Диссертация (Влияние метил-трет-бутилового МТБЭ и метил-трет-амилового МТАЭ эфиров на свойства реформулированных бензинов)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСИЙ УНИВЕРСИТЕТ)ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА»На правах рукописиБАБКИН КИРИЛЛ ДМИТРИЕВИЧВЛИЯНИЕ МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО (МТБЭ) И МЕТИЛ-ТРЕТАМИЛОВОГО (МТАЭ) ЭФИРОВ НА СВОЙСТВАРЕФОРМУЛИРОВАННЫХ БЕНЗИНОВСпециальность 05.17.07 – Химическая технология топлива ивысокоэнергетических веществДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук,доцентМакаров Александр ДмитриевичМосква – 20202ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ4ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ В РФ111.1.Требования к качеству автомобильных бензинов111.2.Проблема технической оснащенности отечественных НПЗ151.3.Октановый фонд отечественных нефтеперерабатывающих1.4.предприятий18Основные виды октаноповышающих добавок и присадок191.4.1.

Металлсодержащие антидетонаторы191.4.2. Беззольные антидетонаторы221.4.3. Кислородсодержащие антидетонаторы261.4.3.1. Спирты271.4.3.2. Диалкиловые эфиры30Постановка задач исследования37ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ391.5.2.1. Объекты исследования392.1.1. Компоненты бензина392.1.2. Октаноповышающие добавки422.2. Методы исследования44ГЛАВА 3. ДИАЛКИЛОВЫЕ ЭФИРЫ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕОКТАНОПОВЫШАЮЩИЕ ДОБАВКИ493.1.

Сравнительный анализ антидетонационных свойств МТАЭ и МТБЭ 503.2. Разработка рецептур бензинов АИ-95, АИ-98 с использованием МТАЭ55ГЛАВА4.РАЗРАБОТКАКОМПОНЕНТНОГОМЕТОДИКИСОСТАВАПОДБОРАБЕНЗИНА,ОПТИМАЛЬНОГООБЕСПЕЧИВАЮЩЕГОМАКСИМАЛЬНУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОКСИГЕНАТОВ4.1.

Обоснование и принципы построения математической модели626234.2. Разработка математической модели расчета октановых чисел смешенияМТБЭ664.3. Разработка математической модели расчета октановых чисел смешенияМТАЭИспытания4.4.71методикирасчетаоктановыхчиселМТАЭмногокомпонентных смесяхна774.5. Влияние химического состава базового бензина на эффективностькислородсодержащих октаноповышающих добавок81ГЛАВА 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭФИРОВ НА ИСПАРЯЕМОСТЬБЕНЗИНОВ5.1.Испаряемость84бензиновкакосновнойэксплуатационные характеристикифактор,влияющийна845.2. Изучение влияния концентрации МТАЭ и МТБЭ на показателииспаряемости бензинов87ЗАКЛЮЧЕНИЕ99СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ101СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ102ПРИЛОЖЕНИЕ А115ПРИЛОЖЕНИЕ Б1164ВВЕДЕНИЕЕще с начала 2000-х годов экологическая проблема загрязнения крупныхгородов и обочин автомагистралей выхлопными газами была одной из самыхострых в нашей стране.

Долгое время качество атмосферного воздуха в Россииухудшалось одновременно с ростом числа автомобилей, и к 2005 году, по даннымРосстата, объем вредных выбросов от автотранспорта достиг пикового значения в15,4 млн. тонн. В США с целью решения аналогичной проблемы в 1990 году былиприняты поправки в Закон о чистом воздухе, которые предусматривалиприменениереформулированныхбензиноввотдельныхрайонахснеблагоприятной экологической обстановкой. Реформулированный бензин –бензин, у которого изменены состав и (или) характеристики для уменьшениявыбросов загрязняющих веществ при сгорании [1].

Такой бензин долженсодержать кислородсодержащие октаноповышающие добавки (оксигенаты),кроме того, в его составе ограничено содержание бензола и ароматическихсоединений.Реформулированныйбензинимеетболеенизкоедавлениенасыщенных паров, что снижает выбросы при испарении, а также более низкоесодержание сернистых соединений.В России с целью снижения нагрузки на окружающую среду, вслед за СШАи Европой, был разработан поэтапный план перехода на выпуск и использованиетоплив, полученных на основе гидрогенизационных процессов переработкинефтяного сырья. Стоит отметить, что, несмотря на высокие объемы потреблениядизельного топлива (примерно 37% от общего объема автотоплива в 2015 году)[2], Россия была и остается страной, в которой рядовые автолюбителипредпочитают бензиновые двигатели. Так, доля продаж дизельных автомобилей впервом полугодии 2016 года не превысила 8% [3].

При этом очевидно, что вкрупных городах, наиболее страдающих от выбросов в атмосферу, именнокачествореализуемогобензинаэкологическое состояние воздуха [5].оказываетпервостепенноевлияниена5С принятием Технического регламента Таможенного союза 013/2011 [4], т.е.документа,регламентирующегоэкологическиехарактеристикитоплива,наблюдалось существенное изменение структуры производства бензина. Так, еслив 2010 году доля выпускаемых в РФ бензинов 4-5 экологических классовсоставила 14%, то в 2014 году этот показатель достиг 85%, а в 2016 доляпроизведенных бензинов 5 класса достигла 93% [7,89].

Постепенное снижениесодержанием сернистых, ароматических соединений, а также ограничениеиспользования некоторых компонентов в топливе привели к тому, что объемвредных выбросов стабилизировался в диапазоне 13 - 14 млн. тонн в год исохраняется на этом уровне, несмотря на продолжающийся рост парка машин. Кпримеру, в 2015 году из выхлопных труб в атмосферу поступило 13,9 млн.

тоннвредных веществ [1]. При этом суммарный объем производства автомобильныхбензинов, в соответствии с потребностями внутреннего рынка, в период с 2010 по2016 год увеличился с 36,6 млн. т до 39,9 млн. т [6,7].Существенноеулучшениеэкологическиххарактеристиктопливаобусловлено качественным изменением его состава и потребовало немалыхвложений в модернизацию нефтеперерабатывающих предприятий. Успехипоследнихлетсталивозможнымизасчетвводановыхмощностейоблагораживающих процессов на НПЗ, в первую очередь изомеризации пентангексановой фракции, благодаря чему удалось снизить долю риформатов втоварных бензинах и выйти на нормы по содержанию ароматических соединений.Но есть и обратная сторона медали - в это же время инвестиции в развитиеуглубляющих процессов на заводах были недостаточны. И если в западныхстранах переход на производство топлив с улучшенными экологическимисвойствамиобеспечивалиодновременнымразвитиеммощностейкакоблагораживающих, так и углубляющих процессов, то в России наблюдаетсяочевидный перекос в сторону гидрогенизационных процессов.

Такое положениедел уже в 2016 году привело к сокращению выхода бензина от общего объёмапервичной переработки до 14,3% (для сравнения в 2007 году - 15,7%) [7]. Болеетого, согласно данным ОАО «ВНИПИнефть» суммарная мощность процессов,6которые направлены на углубление переработки нефти и должны быть построенына НПЗ в ближайшие 5 – 10 лет, составляет около 84 млн. т/г, и только 16 млн.т/год из них приходятся на установки каталитического крекинга, позволяющиеполучать высокооктановый компонент автомобильного бензина [8]. Как итог,даже при наличии нефтепродуктов, соответствующих высоким мировымстандартам, нарастить их экспорт не получается, объем же импортируемогобензина возрос с 500 тыс. т в 2011 году до 1,4 млн.

т в 2014 году [8].В 2016 году согласно ТР ТС 013/2011 вступил в силу запрет на оборотбензина 4 класса на территории РФ. Между тем крупные нефтегазовые компаниистраны работают в условиях экономических и технологических санкций, чтопривело к существенному замедлению темпов модернизации ряда крупныхотечественных НПЗ [9].

В среднесрочной перспективе высокий потенциалотечественного авторынка, а также неизбежный возврат к положительныммакроэкономическим показателям, очевидно, вызовут еще больший спрос навнутреннем рынке. Ситуация осложнена также запретом на использование вбензинах высшего экологического стандарта антидетонационных присадок наоснове монометиланилина [4], единственной альтернативой которым в настоящеевремя являются кислородсодержащие октаноповышающие добавки (оксигенаты).Таким образом, для большинства крупных НПЗ страны вдефицитамощностейэкономическихиуглубляющихтехнологическихпроцессовпереработки,ограниченийразвития,условияхатакжеименнооктаноповышающие добавки являются важным инструментом для поддержанияобъёмов производства бензина, удовлетворяющих потребности внутреннегорынка.

Другими словами, выпуск современных высокооктановых бензинов безприменения кислородосодержащих октаноповышающих добавок на некоторыхНПЗ просто невозможен. Кроме того, амбициозные планы нефтяных компанийна экспорт своих топлив, обусловленные их высоким качеством, потребуютнаращивания объема производства бензина, а вместе с ним будет расти ипотребность в оксигенатах. В то же время далеко не все нефтеперерабатывающие7заводы имеют собственные мощности по производству октаноповышающихдобавок, а значит затраты на их закупку являются важной статьей расходов.Актуальность проблемы обусловлена произошедшим за последние годыкачественным изменением состава бензина. Добавки, повышающие октановоечисло, применяются уже очень давно. Однако, вопрос их использования вбензине, полученном на основе компонентов гидрогенизационных процессов,мало изучен в настоящее время.

Крупные предприятия заинтересованы в поиске иисследовании рациональных подходов в применении оксигенатов с извлечениеммаксимального эколого-экономического эффекта.Целью данной работы является разработка общих принципов производствавысокоэффективных бензиновых композиций, удовлетворяющих современнымэкологическимтребованиям,сдобавлениемкислородсодержащихоктаноповышающих добавок.Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:- сравнительный анализ основных характеристик метил-трет-бутилового иметил-трет-амилового эфиров;-исследованиеантидетонационнойэффективностиоксигенатовнаэталонной смеси «70» и контрольном топливе КТ ароматического основания;- изучение зависимости приемистости оксигената от углеводородногосостава базового бензина на примере смесей оксигенатов с различнымикомпонентами товарных бензинов;- разработка методики подбора оптимального группового химическогосоставабензинадляизвлечениямаксимальногоэффектапримененияоктаноповышающих добавок;- оценка влияния эфиров на показателииспаряемости и другихэксплуатационных характеристик бензинов.Научная новизна1.

Впервые показано, что наибольший прирост октановых чисел достигаетсяпри введении оксигенатов к бензинам, с преобладающим количествомизопарафинов (70 – 95% мас.) – изомеризату и алкилату (октановое число8смешения до 128 для МТБЭ). Наиболее низкий прирост октановых чисел присмешении с эфирами проявляют компоненты товарных бензинов с повышеннымсодержанием ароматических соединений – катализаты риформинга (октановоечисло смешения 115-118 для МТБЭ).2. Установлена зависимость октановых чисел топливных смесей отконцентрациисодержанияметил-трет-бутиловоговбензиновыхиметил-трет-амиловогокомпонентахпарафиновыхэфирови(нормальныхиизостроения), ароматических и олефиновых соединений.3.