Диссертация (Разработка технологий производства метанол-содержащих топлив)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)ИМЕНИ И. М. ГУБКИНА»На правах рукописиПОТАНИН ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВАМЕТАНОЛ-СОДЕРЖАЩИХ ТОПЛИВСпециальность 05.17.07 – Химическая технология топлива ивысокоэнергетических веществДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорКапустин Владимир МихайловичМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................

41. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ................................................................................. 91.1. Перспективы применения оксигенатов в автомобильных бензинах .......... 91.2. Анализ производства и потребления метилового спирта .......................... 161.3. Технологии производства метилового спирта ............................................

201.3.1. Промышленные технологии производства метилового спирта ............. 201.3.2. Альтернативные технологии производства метилового спирта ............ 271.4. Применение метанола при производстве топлив для двигателейвнутреннего сгорания с искровым зажиганием ................................................. 281.4.1. Сравнительный анализ метанола и других оксигенатов ......................... 281.4.2. Негативные факторы применения метанола в составе топлив .............. 321.4.3.

Особенности работы бензиновых двигателей при использованииметанола в составе топлив.................................................................................... 391.4.4. Мировой опыт применения метанола при производстве моторныхтоплив ..................................................................................................................... 472.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ................................................. 632.1. Цели и задачи исследования ......................................................................... 632.2. Объекты исследования .................................................................................. 652.3. Методы исследования .................................................................................... 693. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАНОЛАПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ............................................... 723.1. Разработкаантидетонационнойдобавкинаосновеметанолаидиалкиловых эфиров ............................................................................................. 723.1.1.

Теоретические основы разработки антидетонационной добавки .......... 723.1.2. Исследование влияния метанола в смеси с эфирами на физикохимические свойства топливной композиции ................................................... 7633.1.3. Результаты испытаний топливных композиций с антидетонационнымидобавками ............................................................................................................... 873.2. Исследование и разработка среднеметанольных топлив ........................... 943.2.1.

Концепция альтернативного топлива ....................................................... 943.2.2. Разработка альтернативных среднеметанольных топлив ....................... 973.2.3. Результаты испытаний образцов среднеметанольных топлив ............. 1043.3. ПодготовкабензиновойфракциипроцессаФишера-Тропшадляиспользования в качестве компонента моторных топлив............................... 1093.3.1. Характеристика бензиновой фракции процесса Фишера-Тропша…...1093.3.2. Изомеризация олефинов С5-С7 фракции н.к.-90°С, выделенной избензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша ............................................... 1123.3.3.

Метоксилирование олефиновых углеводородов жидких продуктовизомеризации ....................................................................................................... 120ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 123СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................ 126ПРИЛОЖЕНИЕ А(обязательное)Акт об использовании результатовдиссертации..........................................................................................................

1434ВВЕДЕНИЕАктуальность и степень разработанности темы исследования. В рамкахтенденции совершенствования бензиновых автомобильных двигателей по путиувеличения удельной мощности и снижения выбросов отработавших газовужесточаются требования к топливу. Важно отметить тот факт, что данныетребованиядиаметральнодетонационнойстойкостипротивоположныбензинов–дальнейшеетрадиционнымиувеличениепроцессаминефтепереработки приводит к ухудшению экологических характеристик топлива.Разорвать сложившийся порочный круг призваны, так называемые, оксигенаты –кислородсодержащие соединения. Они обладают не только способностьюповышать октановые числа бензина, но также влияют на содержаниеуглеводородов и полупродуктов сгорания в отработавших газах автомобилей.Основным направлением научных изысканий в данной области является поискнаиболее оптимальных высокооктановых добавок или их композиций как поэксплуатационным характеристикам, так и по комплексу других свойств, такихкак экономическая эффективность, экологическая безопасность и другие.

Внастоящеевремявмиреприпроизводствеавтомобильныхбензиновиспользуются: метанол, этанол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), метил-третамиловый эфир (МТАЭ или ТАМЭ) и другие оксигенаты. В России наибольшиеобъемы потребления остаются за МТБЭ, в меньшей степени используется ТАМЭ,вовлечение в состав бензинов низших спиртов, в частности метилового, неотмечено. В то же время, метанол имеет большой перечень преимуществ: так,кроме своей дешевизны и высокой доли кислорода в составе, метиловый спиртявляетсяэффективнымантидетонационнымкомпонентомввидувысокихоктановых чисел смешения.

Дополнительно метанол является единственным изоксигенатов, который может производиться из широкого спектра сырья, такогокак природный газ, уголь, биомасса. Кроме того, наиболее распространенныевысокооктановые эфиры (МТБЭ и ТАМЭ) производятся с использованием5метанола в качестве сырья. Указанные факты свидетельствует о значительныхперспективах использования метанола при производстве моторных топлив как вкачестве добавки совместно с высокооктановыми эфирами МТБЭ и ТАМЭ, так ив виде одного из основных компонентов спиртовых топлив, а также припроизводстве моторных топлив из альтернативного сырья – продукта синтезаФишера-Тропша.Цель и основные задачи работы.Целью настоящей работы являласьразработка технологий производства метанол-содержащих топлив для двигателейсискровымзажиганием.Длядостиженияпоставленнойцелибылисформулированы следующие задачи исследования:1.

Анализ литературных источников по существующим наработкам вобласти использования метанола при производстве автомобильных бензинов иальтернативных 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 процессаФишера-Тропша с целью разработки основы для среднеметанольного топлива.Научная новизна.1.

Установлено, что причиной повышенной детонационной стойкостиметилового спирта относительно метил-трет-бутилового и метил-трет-амиловогоэфиров является высокая теплота парообразования, способствующая местномуохлаждению топливно-воздушной смеси и повышенному продуцированиюнеактивного в процессах самовоспламенения формальдегида.2.

Показана пониженная коррозионная агрессивность метанола в топливах всравнении с метил-трет-бутиловым и метил-трет-амиловым эфирами ввидувысокойгигроскопичностиэлектрохимическом процессе.спирта,препятствующейучастиюводыв63. НаучнообоснованаиспользованияиароматическихпрактическиуглеводородовподтвержденавозможностьсостававС7-С9качествесорастворителя в системах метанол – бензиновая фракция синтеза ФишераТропша.4. Впервые исследовано влияние температурного режима на изомеризациюолефинов фракции н.к.-90○С, выделенной из бензиновой фракции синтезаФишера-Тропша,атакжеинтенсивностьпротеканияпобочныхреакцийолигомеризации и крекинга.Теоретическая и практическая значимость.1. Разработан способ получения антидетонационной добавки на основевысокооктановых эфиров с добавлением метанола и антикоррозионной присадки,позволяющийосуществлятьпроизводствоантидетонационнойдобавки,эффективность которой превышает аналогичный показатель для индивидуальногоэфира, а удельная стоимость за счет вовлечения в состав метанола снижается.Указаннаяразработкапозволяетперевестисуществующиеустановкипроизводства МТБЭ и ТАМЭ на выпуск новой антидетонационной добавки сминимальными изменениями.2.

Разработаныкомпозициисреднеметанольныхтопливнаосновебензиновых фракций синтеза Фишера-Тропша, полученных на различныхкатализаторах, для двигателей с искровым зажиганием. Проведены испытания насоответствие полученных топлив требованиям китайского стандарта на топливоМ30, а также национальным стандартам на автомобильные бензины России,Европейского союза и Китая.

Помимо метилового спирта и бензиновой фракциисинтеза Фишера-Тропша в состав топлив входит смесь ароматическихуглеводородов.Всетрикомпонентамогутбытьполученывединомтехнологическом процессе, сырьем для которого являются природный газ, уголь ибиомасса.3. Подобранытехнологическиепараметрыдляосуществленияизомеризации олефиновых углеводородов бензиновой фракции синтеза Фишера-7Тропша с последующим метоксилированием.4. Предложена технологическая схема переработки бензиновой фракциисинтезаФишера-Тропша скомпонентовмоторныхцельютоплив–сниженияолефинов,содержаниянежелательныхухудшающиххимическуюстабильность бензинов и участвующих в образовании смога в крупных городах, атакже увеличения оксигенатов, уменьшающих выбросы вредных веществ присгорании топлива в двигателе.Методология и методы исследования.