Автореферат (Разработка технологий производства метанол-содержащих топлив)

На правах рукописиПОТАНИН ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВАМЕТАНОЛ-СОДЕРЖАЩИХ ТОПЛИВ05.17.07 – Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 20192Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Российский государственный университетнефтиигаза(национальныйисследовательскийуниверситет) имени И.

М. Губкина» (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина)Научный руководитель:Капустин Владимир Михайловичдоктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой технологии переработкинефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. ГубкинаОфициальные оппоненты: Кондрашева Наталья Константиновнадоктор технических наук, профессорФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Санкт-Петербургский Горный университет»,заведующий кафедрой химических технологий и переработки энергоносителейСамойлов Вадим Олеговичкандидат химических наукФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им.

А.В. ТопчиеваРоссийской академии наук (ИНХС РАН),научный сотрудникВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Московский государственный университет имениМ.В. Ломоносова»,кафедра Химии нефти и органического катализаЗащита состоится 26 сентября 2019 г. в 1400 в ауд. 541 на заседаниидиссертационного совета Д 212.200.04 при РГУ нефти и газа имени И. М.

Губкинапо адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеРГУ нефти и газа имени И. М. Губкина и на сайте http://www.gubkin.ru/.Автореферат разослан «__» ____________ 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.200.04,доктор химических наукЕ.С. Бобкова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность и степень разработанности темы исследования. В рамкахтенденции совершенствования бензиновых автомобильных двигателей по путиувеличения удельной мощности и снижения выбросов отработавших газов ужесточаются требования к топливу.

Важно отметить тот факт, что данные требования диаметрально противоположны – дальнейшее увеличение детонационнойстойкости бензинов традиционными процессами нефтепереработки приводит кухудшению экологических характеристик топлива. Разорвать сложившийся порочный круг призваны, так называемые, оксигенаты – кислородсодержащие соединения. Они обладают не только способностью повышать октановые числа бензина, но также влияют на содержание углеводородов и полупродуктов сгорания вотработавших газах автомобилей. Основным направлением научных изысканий вданной области является поиск наиболее оптимальных высокооктановых добавокили их композиций как по эксплуатационным характеристикам, так и по комплексу других свойств, таких как экономическая эффективность, экологическая безопасность и другие.

В настоящее время в мире при производстве автомобильныхбензинов используются: метанол, этанол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ),метил-трет-амиловый эфир (МТАЭ или ТАМЭ) и другие оксигенаты. В Россиинаибольшие объемы потребления остаются за МТБЭ, в меньшей степени используется ТАМЭ, вовлечение в состав бензинов низших спиртов, в частности метилового, не отмечено.

В то же время, метанол имеет большой перечень преимуществ: так, кроме своей дешевизны и высокой доли кислорода в составе, метиловый спирт является эффективным антидетонационным компонентом ввиду высоких октановых чисел смешения. Дополнительно метанол является единственнымиз оксигенатов, который может производиться из широкого спектра сырья, такогокак природный газ, уголь, биомасса. Кроме того, наиболее распространенные высокооктановые эфиры (МТБЭ и ТАМЭ) производятся с использованием метанолав качестве сырья.

Указанные факты свидетельствует о значительных перспективах использования метанола при производстве моторных топлив как в качестведобавки совместно с высокооктановыми эфирами МТБЭ и ТАМЭ, так и в виде4одного из основных компонентов спиртовых топлив, а также при производствемоторных топлив из альтернативного сырья – продукта синтеза Фишера-Тропша.Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы являлась разработка технологий производства метанол-содержащих топлив для двигателей сискровым зажиганием.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:1.Анализ литературных источников по существующим наработкам в областииспользования метанола при производстве автомобильных бензинов и альтернативных топлив.2.Разработка антидетонационной добавки на основе метанола и продуктовметоксилирования изоолефинов С4-С5, а также способа её получения.3.Разработка среднеметанольных топлив на основе бензиновой фракциипроцесса Фишера-Тропша.4.Изучение процесса метоксилирования бензиновой фракции процесса Фи-шера-Тропша с целью разработки основы для среднеметанольного топлива.Научная новизна.1.Установлено, что причиной повышенной детонационной стойкости мети-лового спирта относительно метил-трет-бутилового и метил-трет-амилового эфиров является высокая теплота парообразования, способствующая местному охлаждению топливно-воздушной смеси и повышенному продуцированию неактивного в процессах самовоспламенения формальдегида.2.Показана пониженная коррозионная агрессивность метанола в топливах всравнении с метил-трет-бутиловым и метил-трет-амиловым эфирами ввиду высокой гигроскопичности спирта, препятствующей участию воды в электрохимическом процессе.3.Научно обоснована и практически подтверждена возможность использова-ния ароматических углеводородов состава С7-С9 в качестве сорастворителя в системах метанол – бензиновая фракция синтеза Фишера-Тропша.4.Впервые исследовано влияние температурного режима на изомеризациюолефинов фракции н.к.-90○С, выделенной из бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша, а также интенсивность протекания побочных реакций олигомериза-5ции и крекинга.Теоретическая и практическая значимость.1.Разработан способ получения антидетонационной добавки на основе высо-кооктановых эфиров с добавлением метанола и антикоррозионной присадки, позволяющий осуществлять производство антидетонационной добавки, эффективность которой превышает аналогичный показатель для индивидуального эфира, аудельная стоимость за счет вовлечения в состав метанола снижается.

Указаннаяразработка позволяет перевести существующие установки производства МТБЭ иТАМЭ на выпуск новой антидетонационной добавки с минимальными изменениями.2.Разработаны композиции среднеметанольных топлив на основе бензино-вых фракций синтеза Фишера-Тропша, полученных на различных катализаторах,для двигателей с искровым зажиганием. Проведены испытания на соответствиеполученных топлив требованиям китайского стандарта на топливо М30, а такженациональным стандартам на автомобильные бензины России, Европейского союза и Китая. Помимо метилового спирта и бензиновой фракции синтеза ФишераТропша в состав топлив входит смесь ароматических углеводородов.

Все трикомпонента могут быть получены в едином технологическом процессе, сырьемдля которого являются природный газ, уголь и биомасса.3.Подобраны технологические параметры для осуществления изомеризацииолефиновых углеводородов бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша с последующим метоксилированием.4.Предложена технологическая схема переработки бензиновой фракции син-теза Фишера-Тропша с целью снижения содержания нежелательных компонентовмоторных топлив – олефинов, ухудшающих химическую стабильность бензинов иучаствующих в образовании смога в крупных городах, а также увеличения оксигенатов, уменьшающих выбросы вредных веществ при сгорании топлива в двигателе.Методология и методы исследования.

Методология исследования базируется на изучении влияния различных компонентов на физико-химические свойства топлив, а также влияния параметров химического процесса на состав продук-6тов реакции. В работе использованы современные инструментальные методы,большая часть из которых являются стандартными и общепринятыми.Положения, выносимые на защиту.1.Причины повышенной детонационной стойкости метилового спирта отно-сительно метил-трет-бутилового и метил-трет-амилового эфиров.2.Сравнение коррозионной активности метилового спирта с метил-трет-бутиловым и метил-трет-амиловым эфирами.3.Способ производства антидетонационной добавки.4.Обоснование возможности стабилизации системы метанол-бензиноваяфракция синтеза Фишера-Тропша ароматическими углеводородами.5.Закономерности влияния температуры на изомеризацию олефиновых угле-водородов бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша.Степень достоверности результатов исследований.