Диссертация (1172993), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

тонн (2018 г.) и среднем выходе на нефть фракции НК-180 оС 24 % мас. [143]783.3 Исследование влияния этанола на детонационную стойкостьВпервые проведены исследования влияния этанола при концентрации 5-85% мас. на изменение детонационной стойкости тяжёлого бензина гидрокрекинга(ТБГК), выбранного в качестве основного компонента топлива (рисунок 33, а,б),в сравнении с гидроочищенным прямогонным бензином (ПБ).

Оцененаэффективность этанола, которая выражена в октановых числах смешения(рисунок 33, в,г).1101109090ОЧМОЧИ95,07085,0705050015304560075170155150ОЧИ см.ОЧМ см.1701401530456075130110125этанол,% мас.11052035ТБГК5065этанол,% мас.9080520ПБ35ТБГК506580ПБРисунок 33 – Зависимости изменения октановых чисел от содержанияэтанола: а – ОЧИ; б – ОЧМ; в – ОЧИсмешения;г – ОЧМсмешения.Как видно, для достижения ОЧИ и ОЧМ топлива не менее 95,0 и 85,0 ед.соответственно (нормы согласно ТТ), содержание этанола в композиции с ТБГК79должно быть не менее 38 % мас., для гидроочищенного ПБ минимальнаяконцентрация спирта – 46 % мас.Полученные значения октановых чисел смешения свидетельствуют о том,что наибольшая антидетонационная эффективность этанола, как в тяжёломбензине гидрокрекинга, так и в прямогонном бензине, достигается приконцентрации спирта от 10 до 30 % мас.Для оценки эффективности этанола в данных концентрациях впервыепроведены системные исследования влияния этанола (5-75 % мас.) на изменениедетонационнойстойкостинизкооктановыхсмесейиндивидуальныхуглеводородов различных групп (модельные топлива), входящих в составбензина, с октановым числом смесей около 70 единиц.Модельные топлива представляют собой двух и трёх компонентные смеси,состоящие из нормальных и парафинов изостроения, олефиновых, нафтеновых иароматических углеводородов (таблица 23).Таблица 23 – Состав модельных топлив из углеводородов различных группУглеводородИзооктанН-гептанТолуолП-ксилолЦ-гексанН-пентанН-гексанИзооктеныОЧИОЧМ170,030,070,070,0240,060,073,166,0Содержание, % мас.3450,050,050,050,076,171,969,661,2520,080,071,271,1640,040,020,069,066,0В таблице 24 приведены результаты изменения относительного приростаоктановых чисел для всех модельных топлив, из которых видно, чтомаксимальный прирост наблюдается при средних концентрациях спирта всмесях.80Таблица 24 – Относительный прирост ОЧ смешения модельных топлив№МТ12345658,42,82,43,22,84,0156,87,36,06,66,97,8∆ ОЧИ3010,610,58,210,29,19,7508,48,87,49,89,511,2753,34,75,06,36,05,157,52,02,72,02,83,0155,27,35,27,75,38,7∆ ОЧМ306,18,05,38,12,97,7501,84,73,04,83,44,6754,46,43,23,12,91,0На рисунке 34 а,б представлены ОЧИ и ОЧМ полученных модельныхтоплив с этанолом в концентрации 0-75 % мас., на рисунке 34 в,г – октановыечисла смешения.110100105951009095859080858075а75б707065515253545556575515253545556575245210225вг190205185170165150145130110125этанол, % мас.105515253545этанол, % мас.90556575515253545556575Рисунок 34 – Октановые числа смесей (а-ОЧИ, б-ОЧМ, в-ОЧИсм, г-ОЧМсм)81Как видно из рисунка 34в наибольшее октановое число смешения спирта всредних концентрациях достигается в смеси с нормальными и изо-парафинами,в то время как с ароматическими углеводородами, а также с циклогексаномнаблюдается плавное снижение октанового числа, что объясняет бо́льшуюприёмистость прямогонного бензина к этанолу, чем бензина гидрокрекинга, ввиду большего количества парафинов нормального ряда, чем ароматики ициклопарафинов.Таким образом, в результате проведённых испытаний установленыграничныезначенияантидетонационнойэффективностиэтанолавнизкооктановых фракциях для получения топлива Е30: ОЧИсм = 130-156,ОЧМсм = 108-133 (рисунок 37 в,г), а также, что антидетонационнаяэффективность этанола в низкооктановых фракциях по исследовательскомуметоду возрастает в ряду: олефины < нафтены < ароматика < парафины <изопарафины.Вероятно, причина высокой антидетонационной эффективности этанола всредних концентрациях в низкооктановых базах должна находиться вструктурных особенностях как углеводородной фракции, так и самого спирта,используемого в качестве октаноповышающего компонента, природе ихвзаимодействия, а также особенностях их преобразования на молекулярномуровне при сгорании.

Спирт содержит гидроксильную группу, связанную суглеводородной цепью, что приводит к уникальной термохимической иреакционной кинетике по сравнению с углеводородами [144].Качественным отличием прямогонного бензина и нафты гидрокрекинга отвысокооктановых баз или товарных топлив является наличие бо́льшегоколичества парафиновых углеводородов, которые легко окисляются в процессегорения в камере с образованием перекисных соединений [145], в меньшейстепени нафтеновых и изопарафиновых, малого количества ароматических.82Реакция окисления низкооктановых алканов на примере н-гептанаприведена на рисунке 35:Рисунок 35 – Путь окисления н-гептана [146]Как видно, последовательность окисления н-гептана приводит кнакоплению различных радикалов, в том числе: алкил-, пероксигексил-,гидроперокси-, пероксигептилгидроперокси-, HO2, OH, что способствуетобразованию детонации в камере сгорания.Окисление спирта возможно через образование трёх изомерных радикалов(образованиепервыхдвухимеетболеевероятностныйхарактер):α-гидроксиэтил-, этокси-, β-гидроксиэтил, каждый из которых имеет свой путьдальнейшего преобразования до конечных, более стабильных продуктов –например, ацетальдегида, пероксида водорода и воды (рисунок 36).В случае сгорания бинарной модельной смеси (этанол:н-гептан), спиртдействует как поглотитель реактивных радикалов, реагируя с образующимися впроцессе низкотемпературного предпламенного окисления радикалами OH иHO2 через путь обрыва цепи и препятствуя (конкурируя) их реакции с топливомв результате чего детонация наступает позже.83Рисунок 36 – Механизм окисления этанола с образованием пула радикаловOH и HO2 [147]Кратко химизм процесса представлен уравнениями (3) [148]:1) Инициация процесса окисления топлива:n-C7H16 + O2 → C7H15 + HO2;(3)2) Абстракция Н-атома этанола:C2H5OH + HO2 → CH3CHOH + H2O2;C2H5OH + HO → CH3CHO + H2O2;3) Быстрое окисление гидроксиэтилрадикала с образованием стабильныхсоединений-продуктов:CH3CHOH + O2 → CH3CHO + HO2Однако, представленный механизм не может объяснить отклонения отаддитивности и эффективности спирта именно в его средних концентрациях внизкооктановых базах.Можно предположить, что отклонение связано с особенностямимежмолекулярноговзаимодействияспирт-углеводородсобразованиемпромежуточных соединений (мезоструктур) [149-151], близких к горению84чистого спирта, и, которые, в свою очередь, вносят дополнительный вклад вповышение октанового числа бензина.

Опираясь на данное предположение,можнопровести параллельсдругимпроявлением межмолекулярноговзаимодействия между спиртом и углеводородом – явлением азеотропии.Активное формирование промежуточных соединений при концентрацииспирта около 30 %, возможно, связано с образованием азеотропных смесейэтанола с низкооктановыми насыщенными неразветвленными углеводородами(н-гептан, н-гексан, 2-метилпентан и пр.), для которых образование азеотропа504030н-гексан605122129303636 37 38 38этанол, % об.48505970н-октанметилциклогексанн-гептан3-этилпентан3-метилгексан2-метилгексан70н-гексан802-метилпентан90ц-гексан1002,4-диметилпентанТемпература кипения, оС110димециклопентан3,3-диметилпентан1202,5-диметилгексан1301,3-диметилциклогексанприходится на концентрации от 10 до 40 % об.

(рисунок 37).78Рисунок 37 – Изменение температуры кипения низкооктановых углеводородовбензинового ряда при образовании азеотропа с этанолом в его различныхконцентрациях853.4 Исследование влияния этанола на показатели испаряемости3.4.1 Исследование влияния этанола на давление насыщенных паров ифракционный составКак было показано в разделе 1.2.2, добавление этанола в автомобильныебензины влияет на испаряемость топлива, что выражается в экстремальном ростеДНП бензина при концентрации спирта от 5 до 10 %.Для оценки характера влияния этанола на испаряемость тяжёлого бензинагидрокрекинга были проведены исследования изменения ДНП на всем диапазонеДНП, кПаконцентраций спирта, а также фракционного состава (рисунок 38).4017035150°СИ1501303011025И1009020аэтанол, % мас.150204060ТБГК80И7070100б% отгона, об.5002040ТБГКТБГК+30%6080100ТБГК+20%ТБГК+40%Рисунок 38 – Характеристики испаряемости: а – зависимость ДНП отсодержания этанола в ТБГК; б – фракционный состав образцовКак видно, рассматриваемые составы биоэтанольного топлива ссодержанием спирта 20-40 % мас.

не соответствуют показателям испаряемости,а именно – объёмная доля бензина, выкипающего до 70 оС (И70) находится нижеустановленных требованиями значений (рисунок 38), в то время как точка И100,несмотря на затруднение в её определении из-за резкого скачка температуры вэтой области перегонки, вне зависимости от концентрации спирта врассматриваемом среднем диапазоне концентраций – всегда соответствует86установленным требованиям по доле топлива, выкипающего до 100 оС. Этотакже подтверждено исследованиями [74, 152].

Характеристики

Список файлов диссертации