Разработка топливных композиций бензинов с добавлением алифатических спиртов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Даниленко, Татьяна Викторовна

• Даниленко, Татьяна Викторовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Даниленко, Татьяна Викторовна

Введение

1. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

1.1.Металлсодержащие антидетонаторы

Присадки на основе марганца Присадки на основе железа

Другие металлорганические соединения, проявляющие антидетонационные свойства

1.2.Присадки на основе ароматических аминов и фенолов беззольные)

1.3.0ксигенаты 16 Простые эфиры Алифатические спирты

1.4. Выводы

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы и методики исследования

Приготовление спирто-бензиновых композиций

Определение октанового числа на лабораторной установке УИТ

Хроматография. Определение химического состава бензинов

Инфракрасная спектроскопия

Обезвоживание этилового спирта окисью кальция

Обезвоживание этилового спирта цеолитами в стационарном режиме

Обезвоживание этилового спирта в паровой фазе цеолитами Определение воды в спирте кулонометрическим титрованием Определение фазовой стабильности спирто-бензиновых композиций Определение давления насыщенных паров

3. АНТИДЕТОНАЦИОННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПИРТОВ И ИХ СМЕСЕЙ В ПРЯМОГОННОМ БЕНЗИНЕ И БЕНЗИНЕ

КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА

3.1. Влияние индивидуальных спиртов на детонационные характеристики фракции НК-62 бензина прямой перегонки и бензина каталитического риформинга

3.2. Влияние углеводородной составляющей на детонационные характеристики спирто-бензиновых композиций

3.3. Детонационная стойкость фракций риформата и их смесей с этиловым спиртом

3.4. Взаимное влияние алифатических спиртов при применении их смесей для повышения октанового числа топлива

3.5. Выводы

4. ВЛИЯНИЕ ЭТАНОЛА И СОДЕРЖАНИЯ В НЕМ ВОДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

ЭТАНОЛСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА

4.1. Технология обезвоживания этилового спирта

4.2. Фазовая стабильность бензино-этанольных композиций

4.3. Фазовая стабильность спирто-бензиновых композиций с добавлением смеси спиртов

4.4. Давление насыщенных паров бензино-этанольных смесей

4.5. Выводы

5. РАЗРАБОТКА ВЫСОКООКТАНОВОЙ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ С ДОБАВЛЕНИЕМ АЛИФАТИЧЕСКИХ СПИРТОВ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка топливных композиций бензинов с добавлением алифатических спиртов»

Нефтяные топлива играют огромную роль во всех сферах жизни современного человека. Ожидается, что общее количество используемой человечеством энергии возрастет к 2020 году в полтора раза по сравнению с потреблением в 1990 году. Конечно, оно может быть снижено внедрением энергосберегающих технологий. По прогнозам, при существующих темпах добычи нефти, достоверных запасов хватит на полвека.

Нефть является практически универсальным источником энергии, но представляет огромную опасность для окружающей среды, относясь к важнейшим факторам ее загрязнения. При сжигании нефтяных топлив образуются все основные загрязнители атмосферы, (табл.1). [1].

Таблица 1.

Основные загрязнители атмосферы

Загрязнители Эмиссия, млрд. т/год Фон, мг/м3 Средняя продолжительность жизни в атмосфере, сут. антропогенная естественная

Диоксид 15 1000 500-1500 5 углерода

Оксид углерода 0,3 0,1-10 0,1-1 100-1000

Оксиды серы 0,15 0,003-0,03 0,0001-0,001 0,5-2,0

Оксиды азота 0,05 1 0,001 5

Углеводороды 0,1 0,5 0,001 1-10

Свинец 0,5 0,01-0,05 0,000001 2-5

Роль различных отраслей, использующих нефтяные топлива, в формировании вредных выбросов оценивается данными, приведенными в табл. 2. [1].

Таблица 2.

Источники загрязнения атмосферы, использующие нефтяные топлива

Источники загрязнений Доля в общем о бъеме выбросов, %

США Великобритания ФРГ Франция Италия Япония

Промышленность (без 17 13 35 35 30 40 теплоэнергетики)

Транспорт 60 60 50 23 25 35

Теплоэнергетика 14 12 12 23 15 20

Прочее 9 15 3 19 30 5

Как видно из таблицы 2, основным источником загрязнения атмосферы является транспорт, доля выбросов которого составляет почти 2/3 от общего количества.

В связи с этим возникла необходимость в корректировке экологических показателей топлив, но так, чтобы не снизить их эксплуатационные характеристики.

Автопарк является не только основным источником загрязнения, но еще и основным потребителем нефтяных топлив. К настоящему моменту число автомобилей в мире достигло 600 млн. единиц и продолжает неуклонно расти.

Современное тенденции в топливной промышленности, такие как ужесточение экологических требований к топливу, рост объемов потребления высокооктановых бензинов, повышение себестоимости добычи нефти, ухудшение качества добываемой нефти и, как следствие, удорожание ее переработки, приводят к необходимости пересмотра традиционных подходов к производству моторных топлив. В первую очередь это касается получения высокооктановых бензинов и использования топлив и компонентов топлив, альтернативных нефтяным. Решением этих вопросов может стать использование спиртов в качестве добавок к традиционному бензину, и в первую очередь этилового спирта, производимого из возобновляемых источников сырья.

Во многих странах мира используется бензин с добавлением этанола. Однако в нашей стране производство топлива с добавкой чистого этилового спирта невозможно в связи со специфическим народным менталитетом. Поэтому для российской действительности необходимо создание таких добавок, которые не позволят использовать их не по назначению или выделить из композиции этанол. Удовлетворить этим условиям могут спиртовые смеси.

Кроме того, переносить рекомендации, предлагаемые иностранными специалистами, на производство спиртосодержащих топлив в России нерационально. Это связано с индивидуальными особенностями нашей страны, такими как специфические климатические условия, резко отличающееся соотношение марок топлива в общем объеме потребления бензинов и технические характеристики моторного парка. Таким образом, необходимо разработать рекомендации, приспособленные к специфике России.

Эксперименты с октаноповышающими добавками на основе спиртов в России ведутся уже давно, однако предлагаемые разработки носят лишь рецептурный характер, а исследования направлены на снижение известных недостатков спиртосодержащих топлив, таких как фазовая стабильность, коррозионная агрессивность и т.д. На сегодняшний день информации об антидетонационной эффективности спиртов и их смесей в различных компонентах товарных автомобильных бензинов не хватает. Таким образом, проведение систематических исследований с использованием смесей спиртов и разработка на основе полученных закономерностей высокооктановых композиций бензинов является актуальной задачей.

Целью данной работы является разработка высокооктановых бензиновых композиций с добавлением алифатических спиртов и их смесей, удовлетворяющих современным требованиям ГОСТов. Для достижения поставленной цели решался ряд научных и технических задач, из которых наиболее важными являются следующие: — исследование антидетонационной эффективности индивидуальных алифатических спиртов и их смесей во фракции НК-62 прямогонного бензина и риформате и нахождение добавок, дающих наибольший прирост октанового числа;

- нахождение оптимального способа обезвоживания этанола;

- определение допустимой степени обезвоживания этанола и его целесообразной концентрации в композиции для соответствия топлива действующим нормативам;

- определение оптимальной спиртовой добавки, проявляющей высокую октаноповышающую способность и стойкость к расслаиванию в композиции с бензином;

- разработка состава спирто-бензиновой композиции для получения высокооктанового топлива, соответствующего современным требованиям нормативно-технической документации.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Даниленко, Татьяна Викторовна

выводы

1. Впервые обнаружен синергетический эффект октаноповышающих свойств при совместном присутствии этанола с метиловым, изопропиловым и изобутиловым спиртами. Величина этого эффекта зависит от качественного и количественного состава спиртовой добавки, ее концентрации в спирто-бензиновой смеси и группового состава базового бензина и варьируется в пределах 0,4-3,3 октановых единицы.

2. Исследование показало, что существует зависимость в изменении октанового числа смешения индивидуальных спиртов с бензиновыми компонентами от концентрации углеводородов ароматического ряда по сравнению с октановым числом, рассчитанным по правилу аддитивности. При малом содержании ароматических углеводородов в бензине октановое число смешения превышает аддитивность. С увеличением их концентрации октановое число смешения сначала приближается к аддитивному, а затем становиться ниже него.

3. Установлено, что топливо, содержащее более 40% об. этанола, позволяет достичь необходимой фазовой стабильности (температура помутнения минус 30°С) без дополнительного обезвоживания свыше 4% об. и введения стабилизирующих добавок.

4. Определено, что оптимальной октаноповышающей добавкой является смесь спиртов «Этанол+Изобутанол» в соотношении 1:1 по массе, так как она обладает высоким синергетическим эффектом (2,1 октановые единицы во фракции прямогонного бензина НК-62 и 1,0 октановая единица в риформате) и удовлетворяет ГОСТу по температуре помутнения спирто-бензиновой композиции.

5. С использованием полученных в ходе исследования закономерностей разработан состав высокооктановых топливных композиций бензинов АИ-92 и АИ-95 с добавлением алифатических спиртов, удовлетворяющих современным требованиям.

6. Показано, что использование спиртов не только повышает октановое число топлива, но и экономит дорогостоящие углеводородные компоненты (такие как риформат), дает возможность снизить содержание токсичных высокооктановых ароматических углеводородов в бензине, улучшает распределение октановых чисел по фракциям бензинов на основе риформата, а также расширяет сырьевую базу для производства топлива за счет сырья не нефтяного происхождения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Даниленко, Татьяна Викторовна, 2005 год

1. Данилов A.M. Присадки и добавки: улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М: Химия. 1996. 232 с.

2. Иванов П.В., Онойченко С.Н., Емельянов В.Н. Автомобильное топливо: вчера, сегодня, завтра. Аналит. обзор. М. 2001.

3. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия. 1995. 300 с.

4. Емельянов В.Е. Производство автомобильных бензинов в России. Науч.-практ. конференция «Новые топлива с присадками». Сборник трудов конференции//С.-Петербург. 2002. С. 7-17.

5. Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. М.: Химия. 1979. 221 с.

6. Мир нефтепродуктов. 1999. №1. С. 9.

7. Hammeri R.N., Korniski TJ. et al.//SAE Techn. Pap. Ser. 1991. №912436. P.l-13.

8. Старовойтова H.P. //Мир нефтепродуктов. 2000. №4. С. 5-8.

9. Захарова Э.Л., Емельянов В.Е., Октябрьский Ф.В., Дейненко П.С.//ХТТМ. 1994. №2. С.35-38.

10. Яблонский A.B. Железоорганические соединения и их композиции как присадки для повышения октанового числа бензинов//Автореферат дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. М. 2003.

11. Патент США №3770397, МПК С 10 L 1/22. 1973.

12. Патент США №3771979, МПК С 20 L 1/22. 1973.

13. Маврин В.Ю., Красноперов В.А. и др.//ХТТМ. 2001. №6. С.27-29.

14. К.Ридцинг, С.МакЭррейр//Мир нефтепродуктов. 2000. №4. С. 36-39.

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

16. Патент РФ №2032708 С 10 L 1/18. 1995.

17. Патент РФ №2120958 С 10 L 1/18, 1/22. 1999.20. Евр. патент №49094. 1982.

18. Евр. патент №279090. 1988.

19. Патент США №4647293. 1987.

20. Патент ФРГ №3840069. 1990.

21. Саблина З.А., Гуреев A.A. Присадки к моторным топливам. М.: Химия. 1977.231 с.

22. Burns L.D.//Chemtech. 1984. V. 14. №12. P. 744.

23. Нефтепродукты: Справочник. Под ред. Лосикова Б.В. М.: Химия. 1966. 776 с.29. 05980001520. Емельянов В.Е. Разработка и внедрение автомобильных бензинов с улучшенными экологическими свойствами: Докт. ДИС.//ВНИИНП

24. Патент РФ №2114900 С 10 L 1/18, 1/22. 1998.

25. Патент РФ №2114901 С 10 L 1/18, 1/22. 1998.

26. Mirom W.L., Ragazzi R.A.//SAE Techn. Pap. Ser. 1986. №860530. P. 16.

27. Black F.//SAE Techn. Pap. Ser. 1991. №912413. P. 1-30.

28. Wuebben P., Smith K.D., Cackete T. Fuel ethanol: as air quality strategy based on petroleum displacement. In.: 7 Symp. Int. carburants alcoholises//Paris. 1986. P. 449-450.

29. Терентьев Г.А., Тюков B.M., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. М.: Химия. 1989. 272 с.

30. Презели М.//Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1987. №9. С. 94-97.

31. Нефтегазовые технологии. 2002. №2. С. 88-89.

32. Танатаров М.А., Ахметов А.Ф. и др. Производство неэтилированных бензинов. (Темат. обзор). М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1981.

33. Furrey R.L., Perry K.L.//SAE Techn. Pap. Ser. 1991. №912429. P. 1-15.

34. Емельянов B.E., Макаров O.K., Квардаков С.С.//Материалы VIII Междунар. симп. по спиртовым топливам. Токио. 1998.

35. Ситников Е.В., Винославская Э.А. Развитие производства высокооктановых добавок на предприятиях СК: Отчет о НИР. АО «Гипрокаучук». 1994. 14 с.

36. Shearman J.//Chem. Ing. 1991. Vol.98. №10. P.57-59.

37. Cheryl Hogue.//Chem. and Engineering News. 2001. V.79, №25. P. 10.

38. O&G J. 2000. №7. P. 25-26.

39. Липкин Г.И.//Мир нефтепродуктов. 1999. №1. С. 31-32.

40. Oil and Gas J. 1992. V. 90. №48. P. 48-50.

41. Фелтен Дж.Р., Мак-Карти К.М.//Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1987. №5. С. 95-99.

42. Hydrocarbon Processing. 1993. V. 72. №2. P. 53-60.

43. ECN Chem. Scope. 1992. V. 10. P. 5-7.

44. Qnodfried H., Bandel J.//New Energy Conserv. Technol. Proc. Berlin. 1981.1. P. 1341-1349.

45. Chem. and Engineering News. 1977. V. 55, №7. P. 12, 15.

46. Schaffrath M.//Erdol und Kohle-Erdgas-Petrochemie. 1976. M. 29, №2. C. 64-69.

47. Тамехика Ямомото//Кагаку когё. 1983. Т. 34, №7.

48. Шеджи Емацу//СЕЕЯ. 1983. V. 15. №4. Р. 5-13.

49. OthmerD.F.//Baghdad. 1980. 13 р.

50. Дофман Е.А. Топливный этанол и гидролизные технологии. Сб. трудов научно-практ. конференции «Новые топлива с присадками»//С-Петербург. 2002. С. 49-52.

51. Онойченко С.Н. Разработка и исследование композиций неэтилированных бензинов, содержащих этанол//Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. М: ВНИИНП. 2000.

52. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1990. №6. С. 55.

53. Серебряков В.Р. и др. Новые процессы органического синтеза. М.: Химия. 400 с.

54. Шурупова E.JI. и др. Новые тенденции в производстве синтетического этилового спирта (Темат. обзор). М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1981. 45 с.

55. Онойченко С.Н., Емельянов В.Е.//Новое в применении топлив на автомобильном транспорте: Сб. статей. М.: НИИАТ, НПСТ «Трансконсалтинг». 2003. С. 102-105.

56. Шевченко Е.Б. Исследование коррозионной агрессивности и ингибирование спиртов и топлив на их основе//Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. М: ВНИИНП. 1997.

57. Результаты испытаний бензина АИ-95, содержащего этанол: Отчет о НИР. Рук. Дофман В .П. АО «АвтоВАЗ» Тольятти. 1997. 45 с.

58. K.F. Sanders, J.E. Bornes. Эксперименты в штате Новый Южный Уэльс по переводу двигателей на работу на спиртовых топливах. National Conference, Melbourn, Australasia. Sep., 1981. P. 234-236.

59. Goodrich R.S.//Chem. Eng. Progr. 1982. V. 78, №1. P.29.

60. Патент Франции №2050841. 1971.

61. Патент США №4394133. 1983.

62. Патент США №4541836. 1985.

63. Евразийский патент №000882. 2000.

64. Патент Швейцарии №680623. 1998.71. Патент РФ №2068871. 1997.72. Патент РФ №2078118. 1997.73. ПатентРФ№2129141. 1999.74. Патент РФ №2148077. 2000.75. ПатентРФ №2161639. 2001.76. Патент РФ №2186832. 2002.

65. Lindsay J.//Int. Sugar J. 2001. V. 103. №1227. P. 117-125.

66. Постановление Кабинета Министров Украины от 04 июля 2000 г. №1044 «Программа «Этанол».

67. Химическая энциклопедия: В 5 T.//M.: БРЭ. 1998. T.I. С.60.; Т.5. С.26-27.

68. Химическая энциклопедия: В 5 T.//M.: БРЭ. 1998. Т.З. С.429.

69. Евразийский патент №98691. 1984.

70. Патент ФРГ №3133899. 1982.

71. Заявка Франции №2544738. 1982.

72. Патент США №4444567. 1984.

73. Патент США №5061291. 1991.

74. Заявка Франции №2496120. 1982.

75. Wessendorf R.//Edol und Kohl-Ergas-Petrochem. 1995. B.48. №3. S.138-143.

76. Онойченко C.H. Применение оксигенатов при производстве перспективных автомобильных бензинов. М.: Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2003. 64с.

77. Онойченко С.Н., Емельянов В.Е., Богомолова Н.В., Александрова Е.В.//Нефтепереработка и нефтехимия. 2003. №2. С. 32-36.

78. Hinkamp J.B.//Oil & Gas. 1983. V. 81. №37. P. 170, 172, 177-178.

79. Данилов A.M. Применение присадок в топливах. М.: Мир. 2005. 288 с.

80. Энглин Б.А., Короткое И.В., Веселянская В.М. и др.//ХТТМ. 1990. с. 110.

81. Шпак B.C., Шаповалов О.И., Исаков В.Б., Перспективы применения оксигенатных биотоплив из возобновляемых источников сырья. М.: Химия. 1988, 356 с.

82. Фремель В.Б.//Спиртовая промышленность. №7. 1936.

83. Марийе. Перегонка и ректификация в спиртовой промышленности. Снабтехиздат. 1934. 487 с.

84. Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта. М.: Пищепромиздат. 1962. 503 с.

85. Добросердов Jl.Jl./ЛГруды Ленинградского технологического института пищевой промышленности. Т. XV. 1958.