автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Применение октаноповышающих средств в производстве неэтилированных бензинов

ООО «Лукойл-Волгограднефтепереработка» Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке

нефти ОАО «ВНИИ НП»

ЮХНЕВ

Владимир Анатольевич

ПРИМЕНЕНИЕ ОКТАНОПОВЫШАЮЩИХ СРЕДСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ НЕЭТИЛИРОВАННЫХ БЕНЗИНОВ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.17.07-Химическая технология топлива

Москва 1998 год.

Сокращения и обозначения, использованные в работе.

АДА-антидетонационная добавка на основе ароматических аминов

АВТОМАГ-моющая присадка к бензинам

АВТОВЭМ-многофункциональная присадка

АЗС-автозаправочная станция

ОПС - октаноповышающее средство

БМС-5 -бензин,содержащий 5% метанола

БМС-15 -бензин,содержащий 15% метанола

ВНИИ НП -Всесоюзный научно-исследовательский институт по переработке нефти

ВАЗ -АО «Волжский автомобильный завод»

ДАС-допуск на антидетонационные свойства базового бензина

ЕЭК ООН -Европейская экономическая комиссия Организации Объединенных наций

ЗИЛ -Автомобильный завод имени Лихачева

КРДС -коэффициент распределения детонационной стойкости

ММА -монометиланилин

МТБЭ -метилтретбутиловый эфир

МЦТМ -метилциклопентадиенилтрикабонилмарганец

МП-маржинальная прибыль

НОРСИ -ОАО «Нижегороднефтеоргсинтез»

0

ИОх -оксиды азота

НПЗ -нефтеперерабатывающий завод

ОС-относительная стоимость

ОГ -отработавшие газы

ОЧМ -октановое число по моторному методу

ОЧИ -октановое число по исследовательскому методу

ПЭ-приведенная эффективность

СН -несгоревшие углеводороды '

СО -оксид углерода

ТАМЭ -метилтретамиловый эфир

ТБС-третбутиловый спирт

ТОЧ-требования двигателя к октановому числу бензина ТЭС -тетраэтилсвинец ТМС -тетраметилсвинец ФОЧ-факгическое октановое число бензина ФЭТЕРОЛ-высокооктановый компонент на основе МТБЭ и ТБС ЭТБЭ -этилтретбутиловый эфир

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..............................................................................................................5

Глава 1.

Аналитический обзор по требованиям к экологическим свойствам автомобильных бензинов и средствам повышения их октановых чисел.......10

Выводы по главе 1..............................................................................................39

Глава 2.

Исследование эффективности ОПС для автомобильных бензинов...............40

Выводы по главе 2..............................................................................................72

Глава 3.

Исследование влияния ОПС на физико-химические и эксплуатационные свойства неэтилированных бензинов...............................................................73

Выводы по главе 3............................................................................................92

Глава 4.

Анализ основных направлений применения ОПС,особенности требований к ним и эффективность использования в условиях промышленного производства....................................................„......................93

Выводы по главе 4..............................................................................................115

Глава 5.

Экономическая эффективность использования ОПС......................................116

Выводы по главе 5..............................................................................................123

Общие выводы....................................................................................................126

Литература...............................................................................................г...........128

Приложения.........................................................................................................135

Введение

Озабоченность мировой общественности чистотой окружающей среды и быстрый рост автомобильных парков .одного из основных источников загрязнения атмосферы, привел и к появлению новых требований к экологическим свойствам продукции автомобилестроительных и нефтеперерабатывающих фирм. Показатели качества, необходимые для обеспечения этих требований , оформленных в виде национальных или межгосударственных (европейских) норм, стали важнейшей потребительской характеристикой продукции , определяющей возможность ее реализации на внутреннем и международном рынках.

К требованиям, непосредственно затрагивающим интересы нефтеперерабатывающей отрасли при производстве автомобильных бензинов можно отнести:

- ограничения на применение алкилсвинцовых антидетонаторов ;

- ограничения по компонентному составу;

- ограничения по содержанию серы;

- ограничения по показателям испаряемости;

- вовлечение в состав товарных бензинов моющих присадок.

Отечественными автомобилестроителями. намечены

программы, направленные на постепенное приведение в соответствие национальных и общеевропейских норм для ОГ автомобилей.Одним из основных условий успешной реализации этих программ для автомобилей,применяющих в качестве топлива бензин,является переход на использование только неэтилированных автобензинов. Это обеспечит возможность оборудования автомобилей эффективными каталитическими системами контроля состава отработавших газов .В технико-экономических анализах перехода топливной индустрии России на выпуск ' экологически улучшенных неэтилированных бензинов отмечалась целесообразность поэтапного подхода с созданием благоприятных условий для производства и реализации на рынках регионов с наиболее неблагополучной по выбросам от автотранспорта обстановкой. В целом , структура отечественной топливной

отрасли не позволяет быстро увеличить выработку таких бензинов. Очень высок уровень износа оборудования, необходимо перевооружать действующие и вводить новые предприятия, увеличивать мощности процессов каталитического риформинга, крекинга, изомеризации, алкилирования, синтеза оксигенатов. Но это требует значительных капитальных вложений и времени. Поэтому, сейчас, в период постепенного перехода на выпуск экологически улучшенных неэтилированных автобензинов особенно актуальны работы, исследующие возможность расширения средств, позволяющих повышать октановые числа автомобильных бензинов и улучшать их экологические свойства.

Заводы, выпускающие автомобильные бензины, существенно различаются по исходным условиям, определяющим возможность перехода на производство экологически улучшенных неэтилированных бензинов в части:

- необходимых мощностей установок вторичной переработки для увеличения ресурсов высокооктановых компонентов;

- стоимости получения компонентов, отвечающих современным экологическим требованиям:

- готовности исполнительных и законодательных властей региона

осуществить меры по снижению экономического риска, обусловленного более

высокой себестоимостью улучшенных бензинов по сравнению с

в

автомобильными этилированными бензинами, не отвечающими экологическим ограничениям.

Даже в тех случаях, где обеспеченность компонентами, необходимыми для производства неэтилированного .бензина не является проблемой, когда идет речь о большом регионе (стране) в целом, при оценке ресурсов на конкретном заводе запасы их не всегда достаточны и для увеличения объема перевозок будут необходимы дополнительные капиталовложения в железнодорожный подвижной состав. ,

Вышеуказанные обстоятельства обусловили увеличение спроса на синтетические октаноповышающие средства (ОПС) в виде присадок,добавок, компонентов, поскольку они открывают дополнительные возможности гибкого .экономичного способа регулирования антидетонационных и экологических свойств автомобильных бензинов. Рост

потребности вызвал появление ряда ОПС, предлагающихся под различными фирменными марками .информация о которых ограничивалась скудными рекламными данными .чаще всего по приросту октанового числа в отдельных модельных смесях. Эти показатели не позволяют осуществлять подбор ОПС с учетом конкретных технологических ситуаций. Определилась актуальность и целесообразность как для разработки,так и для применения ОПС выработки общей обоснованной методологии, позволяющей преодолеть ограниченность информации , даваемой по отдельным ОПС, оценивая необходимые показатели её эффективности, и принимать обоснованные решения о применении различных композиций ОПС.

Постановка такой работы актуальна, при этом отнюдь не отрицая известных из литературы подходов к оценке всего комплекса эксплуатационных свойств бензинов с ОПС, а опираясь на их данные, она должна совершенствовать систему получения исходной информации для принятия решений по выбору и комбинированию ОПС,прежде всего принимая во внимание нашу ситуацию по компонентам бензинов,требования конкретных технологических схем и ограничения .устанавливаемые современными спецификациями к автомобильным бензинам.

Целью настоящей работы является разработка методологии оценки эффективности и выбора композиций ОПС для технологии производства неэтилированных автомобильных бензинов и их применения.

В задачи исследования входило:

1. Определить эффективность ОПС в основных отечественных компонентах автомобильных бензинов и установить комплексные критерии для анализа эффективности и выбора ОПС и их композиций

2. Разработать метод анализа взаимосвязи между составом ОПС .антидетонационными показателями базовых топлив и нормами сертификатов в технологии производства различных марок неэтилированных автомобильных

I

бензинов.

3. Оценить физико-химические и эксплуатационные свойства автомобильных бензинов,полученных с использованием ОПС.

4. Определить особенности требований к выбору ОПС при добавлении в топливо для улучшения качества автомобильных бензинов в

условиях промышленного производства неэтилированных бензинов и при их применении.

- Это определило и структуру настоящей работы, состоящей из разделов:

- анализа современных экологических требований к показателям качества автобензина и средствам повышения их октановых чисел;

- раздела с результатами определения эффективности ОПС установлением новых критериев оценки и модели анализа взаимосвязи между составом ОПС .октановыми характеристиками базового и товарного бензинов,

- раздела по испытанию и исследованию физико-химических и эксплуатационных свойств бензинов,полученных с использованием ОПС;

- раздела с анализом основных направлений применения О ПС, особенностей требований к ним и эффективности использования в условиях промышленного производства.

Диссертационная работа выполнена в рамках актуальных задач Федеральной целевой программы «Топливо и энергия ».утвержденной Советом Министров РФ (Постановление №1265 от 0,6.12.93 г.)

Научная новизна.. Разработана методология для оценки и выбора ОПС ,в которой впервые предложены новые комплексные критерии их эффективности:

• «приведенная эффективность», определяемая как отношение октанового числа смешения ОПС к октановому числу получаемого товарного бензина;

• «допуск на антидетонационные свойства базового бензина», определяемый по предельным значениям октановых чисел базового бензина, при которых с использованием ОПС может "быть обеспечно получение товарного бензина заданной марки.

Показана тесная корреляционная связь «приведенной эффективности» с отношением стоимости ОПС к стоимости получаемого товарного бензина.

Установлен синэргитический эффект увеличения показателя «допуск на антидетонационные свойства базового бензина» при совместном применении в рекомендуемых концентрациях добавок АДА с МЦТМ,Фэтерола с МЦТМ,Фэтерола с АДА.

Автором впервые предложен метод графического моделирования для анализа взаимосвязи между составом композиции ОПС .октановыми характеристиками компонентов базового бензина и заданными пределами антидетонационных свойств товарного бензина.

На основе проведенных исследований разработаны топливные композиции неэтилированных автомобильных бензинов, новизна и оригинальность которых подтверждена патентом РФ №2114900(1998г),

.Апробация работы. Основные результаты докладывались на научно-технических советах ДАО «ЛУКойл-Волгограднефтепереработка»,ЗАО «Бензотех»,ОАО «Волжский Оргсинтез».Достоверность научных результатов подтверждена практикой промышленного производства неэтилированных автобензинов с применением синтетических окганоповышающих средоств.

Публикация результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано пять статьей и получен патент РФ. Две заявки находятся на рассмотрении в Роспатенте.

Практическая ценность работы и её реализация в промышлености.На основании результатов работы организовано промышленное производство автомобильных бензинов с ОПС,что способствовало решению проблемы увеличения доли неэтилированных бензинов с улучшенными экологическими свойствами на Пермском и Волгоградском НПЗ(с 40 до 100%).

Глава 1. Аналитический обзор по требованиям к экологическим свойствам автобензинов и средствам повышения их октановых чисел.

Взаимодействие природы и человека превратилось в узловые проблемы политического и социально-экологического развития общества. В рамках достаточно высокого уровня развития окружающей среды появились предупредительные знаки процессов, угрожающих нарушением природных условий существования последующих поколений: «озоновые дыры», «парниковый эффект» [1, 2]. Усилий природы оказалось недостаточно, мировой океан потреблял только половину из СОг, создаваемой деятельностью человека, к 2050 можно ожидать удвоения его содержания в атмосфере, что приведет к глобальному росту температуры, нарушению сложившихся климатических условий, затоплению земель и т. д. В современных условиях решения проблем энергетического и экологического обеспечения жизнедеятельности населения земного шара тесно связаны и не имеют национальных границ. Ежегодное мировое потребление энергии оценивается в 290 млрд. квт. В решении проблем экологического риска особенно важна роль направления по совершенствованию производства и применения продуктов топливно-энергетического комплекса. Это относится не только к указанным выше глобальным проблемам, решения которых ещё не обрело конструктивных очертаний, но и ко второй группе экологических проблем, которые можно условно отнести к сегоднешней гигиене жизни больших городов с высоким уровнем автомобилизации, где выбросы загрязнений в атмосферу от автомобилей составляет до 60 % -70% общих выбросов.

Бензины и продукты их сгорания на автомобильном транспорте как источники загрязнителей воздуха обладают рядом особенностей, которые в

I

прогнозировании состояния окружающей среды играют первостепенную роль. Первым из таких специфических свойств является распределенность источников загрязнения. Выбросы от автотранспорта распределяются по всей территории города и концентрируются не в точках, а вдоль магистрали, проникая в самую глубину населенных районов. Значительная часть

автомобилей принадлежит индивидуальным владельцам ( и эта часть непрерывно растет ), поэтому в контакте с бензином, продуктами его эмиссии и сгорания находится значительная часть населения.

Важной особенностью мероприятий по ограничению выбросов от автомобилей является то, что они могут дать существенный результат, если находят применение на значительной части автопарка . Этому требованию отвечают меры влияния через улучшения экологических свойств бензинов.

Под экологическими свойствами топлива понимается его способность оказывать существенные влияния на загрязнение окружающей среды. Это влияние может быть прямое непосредственное, когда изменение количества токсичных компонентов обусловлено составом и качеством бензина и косвенное, когда топливо влияет на выброс вредных веществ через сохранение или ухудшение экологической надежности двигателей.

Ускорению мер по экологическим ограничениям автомобилей и бензинов способствовала массовая автомобилизация таких высокоразвитых стран как США и Япония.

К 1979 г. значительно усилилось массовое движение в защиту окружающей среды в США. Некоторые ученые считали, что страна уже давно вынуждена находится на «кислородном иждивении» у других стран. Так, расчеты Л. Коила президента Американского института биологических наук, показали, что на территории США образуется только 60% потребляемого в

а-

стране кислорода [3]. 150 млн. автомобилей США давали в разных регионах от 40 до 80% всего объема загрязнения воздуха. Специалистами было установлено, что загрязнения воздушной среды приводили к существенному хозяйственному урону. Более быстрыми темпами разрушаются здания и различные строительные материалы, преждевременно изнашиваются предметы личного потребления, повышается восприимчивость сельскохозяйственных культур к болезням, нарушаются сроки цветения, а урожайность таких культур, как картофель, горох и цитрусовые, значительно сокращается. Однако наибольшей опасности в результате подобного загрязнения окружающей среды подвергается человек. По расчетам Национальной академии наук США вследствие загрязнения атмосферы отработавшими газами автомобилей в стране ежегодно регистрировались 4

тысячи случаев преждевременной смерти и 4 млн. человеко-дней теряло

производство [4]. Нео