Диссертация (1172993), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Давление насыщенных паровтакже не соответствует установленной норме (рисунок 38).С целью получения топливных композиций с требуемой испаряемостью(ДНП и точка И70), при сохранении неизменных детонационных характеристик,была исследована возможность использования лёгкого бензина гидрокрекинга(фракции 40–85°С), качество которой было приведено в п. 3.1.
Результатывведения лёгкой фракции в состав, состоящий из 38 % мас. биоэтанола и 62 %мас. тяжёлого бензина гидрокрекинга, за счёт пропорционального уменьшения45355525И7020251515% об.15105500510 15 20ЛБГК, % мас.содержание биоэтанола50ДНП, кПа35этанол, % мас.30454035,0 кПа3530025И70ДНП5454035302520151050этанол, % мас.доли последнего, представлены на рисунке 39.10 15 20 25ЛБГК, % мас.содержание биоэтанолаРисунок 39 – Зависимость И70 и ДНП при вовлечении ЛБГКИз рисунка 39 видно, что при вовлечении ЛБГК в концентрации от2 % мас., фракционный состав образцов топлива Е30 соответствует показателю«объёмная доля испарившегося топлива при 70°С (И70)» и ДНП вышеустановленных 35,0 кПа.
Также стоит отметить, что при вовлечении лёгкогобензина гидрокрекинга с 15 до 25 % мас. не происходит сильного увеличениядоли испарившегося бензина до 70 °С. Таким образом, с учётом ограниченностиресурсов ЛБГК и необходимости его использования для компаундирования87бензинов на НПЗ, рекомендованная концентрация ЛБГК для биоэтанольноготоплива Е30 составляет 10-15 % мас. в зависимости от содержания этанола втопливе. В пересчёте на смесь лёгкого и тяжёлого бензинов гидрокрекинга этосоставляет 17-23 % мас., что меньше балансового содержания легкой части вширокой бензиновой фракции процесса гидрокрекинга (порядка 25 % мас),поэтому целесообразным может являться использование нафты гидрокрекингабез её разделения.3.4.2 Исследование влияния этанола на ДНП индивидуальных углеводородов иразработка эмпирической модели расчета ДНП биоэтанольного топлива Е30Следует отметить, что в случае производства биоэтанольного топлива какна НПЗ, так и на нефтебазе, может быть использован бензин гидрокрекинга сотличными от рассматриваемого в данной работе показателями качества, и этосущественно может повлиять на конечное давление насыщенных паров.
Поэтомуактуальным является разработка модели, которая смогла бы описать ипредугадать поведение готового среднеэтанольного топлива, учитывающаядавление насыщенных паров исходного углеводородного компонента топлива,которое в свою очередь может быть рассчитано на основании результатовхроматографического анализа углеводородного состава [153], являющегосяобязательным при контроле качества в потоке на НПЗ, с целью соответствиянормативной документации.Для расчета ДНП этанольного топлива удобно пользоваться уравнением,учитывающим ДНП исходного углеводородного компонента топлива, которое,как уже отмечалось, может быть рассчитано на основании его углеводородногосостава.
В общем виде формула расчета ДНП может быть представленаследующем образом (4):88ДНПрасч=ДНПув*К(4)где ДНПрасч – рассчитываемое ДНП биоэтанольного топлива, кПа;ДНПув – ДНП углеводородной части биоэтанольного топлива, кПа;К – эмпирический коэффициент, включающий в себя исходное ДНП углеводородной части исодержание этанола.Дляразработкимоделирасчёта,впервыепроведенысистемныеисследования влияния этанола во всём диапазоне концентраций на изменениедавления насыщенных паров индивидуальных углеводородов различных групп(рисунок 40), входящих в состав бензина, на основании которых полученозначений коэффициента К.160140ДНП, кПа12010080604020этанол, % мас.00и-пентанн-гексанн-октанц-пентан2040н-пентанн-гептантолуолц-гексан6080100и-гексани-октанп-ксилолизопропилбензолРисунок 40 – Зависимость изменения ДНП бинарных смесей углеводородов сэтанолом в различных концентрацияхКак видно из рисунка 40, наблюдается экстремум, характерный дляконцентраций спирта 5-10 % мас., что также отражено на рисунке 17.Отклонение (разница) фактических результатов ДНП бинарных смесей отрассчитанных по правилу аддитивности в кПа и в процентах приведены нарисунке 40 а, б.896030050Отклонение, %Отклонение, кПаа403020б2502001501005010этанол, % мас.002040этанол, % мас.06080010020406080100Рисунок 41 – Отклонения фактических результатов ДНП бинарныхсмесей углеводородов с этанолом от рассчитанных по аддитивности:а – абсолютные; б – относительныеСогласно рисунку 41а максимальные абсолютные отклонения отаддитивностидляпарафиновыхициклопарафиновыхуглеводородовнаблюдаются при концентрации 60 % мас.
этанола, а для ароматических – при 5% мас. В относительных величинах (рисунок 41б) максимумы приходятся на 5и 85 % мас. спирта, при этом для ароматических углеводородов относительныеотклонения носят более выраженный характер.Исходя из полученных данных, область применения эмпирической моделив зависимости от концентрации спирта можно разделить на три диапазона: 5-15% и 50-85 %, где наблюдаются экстремальные зависимости изменения ДНП, атакже 20-40 %, где ДНП изменяется без экстремумов – линейно снижается. Врамках данной работы рассмотрен диапазон средних концентраций биоэтанола(20-40 % об.).90Для разработки модели было оценено изменение эмпирическогокоэффициента К в зависимости от ДНП углеводородов для различногосодержания спирта (рисунок 42).75аКоэффициент, ККоэффициент, K6543210К = 7,8886x-0,526+0,1б43E202К = 2,1858x-0,1651004080ДНП, кПаЕ20Е30E50Е601200Е40Е854080120ДНП, кПаРисунок 42 – Зависимость эмпирического коэффициента К от ДНПуглеводородов: а – для топлив Е20-Е85; б – для топлива Е20На рисунке 42б приведена модель изменения К для топлива, содержащего20 % мас.
этилового спирта от ДНП углеводородной базы, описываемая двумяуравнениями, действующими в двух диапазонах ДНП углеводородной базы: 040 кПа и 40-150 кПа.Влияние содержания этанола в концентрациях 20-40 % на эмпирическийкоэффициент является незначительным, и не превышает 0,1-0,2 кПа. В связи стем, что влияние ароматических углеводородов на ДНП отличается от влиянияалифатических, был рассчитан дополнительный коэффициент на содержаниеароматических углеводородов в составе топлива, описываемый функцией,зависящей от доли этилового спирта в составе топлива, представленной нарисунке 43.91К1 на содержаниеароматики0.900.85К1 = 0,0011х + 0,69650.800.750.700.65этанол, % мас.0.60525456585Рисунок 43 – Зависимость поправочного коэффициента К1 на содержаниеароматических углеводородов от содержания этанолаТаким образом, учитывая все поправочные коэффициенты, формуларасчёта ДНП может быть представлена следующими уравнениями (5):ДНПув ∗ (7,8886 ∗ ДНПув−0.526 + 0,1) ∗ (1 – ар.∗ (1 – К1)), ДНПув < 40,0кПаДНПрасч = {(5)ДНПув ∗ (2,1858 ∗ ДНПув−0.165 + 0,1) ∗ (1 – ар.∗ (1 – К1)), ДНПув ≥ 40,0кПагде К1 – поправочный коэффициент на содержания ароматических углеводородов,Wар.
– массовая доля ароматических углеводородов в углеводородной базе.Для подтверждения эффективности предложенной модели она былаопробована на образцах среднеэтанольных топлив с содержанием спирта 20-40% мас., где в качестве углеводородной базы использованы нафта гидрокрекингаи прямогонный бензин (таблица 25).Таблица 25 – Проверка эффективности математической моделиУглеводороднаябазаДНПув,кПаНафтагидрокрекинга21,5Бензинпрямогонный32,3Этанол, %мас.203040203040Wар.К0,0860,0750,0640,0510,0450,0381,621,611,611,341,331,32ДНПфакт.,кПа35,334,834,243,943,543,0ДНПрасч.,кПа35,034,834,743,443,343,2ДНПадд.,кПа20,620,219,729,227,726,292Как видно из таблицы 25, разница между расчётным ДНП, полученнымсогласно эмпирической модели, и фактическим составляет менее 1,0 кПа, что невыходит за пределы сходимости метода измерения ДНП по ГОСТ Р ЕН 13016-1.Значения ДНП, рассчитанные согласно правилу аддитивности, сильноразличаются с фактическими.Таким образом показано, что данная эмпирическая модель может бытьприменима для оценки ДНП среднеэтанольных топлив, где могут бытьиспользованытолькорезультатыхроматографическогоопределенияуглеводородного состава топлива, являющегося обязательным при контролекачестве в потоке на НПЗ.3.5 Исследование и разработка оптимальных топливных композицийбиоэтанольного топлива Е303.5.1 Исследование влияния высокооктановых и энергонасыщенныхкомпонентов на качественные характеристики биоэтанольного топлива Е30Для разработки топливных композиций биоэтанольного топлива Е30 сцелью оценки минимально возможной доли этанола при сохраненииантидетонационных характеристик в работе была исследована возможностьвовлечения таких компонентов как: бензин каталитического риформинга (БКР),толуол, монометиланилин (ММА), фракция 150-225 оС гидрокрекинга.
ММАбыл дополнительно рассмотрен с целью возможности испытаний его надвигателе в составе биоэтанольного топлива Е30 и оценки содержания оксидовазота в выхлопе.Установлено, что при вовлечении максимально возможной концентрациибензина каталитического риформинга – 25 % мас. удаётся повысить низшуюобъёмную теплоту сгорания с 28,4 до 29,6 МДж/л (рисунок 44а), при этомобъёмная доля ароматических углеводородов не превышает 20 %.
Максимально93возможная доля толуола составляет 15 % мас., что также позволяет повыситьтеплоту сгорания до 29,6 МДж/л (рисунок 44б).4030.0аЭтанол, % мас.б29.5Qн, МДж/л35302529.028.528.00510 15% мас.20БКР25Толуол0510 15% мас.2025Рисунок 44 – Зависимости изменения от содержания БКР и толуола в топливе:а – содержания этанола; б – низшей объёмной теплоты сгоранияПредельно допустимая концентрация ММА была ограничена 1,0 % об. (1,3% мас.), таким образом и содержание спирта в смеси удалось снизить до 32,0 %мас.
(30,6 % об.), что позволило увеличить низшую теплоту сгорания до 28,83728.93628.83528.73428.63328.532ММА, % мас.3100.5Этанол, % мас.28.4Qн, МДж/лЭтанол, % мас.МДж/л (рисунок 45).28.31Теплота сгоранияРисунок 45 – Зависимости изменения содержания этанола и низшей объёмнойтеплоты сгорания от содержания ММА в топливе94Несмотря на то, что использование ММАв столь невысокихконцентрациях позволяет снизить долю этанола в топливе, прирост теплотысгорания меньше, чем при использовании толуола или бензина каталитическогориформинга.
Однако совместное использование в максимальной концентрацииММА (1,3 % мас.) и толуола позволяет значительно повысить низшую объёмнуютеплоту сгорания топлива – до 30,0 МДж/л, что на 7 % ниже теплоты сгоранияавтомобильного бензина АИ-95-К5 по ГОСТ 32513.Необходимо отметить, что бензин каталитического риформинга можетбыть использован в случае производства на нефтеперерабатывающем заводеспециального базового углеводородного компонента, который в дальнейшембудет поставляться предприятию (терминал по смешению или биоэтанольныйзавод), осуществляющему выработку биоэтанольного топлива.
Толуол можетбыть использован аналогичным образом, а также, ввиду его доступности нарынке нефтехимической продукции, может закупаться отдельно.Также установлена возможность вовлечения в состав Е30 фракции 150-225оС гидрокрекинга в концентрации до 10 % мас. без ухудшения физико-химических и эксплуатационных характеристик топлива. На практике это можетпозволить увеличить глубину отбора базового компонента при отсутствии наНПЗ выпуска реактивного топлива.3.5.2 Исследование влияния побочных продуктов производства биоэтанола иобводнённого биоэтанола на качественные характеристики биоэтанольноготоплива Е30Также с целью снижения себестоимости биоэтанольного топлива Е30рассмотрена возможность вовлечения в его состав побочных продуктовпроизводства биоэтанола – сивушных масел (СМ) и эфироальдегидной фракции(ЭАФ), а также оценена эффективность и возможность использования95обводнённого биоэтанола взамен абсолютированного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
