев С.И., Стеблев Ю.И. Способ автоматизированного управления технологическим процессом непрерывного смешения высокооктановых бензинов // Патент РФ на изобретение № 2323466, 2006.

75. Ганцев A.B. Определение октановых чисел смешения различных классов углеводородов в бензинах каталитического риформинга / A.B. Ганцев, А.Ф. Ахметов, А.Р. Гайсина // Нефтегазовое дело. Уфа: УГНТУ, 2011. -Т. 9, №4. - С.80 -82.

76. Углеводородные составы бензинов каталитического риформинга уфимских нефтеперерабатывающих заводов запоследние 3 года