Разработка высокооктановых кислородсодержащих топливных композиций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Лю Синьчжоу

• Лю Синьчжоу
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лю Синьчжоу

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Современное состояние и новые требования, предъявляемые к автомобильным бензинам.

1.1.1. Современное состояние производства автомобильных бензинов.

1.1.2. Новые стандарты бензинов с улучшенными экологическими свойствами.

1.2. Процессы производства высокооктановых компонентов товарных бензинов.

1.2.1. Каталитический риформинг.

1.2.1.1. Сырьевая база и продукты процесса.

1.2.1.2. Состояние процесса и основные тенденции его развития.

1.2.2. Каталитический крекинг.

1.2.2.1. Сырьевая база и продукты процесса.

1.2.2.2. Состояние процесса и основные тенденции его развития.

1.2.3. Каталитическое алкилирование изобутана олефинами.

1.2.4. Изомеризация легких бензиновых фракций.

1.3. Производство и применение кислородсодержащих добавок бензинов.

1.3.1. МТБЭ.

1.3.2. МТАЭиЭТБЭ.

1.3.3. Метанол.

1.3.4. Этанол и другие спирты.

1.3.5. Спиртобензиновые топливные композиции.

1.4. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объекты исследований.

2.2. Методика определения стабильности этанол-бензиновых смесей.

2.3. Методики анализа состава риформата и кислородсодержащих добавок.

2.4. Стандартные анализы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ НАИБОЛЕЕ

РАСПРОСТРАНЕННЫХ ВЫСОКООКТАНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ

ТОВАРНЫХ БЕНЗИНОВ С ЭТАНОЛОМ.

3.1. Исследование стабильности этанол-бензиновых смесей.

3.2. Исследование стабильности риформат—этанольных смесей с применением различных стабилизаторов.

3.3. Сопоставительные исследования совместимости компонентов товарных бензинов с этанолом.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

4.1. Этанол-бензиновые топливные композиции, стабилизированные новыми сорастворителями.

4.2. Разработка кислородсодержащих топливных композиций на основе высокооктановых базовых бензинов и побочных продуктов нефтехимии.

4.3 Разработка топливной композиции, содержащей "Метанольную фракцию".

4.4 Технико-экономическая оценка показателей работы автомобильного двигателя на кислородсодержащих топливных композициях.

Выводы по четвертой главе.

ОБШИЕ ВЫВОДЫ. НО

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка высокооктановых кислородсодержащих топливных композиций»

Основные тенденции, наблюдаемые в последние годы в химмотологии автобензинов, обусловлены, главным образом, требованиями охраны окружающей среды. Эти требования выражаются весьма жёсткими ограничениями по содержанию в выхлопных газах двигателей вредных примесей (углеводороды, оксиды углерода, азота, серы), а также запретом к применению в товарных автобензинах традиционных присадок на базе органических соединений свинца. Важным шагом в направлении повышения качества бензина в России явилась разработка и введение в действие с 01.01.1999 г. нового стандарта на бензины—ГОСТ Р51105-97. Этот стандарт предусматривает выпуск четырех марок бензинов: "Нормаль 80", "Регуляр 91", "Премиум 95" и "Супер 98". Все марки бензинов—неэтилированные, должны содержать не более 0,05% серы, не более 5% бензола [1]. Несмотря на определенные продвижения в этом направлении, качество этих бензинов существенно уступает современным международным требованиям, особенно в части высокого содержания в них ароматических углеводородов и в них не предусмотрено обязательное присутствие кислородсодержащих добавок— оксигенатов. Как известно, эти два показателя имеют определяющее значение для остаточного содержания в выхлопных газах оксида углерода и углеводородов. Поэтому сегодня главной проблемой нефтеперерабатывающей отрасли России является повышение качества бензина и особенно улучшение его экологических свойств.

Автомобильный транспорт потребляет в настоящее время значительную долю топлив нефтяного происхождения.

Мировой парк легковых автомобилей достигает 550 млн. шт., и темпы его роста составляют около 9 % в год. Мировое потребление бензина превышает 640 млн. т в год [2]. Резкое увеличение автомобильного парка в России привело к тому, что на его долю приходится 90 % отрицательного воздействия на атмосферу [2]. В г. Москве, например, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта достигли 1,7 млн.т/год и составляют 87 % всех выбросов [2]. Одновременно с этим на фоне постепенного снижения объёмов добычи нефти и повышения цен на сырую нефть перед Россией встает серьёзная проблема - расширение ресурсов бензинов.

Совершенствование существующих двигателей внутреннего сгорания, создание более совершенных энергосиловых установок нового типа (электромобили с питанием двигателя от аккумуляторов или топливных элементов, газотурбинные двигатели, разные варианты двигателей внутреннего сгорания) имеют целью улучшение экономических показателей, а проблема дефицита топливных ресурсов здесь практически не затрагивается.

Для автомобилей, по мнению специалистов, по крайней мере на ближайшие десятилетия двигатель внутреннего сгорания останется основным типом силовой установки. Это вынуждает искать решения проблемы автомобильных энергоресурсов.

Одним из таких решений является использование в составе бензинов кислородсодержащих соединений, среди которых центральное место занимают низшие спирты. Кислородсодержащие соединения обладают высоким октановым числом и достаточно высокими экологическими характеристиками. В этом плане большой практический интерес представляют также различные отходы нефтехимических производств, в составе которых имеются высокооктановые кислородсодержащие соединения с температурой кипения в пределах выкипания бензина. Использование подобных композиций является логическим продолжением традиционного направления по повышению качества автомобильных топлив с учётом ресурсных и технико-экологических факторов.

Каталитический риформинг является в настоящее время наиболее распространенным методом каталитического облагораживания прямогонных бензинов. Мощности установок каталитического риформинга в России достаточно велики, и доля катализатов риформинга в суммарном фонде бензинов составляла в 1999 г 54,3 % (масс.) [3].

Указанное обстоятельство предопределяет актуальность теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию топливных композиций, содержащих бензин каталитического риформинга и различные высокооктановые кислородсодержащие органические соединения, и возможности работы автомобильных двигателей на этих смесях, а также возникающих при этом особенностях рабочего процесса.

В этой связи, а также с последними ограничениями по применению метил-третбутилового эфира (МТБЭ) в составе неэтилированных бензинов в последние годы огромный интерес вызывает этанол. Причём перспективу многие учёные связывают с более широким использованием синтетических топлив, производимых на базе растительного сырья. Наиболее перспективны технологии получения этанола, где в качестве сырья применяются пищевые и городские древесные отходы.

Безводные спирты при обычных температурах хорошо смешиваются с бензином в любых соотношениях, однако, незначительные примеси воды вызывают расслоение смеси. Для предупреждения расслаивания спирто-бензиновых товарных композиций в их состав вводят специальные стабилизаторы - сорастворители. В настоящее время одним из основных факторов, сдерживающих широкое применение данных композиций, является дефицит эффективных сорастворителей. Спирто-бензиновая смесь (СБС) особенно привлекательны для регионов с умеренными климатическими условиями с точки зрения как их фазовой стабильности, так и источников возобновляемых ресурсов спиртов.

Использование синтетических топлив на новой сырьевой базе позволит решить проблему долгосрочного энергообеспечения автомобильного транспорта и осуществления рационального перераспределения топливно-энергетических ресурсов страны.

Таким образом, перспективы развития производства автомобильных бензинов с высокими эксплуатационными свойствами заключаются в гармоничном, комплексном, взаимосвязанном развитии многих отраслей промышленности, занимающихся переработкой природного сырья во всем его многообразии, растительного сырья, а также утилизации пищевых и технологических отходов.

Решению некоторых вопросов, связанных с получением топливных композиций путем непосредственного компаундирования наиболее распространенных компонентов товарных бензинов - риформатов и бензинов каталитического крекинга со спиртами, посвящена данная диссертация. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Лю Синьчжоу

Общие выводы

1 Установлен ряд изменения фазовой стабильности бензин-этанольных коипозиции, в котором максимальную стабильность имеет система риформат-этанол.

2 Получены зависимости фазовой стабильности риформат-этанольных смесей от природы и концентрации ароматических углеводородов при различных соотношениях исходной смеси. Установлено, что с увеличением числа заместителей в ароматическом кольце фазовая стабильность смеси снижает.

3 Показан, что дифференцированный подход к подбору сорастворителей СБС с учетом группового углеводородного состава (происхождения) бензина позволяет снизить их удельный расход.

4 Показано, что побочные продукты процессов гидроформилирования пропилена и производства 2-этилгексанола "СЭС", "Эфирная головка", "Средний дистиллят" и "Кубовый остаток" являются эффективными фазовыми стабилизаторами СБС. На основе риформата и "Среднего дистиллята" предложена этанол-бензиновая топливная композиция марки "Премиум - 95 Э" с улучшенными экологическими показателями.

5 Разработаны топливные композиции с улучшенными экологическими показателями, включающие в свой состав кислородсодержащие высокооктановые добавки на основе побочных продуктов процессов гидроформилирования пропилена и производства 2-этилгексанола. В отличие от СБТК данные композиции характеризуются повышенной фазовой стабильностью и меньшей себестоимостью.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лю Синьчжоу, 2004 год

1. Дюрик Н.М., Князьков А.Л. // Нефтепереработка и нефтехимия.-2001. -№ 6. -С.9-12.

2. Спиркин В.Г. Перспективы производства и применения моторных топлив в период до 2005-2010 гг//Нефтегазовые технологии.-2000. -№ 3. -С. 12-16.

3. В. Е. Емельянов Производство автомобильных бензинов в России // Нефтегазовые технологии. -2001. -№ 2. -С.30-33.

4. Левинбук М.И., Каминский Э.Ф., Глаголева О.Ф. //ХТТМ. -2000. -№2. -С.6-11.

5. Школьников В.М., Мелик-Ахназаров Т.Х. Разработка, производство и применение горючесмазочных материалов и технических средств нефтепродуктообеспечения //Тез. докл. науч. техн. конф. -М.: -1998. -С.25-28.

6. Данилов A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. -М.: Химия. -1996. -232с.

7. Танатаров М. А. Российские научное сообщество в конце XX века. -М.: Химия. -2000. -322с.

8. Абросимов A.A. //Нефтепереработка и нефтехимия. -1999. -№3. -С.36-41.

9. Якушев В.В., и др.// Нефтепереработка и нефтехимия. -1999.-№11. -С.36-40.

10. Демьяненко Е.А., Сачивко A.B. и др. //ХТТМ. -1993. -№6. -С.З.

11. Пескаролло Е., Тротта Ф., Сарати П.Р. Токсичен ли МТБЭ? //Нефтегазовые технологии. -1995. -№1. -С.49-50.

12. Беспамятов Г.П., Богушевская К.К., и др. //Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. -Л.:Химия. -1975. -456С.

13. Состояние и перспективы производства экологически чистого бензина в Китае. //Мир нефтепродуктов. -2001. -№ 3.

14. Лбдульминев К.Г., Чжао Линь, Лю Синьчжоу. Проблемы производства экологически чистых бензинов в Китае. //Нефть и газ. -2001. 2. -С. 107.

15. А.Ф. Ахметов, Н.Р. Сайфуллин, К.Г. Абдульминев, П.Г. Навалихин, Х.М. Абдулахи. // Нефтепереработка и Нефтехимия. -1998. -№ 7. -С.42-47.

16. Н. Н. Коронатов, В.А.Балукова. Повышение эффективности работы установки каталитического риформинга ЛЧ-35-11/1000 в 000"КИНЕФ" //ХТТМ. -1999. -№ 8. -С.37-39.

17. Маслянский Г.Н. -Каталитический риформинг бензинов. -Л.: Химия. -1985.-221с.

18. Сулимов А. Д. Каталитический риформинг бензинов. -М.: Химия. -1964.-С.204.

19. Г. Д. Залищевский Бензиновая стратегия КИНЕФ.// Нефтепереработка и нефтехимия. -2000. -№ 9. -С. 17-19.

20. Сулимов А.Д. Каталитический риформинг бензинов. М.: Химия. -1973.-С.153.21. A.c. 296587 (СССР)

21. Битепаж Ю.А., Осмаловский Г.М. и др.// Рефераты научных работ ЛенНии за 1950-1957гг. -Л.: Гостоптехиздат. -1958. -С.54-60.

22. Маслянский Г.Н., Жарков Б.Б. и др. // ХТТМ. -1979. -№ 10. -С.5-14.

23. Суханов В.П. //Каталитические процессы в нефтепереработке. -М.: Химия.-1979.-342с.

24. Суханов В.П. -Каталитические процессы в нефтепереработке. -М.: Химия. 1973. -416с.

25. Бурсиан Н.Р., Валнухина Н.К. и др. // ХТТМ. -1964. -№ 6. -С.5.

26. Маслянский Г.Н., Бурсиан Н.Р. и др.//ХТТМ.-1961.-№ 8.-С. 1-8.

27. Гуляев В.А. Промышленные установки каталитического риформинга. -Л.: «Химия». -1984. С.32.

28. Маслянский Г.Н., Бурсиан Н.Р. и др. // ХТТМ. -1960. -№ 9. -С. 1 -9.

29. Маслянский Г.Н., Бурсиан Н.Р. и др. //ХТТМ. -1962. -№ 2. -С.5-7.

30. Литвиненко А.Г. //Нефтепереработка и Нефтехимия. -1977. -№ 6. -С.4-6.

31. Жарков Б.Б., Шапиро Р.Н. и др.// Нефтепереработка и Нефтехимия. -1999. -№ 8. -С.4-8.

32. Ло Цзаби. // Проект нефтепереработки (КНР). -1975. -№ 5. -С.5-6.

33. Ху Демин, Сюй Чжэньгэ, Лю Тон. //Сообщения о процессах каталитического риформинга (КНР). -1999. -№ 2. -С.1.

34. Чжао Жэньдянь //Нефтяная промышленность в мире (КНР). -1997. -№10. -С.50.

35. К.Г.Абдульминев, Чжао Линь, Лю Синьчжоу. // Башкирский химический журнал, -2001. -том 8. -№ 5. -С. 30-33.

36. Чжао Линь // Диссертация, канд. техн. наук: Становление и развитие процесса каталитического крекинга. -Уфа. -2002.

37. Жарков Б.Б., Клименко Т.М.// ХТТМ. -1982. -№ 4. -С.8-10.

38. Шапиро Р.Н., Жарков Б.Б. и др.//ХТТМ.-1984.-№1.-С. 13-19.

39. Чжу Гохун, Шэнь Вэньхуа. // Сообщения процесса каталитического риформинга (КНР). 1998. -№ 3. -С. 1-11.

40. Ян Сэньнянь. // Сообщения процесса каталитического риформинга (КНР). -1998. -№ 4. -С.11-13.42. .Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. -Уфа: Гилем, -2002. -672 с.

41. Бондаренко Б.И. Установки каталитического крекинга. -М.:Гостоптехиздат. -1959. —303с.

42. Хаджиев С.Н. Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах. -М.:Химия. -1982. -277с.

43. Гуреев А.Л., Жоров Ю.М., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. -М.:Химия. -1981. -220с.

44. Симоньяк М.Ф.// Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1980. -№ 5. -С.68-73.

45. Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. -М.:Химия. -1979. 343с.

46. Макаров Г.В., Стерельчук H.A., Кушелев В.П., Орлов Г.Г. Охрана труда в химической промышленности. -М.:Химия. —1977. 563с.

47. Матвенчук A.JI. Каталитические процессы нефтепереработки: реальность и надежды //Нефть России. -1997. -№ 9. -С.42-46.

48. Ющенко H.A. Философия крекинга//Нефтепереработка и нефтехимия. -2001. -№ 11.-С.З-7.

49. Шорей С.У., Кисов У.Г. Способы предвальтсльной очистки сырья каталитического крекинга для удаления серы//Нефтегазовые технологии. -2000.-№ 2. -С.93-98.

50. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1992. -№ 11/12. -С.119.

51. Лернер X., Цитарелла В.А // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. —1992. -№ 4. -С.60-65.

52. Сайфуллин Н.Р. и др. Автомобильный бензин Евро-Супер-95 АО "Новойл" // Нефтепереработка и Нефтехимия. -1996. -№ 7-8. -С. 10-11.

53. Дюпра К., Минккиен А.// Нефтепереработка и Нефтехимия. —1999. -№ 10.-С.З.

54. Бруно Домерг, Лоран Ватрипон и др.// Нефтепереработка и Нефтехимия. -2001. -№ 4. -С. 15.

55. Ахметов А.Ф.// Диссертация, докт. техн. наук: Разработка комбинированной технологии производства высокооктановых неэтилированных бензинов и ароматических углеводородов. -Уфа. -1985.

56. Unzelman G.H. //Oil and Gas J. -1990. -V.88. 17. -P.91-93.

57. Oil and Gas J. -1990. -V.88. -№ 25 -P. 33-57.

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

59. Воевода Н.В. Изменение спецификаций на моторные топлива в странах ЕС в 2000-2005 гг. -М.:ОАО"ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ". -2000. -С.42.

60. Прокофьев К.В., Котов C.B., ФедотовЮ.И. //ХТТМ. -1998. -№1. -С.3-6.

61. Радченко Е.Д., Чикош Р. И др. //ХТТМ. -1976. -№5. -С.6-9.

62. Гуреев A.A., Жоров Ю.М., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. -Химия. -1981. -224с.

63. Гуреев A.A., Короткое И.В. и др. //ХТТМ. -1983. -№6. -С.6-8.

64. Мастере K.P., Прохазка И.А. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1988.-№8. -С. 102-105.

65. Chemical Engineering. -2000. -107. -№ 4. -p. 17.

66. Oil and Gas J. -1997. -V.95. -№ 31. -p. 25.

67. Chemical Market Reporter. -1997. -252. -№ 24. -p.7.

68. Hall J.V. //Energy. 1985. V. 10. N 6. P. 733-736.

69. Леонов В.E., Лободин С.С. и др. //Журнал ВХО им. Д.И.Менделеева. -1982. XXVII. -№3. -С.77-84.

70. Нефтегазовые технологии. -1994. -№6. -С.51-52.

71. Арсенов Е.Е., Смаль Ф.В. Перспективные топлива для автомобилей. -М.¡Транспорт. -1989. -С. 150-154.

72. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. -М.: Химия. -1971.-432с.

73. Колесников И.М., Бусенна А., Колесников С.И. // Нефтепереработка и Нефтехимия. -1995. -№ 1.-С. 11-12.

74. Oil and Gas J. -1996. -V.94. -№ 2. -P. 34-39.

75. European Chemical News. -1997. -68. -№1792. -P.41.

76. Жирнов Б.С., Паксютов Г.В., Стехун А.И. и др. Основы производства и применения высокооктановых кислородсодержащих компонентов моторных топлив: Научно-тематический обзор.—Уфа: Изд. УГНТУ. -1994.-47с.

77. Основные тенденции использования кислородсодержащих добавок к бензинам и технологии их получение. -М.:ЦННИИТЭНефтехим. -2001. -63с.

78. Шурупова ЕЛ. и др. Новые тенденции в производстве синтетического этилового спирта. -М.: ЦНИИТЭнефтехим. -1981. -45с.

79. Серебряков Б.Р. и др. Новые процессы органического синтеза. -М.: Химия. 1989.-400с.

80. Справочник нефтехимика, Том 2, JI.: Химия. -1978. -С.219-233.

81. Производство альтернативных моторных топлив и их применение на автомобильном транспорте. -М.: ЦНИИТЭнефтехим. -1985. -С. 88.

82. Боровая М.С. Лаборант нефтяной и газовой лаборатории. -М.: Недра. -1968.-С. 309.

83. ГОСТ. Нефтепродукты. Метод испытаний. -Изд.: Стандартов. 1977. -С. 377.

84. Онойченко С.Н., Иванов П.В. // Нефтепереработка и Нефтехимия. -2000. -№ 4. -С.5-8.

85. Справочник химика. /Под редакций Б.П. Иикольского.-Л.: Химия. -1971.-С. 1153.

86. Гильмутдинов А.Т., Танатаров М.А. Перспективы и проблемы альтернативных моторных топлив. -Уфа: Изд-во УГНТУ. -1998. -С.-131.

87. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа, часть 3, -М.: Химия. -1978. -408с.90. Пат. 4217178 (США).

88. Зельвенский В.Ю. и др. -В КН.:У Дунайский симпозиум по хроматографии: Тез. Докл. -М.: Наука. -1985. -С. 130.

89. Методы получения растворителей высокой чистоты: Обз. информ. ИРЕА, -м.: НИИТЭХИМ, 1981, (Сер.'Теактивы и особочистые вещества")

90. Производство альтернативных моторных топлив и их применение на автомобильном транспорте. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1985. -С. 88.

91. Киреев В.Л. Краткий курс физической химии. -М.:Химия. -1969. -383с.

92. Полинг А. Общая химия. -М.: Химия. -1974. -83с.

93. Нефтехимическая продукция ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» от 1 марта 2002г. -INTERNET.

94. Лю Синьчжоу, Рахимов М.Н., Ахметов А.Ф., Абдульминев К.Г., Рогов М.Н. Поиск стабилизаторов этаиол-бензиновых смесей. // Башкирский химический журнал. -2003. -Т. 10. -№ 3. -С. 54-56.

95. Данилов A.M. Применение присадок в топливах для автомобилей: Справ, изд. М.: Химия. 2000 — 232 с.

96. Cornell D., пат. США 3158555, 1964.

97. Гильмутдинов А.Т. // Диссертация, канд. техн. наук: Разработка технологии получения автобензинов на базе газоконденсатов с использованием кислородсодержащих соединений. -Уфа. —1984.

98. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. -М.: Химия. -1972.-С.478.

99. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. 4.1. -М.:Химия, -1972.-С. 58.

100. Райков И .Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания. -М.: Высшая школа.-1975.-С. 319.

101. Wang Zhiqing. // Проект нефтепереработки (КНР). -2000. -№ 10. -С.59-62.

102. Абросимов А. А. Экология переработки углеводородных систем : Учебник / Под ред. д-ра хим. наук, проф. М. Ю. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э. Г. Теляшева. М.: Химия, 2002. -608 с.