Автореферат (1172994), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные положения и результаты работы былипредставлены на конференциях: VII, VIII, IX Международные промышленноэкономические форумы «Стратегия объединения: Решение актуальных задачнефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе», 2014, 2015и 2016г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXIвека», секция 7, г. Москва, 24-27 ноября 2015 г.; Конференция молодых ученых понефтепереработке «ВНИИ НП–85» Итоги и перспективы развития», г. Москва, 24–25 мая 2018 г.; XII Международная конференция молодых ученых по нефтехимии,г. Звенигород, 17-21 сентября 2018 г.; Научно-техническая конференция молодыхспециалистов «Авиационные двигатели и силовые установки», г.
Москва 28-30 мая2019 г.Публикации. По результатам диссертационной работы опубликованы 17работ, из которых 5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерстваобразования и науки РФ, 6 тезисов докладов на научных конференциях, 6 патентовРФ.Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, заключения, списка сокращений и обозначений, спискаиспользованной литературы из 68 наименований, 6 приложений. Общий объемдиссертационной работы включает 148 страниц печатного текста, в том числе 28рисунков и 39 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и основные задачи исследований для ее достижения,научная новизна, практическая значимость работы, определена методологияработы.В главе 1 проведен обзор научно-технической, нормативной и патентнойлитературы.Проанализированытребованияк физико-химическимиэксплуатационным свойствам авиабензинов и отличие их от свойствавтомобильных бензинов.
Кратко описана история и современное состояниепроизводства авиабензинов в России. Проведен анализ действующей нормативнотехнической документации (НТД) ведущих стран-производителей авиабензинов:США (ASTM D910), Великобритании (DEF STAN 90-91). Установлены отличия втребованиях данных документов к отдельным показателям качества и методахиспытаний. Проанализирован компонентный состав и влияние компонентов нафизико-химические характеристики авиабензинов.
Показано, что основным8свойством, отличающим авиационный бензин от автомобильного, являетсядетонационная стойкость. Основными компонентами авиабензинов, обладающиминаивысшими значениями октанового числа и сортности, являются алкилат,изомеризат, высокоароматизированные компоненты – толуол, катализатриформинга(платформинга).Дляобеспечениятребуемогоуровняэксплуатационных свойств авиабензинов, добавляются антидетонационная иантиокислительная присадки.
При необходимости также добавляютсяантистатическая и антикоррозионная присадки.Для оценки текущего и потенциального уровня потребления авиабензиновпроведен анализ численности отечественного парка поршневых самолетов ивертолетов. Показано, что на текущий момент, парк поршневых самолетов ивертолетов составляет около 5000 единиц. Потребность в авиабензине для данногопарка оценивается от 23 до 46 тыс. т/год.Проведен анализ перспективных направлений в области производстваавиабензинов.
Показано, что в настоящее время наиболее востребованной маркойявляется Avgas 100LL, поскольку ее можно применять практически на любыхмоделях поршневых авиадвигателей. В ходе анализа традиционногокомпонентного состава Avgas 100LL выявлено, что сейчас в России отсутствуетпроизводство ключевого компонента – авиа-алкилата.Проведен анализ общемирового производства поршневых воздушных судов.Показана тенденция к отказу от производства силовых установок, требующих дляработы этилированный авиационный бензин. Следствием этого может статьполный отказ от производства этиловой жидкости в Европе, невозможность ееимпорта в Россию и проблемы с производством этилированных марок авиабензина.Таким образом, в перспективе, актуальными будут неэтилированные маркиавиабензина.
Описаны основные промышленные продукты и присадки,исследованные за рубежом в качестве компонентов неэтилированногоавиабензина. В результате проведенного обзора и анализа научно-технической,патентной и нормативной литературы, сформулирована цель и поставлены задачиисследования.В главе 2 охарактеризованы объекты исследования – компонентыисследуемых образцов – алкилат широкого фракционного состава, полученный впроцессе сернокислотного алкилирования, стабильный изомеризат С5-С7, узкиефракции изомеризата – верхний и кубовый погоны колонны деизогексанизации,толуол, технический изооктан, полученный на опытной установке димеризацииизобутилена.
Также охарактеризованы присадки – этиловая жидкость марки TELB, N-метиланилин технический улучшенный, м-толуидин, присадка Агидол-1.9В диссертационной работе применены стандартизованные методыисследования (ГОСТ, АСТМ).В главе 3 представлены результаты исследования, направленные наразработку технологий производства перспективных малоэтилированныхавиабензинов.Произведена оценка возможностей производства авиабензина Avgas 100LLна основе отечественной компонентной базы.
Рассмотрены производимые в Россиикомпоненты, потенциально пригодные для применения в рецептурах авиабензинаAvgas 100LL, и их показатели качества. На основании проведенного анализавыбран ряд оптимальных компонентов базовой смеси авиабензина Avgas 100LL –алкилат, толуол, изомеризат и узкие фракции изомеризата – верхний и кубовыйпогоны колонны деизогексанизации. Определены показатели качестваисследуемых смесей, нуждающихся в оптимизации – фракционный состав,давление насыщенных паров (ДНП), удельная низшая теплота сгорания, ОЧМ.Поскольку ароматические углеводороды обладают наибольшей приемистостью кТЭС по сортности, достижение ее удовлетворительных значений обеспечивалосьмаксимально возможной концентрацией толуола в исследуемых смесях.Подтверждено, что приготовление авиабензина Avgas 100LL сиспользованием широкофракционного алкилата, наряду с традиционноприменяемым компонентом – изомеризатом С5-С7 невозможно, из-занесоответствия показателей фракционного состава установленным нормам прилюбом соотношении компонентов (рисунок 1).531804714040% отгонатемпература конца кипения12010080ДНП, кПаТемпература отгона, °С50Ткк макс.
= 170°С160444138Т40% мин. = 75°С60ДНП мин. = 38,0 кПа35322427303336Содержание алкилата, % мас.(а)2427303336Содержание алкилата, % мас.(б)Рисунок 1 – Зависимость фракционного состава (а) и ДНП (б) базовой смесикомпонентов авиационного бензина Avgas 100LL от содержания в ней широкихфракций алкилата и изомеризата С5-С6, и толуола (25%)10Исследован способ снижения температуры конца кипения базовой смесиавиабензина Avgas 100LL за счет замены широкофракционного изомеризата на егопромышленно доступные узкие фракции.
За счет большей молекулярной массы,близкой к молекулярной массе тяжелых углеводородов алкилата, усиливаетсямежмолекулярное взаимодействие между углеводородами алкилата и изомеризата,что способствует их совместному выкипанию и снижению температуры концакипения топливных композиций. Так, при замене изомеризата С5-С7 на узкуюфракцию – верхний погон колонны деизогексанизации, требования кфракционному составу и ДНП удовлетворяются (рисунок 2).16053Ткк макс. = 170°С4714040% отгонатемпература конца кипения1201008050ДНП, кПаТемпература отгона, °С180444138Т40% мин. = 75°СДНП мин.
= 38,0 кПа3532602427303336Содержание алкилата, % мас.(а)2427303336Содержание алкилата, % мас.(б)Рисунок 2 – Зависимость фракционного состава (а) и ДНП (б) базовой смесикомпонентов авиационного бензина Avgas 100LL от содержания в ней широкойфракции алкилата в смеси с гексановым изомеризатом и толуолом (25%)Таким образом, определен диапазон концентраций алкилата широкогофракционного состава (31-33% мас.), который позволяет осуществитьприготовление базовой смеси авиабензина Avgas 100LL, с показателямииспаряемости, соответствующими требованиям НТД.При использовании другого образца верхнего погона колонны ДИГ,имеющего меньшее значение ДНП, не удается получить одновременнооптимальные значения ДНП и показателей фракционного состава.
Увеличитьзначение ДНП позволило добавление изопентановой фракции, при этом диапазоноптимальных концентраций остался таким же.Таким образом показано, что присутствие в составе авиабензинаAvgas 100LL компонента богатого изопарафинами С6 позволяет вовлекать в его11рецептуру алкилат широкого фракционного состава и снизить температуру концакипения композиции до приемлемого уровня.Существенным недостатком предлагаемой выше рецептуры является узкийдиапазон отклонений концентраций отдельных компонентов. Поэтому былаисследована возможность вовлечения в состав компонента, позволяющегорасширить концентрационные пределы вовлечения широкофракционного алкилатаза счет оптимизации фракционного состава.
В качестве такого компонентаисследован кубовый погон ДИГ с установки изомеризации. Этот компонентпредставляет собой смесь преимущественно насыщенных углеводородов С7+.Замещение небольших долей алкилата и изомеризата данным компонентомпозволит в меньшей степени зависеть от показателей их фракционного состава.В результате исследования топливных композиций и оптимизации ихсостава, установлено, что добавление в рецептуру 12% кубового погона ДИГрасширяет концентрационные пределы вовлечения алкилата в данную рецептурудо 30÷35%. Нижний предел 30%, аналогично предыдущей рецептуре ограничензначением температуры выкипания 40% фракции, а верхний – значениемтемпературы конца кипения. Значение ДНП также ограничивает максимальнуюдолю алкилата – при его содержании 35% значение ДНП составило 38,5 кПа, тоесть практически находится на нижнем допустимом пределе.Образцы авиабензина Avgas 100LL, приготовленные на базе алкилаташирокого фракционного состава в установленных граничных концентрациях,гексанового изомеризата, кубового погона ДИГ и изопентановой фракциииспытаны на соответствие основным требованиям ГОСТ 55493.
Результатыиспытаний приведены в таблице 1.Таким образом, впервые для приготовления авиабензина Avgas 100LLиспользована фракция богатая изопарафинами С6. Показано, что вовлечениеданного компонента позволяет применять в составе авиабензина Avgas 100LLалкилат широкого фракционного состава без предварительного выделения легкойфракции. Показано, что добавление в рецептуру тяжелой низкооктановой фракцииизомеризата – кубового погона колонны деизогексанизации позволяет расширитьконцентрационные пределы вовлечения широкофракционного алкилата врецептуру авиабензина Avgas 100LL. На данное техническое решение оформленпатент РФ № 2554938.Предложена технологическая концепция, согласно которой базоваяуглеводородная смесь авиабензина должна вырабатываться на одном из крупныхНПЗ, а ввод присадок и паспортизация должны осуществляться на обособленномпредприятии. В качестве одного из составляющих нормативной базы для12реализации данной концепции, на основе описанного выше исследования,разработаны технические требования к базовым неэтилированным смесям дляпроизводства авиабензинов марок Б-91/115 и Avgas 100LL (таблица 2).Таблица 1 – Результаты испытаний образцов авиационного бензина Avgas 100LL.Наименование компонентаКонцентрация, проц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
