Диссертация (1172995), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Изопарафиновые углеводороды, которыми должен быть богат искомыйкомпонент, смогут обеспечить образование межмолекулярных комплексов засчетнековалентныхданногокомпонента(ван-дер-ваальсовых)стяжелымивзаимодействийизопарафинамиизопарафиновалкилата.Подобныемежмолекулярные комплексы должны обладать большей летучестью, чемотдельные тяжелые молекулы, таким образом можно добиться снижениязначения температуры конца кипения полученной смеси. Механизм подобныхмежмолекулярныхвзаимодействиянапримеремолекулароматическихуглеводородов описан в работе [49].Оптимальными являются компоненты, состоящие преимущественно изизопарафинов С6-С8 с небольшим присутствием С5, поскольку обладаютоптимальной температурой кипения и испаряемостью.
Такими компонентамиявляются узкие фракции изомеризата, которые могут быть получены наустановках изомеризации пентан-гексановых фракций с рециклом н-пентана ималоразветвленных гексанов (например, Изомалк – 2). Обязательным условиемполучения изомеризата С6 является наличие блоков выделения из продуктовпроцесса пентановой фракции с целью рециркуляции непрореагировавшего нпентана обратно в процесс, который может осуществляться либо в отдельнойколонне, называемой депентанизатором (ДП), либо в колонне, где одновременнопроисходит отделение н-пентана и слаборазветвленных гептанов (такая колоннаназывается супер-деизогексанизатор, СуперДИГ). На рисунке 4 приведен60вариант технологического оформления процесса изомеризации, позволяющегополучить фракцию С6.Схема установки изомеризации пентан-гексановых фракций срециклом н-пентана и малоразветвленных гексанов [50]Продуктом данного процесса является гексановый изомеризат – верхнийпогон колонны деизокексанизации, содержащий в основном изопарафиновыеуглеводороды С6 – 2,2-диметилбутан и 2-метилпентан.
Данная фракцияизомеризата является наиболее подходящей для использования в составеавиабензина Avgas 100LL, поскольку обладает наивысшей детонационнойстойкостью.Дополнительно в качестве разбавителя широкофракционного алкилатамогут быть взяты компоненты богатые парафинами и изопарафинами С7+ –кубовый погон колонны ДИГ, фракция 85+ катализата гидрокрекинга, а такжерафинат с установки получения ароматических углеводородов, однако данныекомпоненты обладают низкими антидетонационными свойствами, поэтомувозможности их использования в составе авиабензина Avgas 100LL ограничены.В составе авиабензина Avgas 100LL обязательно должны присутствоватьароматические углеводороды, так как они обладают максимальной сортностьюи приемистостью к ТЭС по сортности [8].
Наиболее доступным ароматическим61компонентом является традиционно применяющийся в рецептуре авиабензинаAvgas 100LL, толуол. Помимо толуола потенциальным ароматическимкомпонентом авиабензина Avgas 100LL может рассматриваться этилбензол и пксилол, производство которого осуществляется на нескольких российскихпредприятиях.Для подтверждения возможности приготовления авиабензина Avgas 100LLна базе широкофракционного алкилата за счет его разбавления узкимифракциями изомеризата проведены исследования топливных композиций,состоящих из следующих промышленных компонентов:- Алкилат широкого фракционного состава (основные характеристикиприведены в таблице 12);- Толуольный концентрат (основные характеристики приведены втаблице 14);- Пентан-гексановый(широкофракционный)изомеризат(основныехарактеристики приведены в таблице 13);- Изопентановая фракция (основные характеристики приведены втаблице 17)- Два образца гексанового изомеризата с установок «Изомалк-2»(изомеризат С6) (основные характеристики приведены в таблицах 14, 15);- Кубовый погон ДИГ установки «Изомалк-2» (основные характеристикиприведены в таблице 18).Данные компоненты по показателям: содержание фактических смол,плотность, содержание серы, температура начала кристаллизации, коррозиямедной пластинки, содержание механических примесей и воды, а такжевзаимодействие с водой полностью соответствуют требованиям ГОСТ Р 554932013 и ТР ТС 013/2011 на авиационный бензин.
Поэтому при разработке базовыхсмесей авиационного бензина Avgas 100LL испытания проводились только попоказателям: октановое число по моторному методу, фракционный состав,давление насыщенных паров и удельная низшая теплота сгорания.62Необходимо обратить внимание на значения отдельных показателейкачества бензиновых компонентов, которые ограничивают их максимальнуюконцентрацию в авиационном бензине:- Для алкилата, который представляет собой смесь преимущественноизопарафиновых углеводородов С8 (71% мас.), такими показателями являются:высокие температуры 10%, 50% отгона и конца кипения, а также низкое ДНП.- Для изопентановой фракции, содержащей 82,9% мас.
2-метилбутана и13,8% мас. н-бутана – это низкие температуры 40% отгона и суммы 10 и 50%отгона, а также высокие потери и ДНП.- Для изомеризатов, которые представляют смесь преимущественноизопарафиновых углеводородов С5-С7 и С6 – это низкие температуры 40%отгона и суммы 10 и 50% отгона, а также высокое ДНП и относительноневысокое ОЧМ.- Для кубового погона ДИГ, представляющего смесь преимущественноизопарафиновых, парафиновых и нафтеновых углеводородов С6 и С7, – этонизкая температура 40% отгона, низкие ДНП и ОЧМ.- Для толуола, содержащего 99,2% мас. основного вещества – это высокиетемпературы 10% и 50% отгона, низкие ДНП и удельная низшая теплотасгорания. Касательно характеристик толуола необходимо также отметить, чтосреди всех представленных компонентов, он обладает наибольшим значениемсортности.
По литературным данным, при добавлении 1 мл ТЭС на 1 литртолуола сортность равна 250, тогда как для алкилата этот показатель обычно непревышает130[8].Такимобразом,сцельюповышениясортностиразрабатываемых топливных композиций Avgas 100LL концентрация толуоладолжна быть максимально возможной с учетом приведенных ограничительныххарактеристик.633.1.2 Исследование композиций авиационного бензина Avgas 100LL набазе широкой фракции алкилатаКак было указано выше, широкая фракция изомеризата, представляющаясобойсмесьпреимущественноизопарафиновыхуглеводородовС5-С7,традиционно вовлекается в состав авиабензина Avgas 100LL для увеличенияпоказателей испаряемости. С целью подтверждения гипотезы о невозможностиполучения топлива, удовлетворяющего требованиям к авиабензину Avgas100LL, с использованием широкофракционного изомеризата в смеси сширокофракционным алкилатом, исследована базовая смесь, состоящая изданных компонентов, а также толуола.Для гарантированного достижения требований ГОСТ Р 55493-2013 попоказателю сортности, топливная композиция авиабензина Avgas 100LL должнасодержать высокую концентрацию толуола.
Значение концентрации толуолакосвенно ограничено показателем «удельная низшая теплота сгорания»,значение которой наиболее низкое из всех рассматриваемых компонентов. Дляустановления предельной концентрации толуола в рецептуре авиабензина Avgas100LL проведено исследование теплоты сгорания смесей толуола и гексановогоизомеризата с алкилатом (50/50).
Значение удельной низшей теплоты сгораниягексанового изомеризата и алкилата практически одинаково. Результатыисследования показаны на рисунке 5.Из данных, представленных на рисунке 5, следует, что норма по удельнойнизшей теплоте сгорания выполняется при содержании толуола в смеси до 25%мас. Дальнейшие исследования проводились для смесей с постояннойконцентрацией толуола, равной 25 % мас.Таким образом, основная задача данного этапа исследования заключаласьвустановлениипредельныхконцентрацийалкилатаиизомеризата,обеспечивающих нахождение характеристик топливной композиции в границах,установленных ГОСТ Р 55493-2013.Удельная низшая теплота сгорания,кДж/кг6443,60Qн мин.
43,5 кДж/кг43,1042,6020253035Содержание толуола, % мас.Влияние добавок толуола на значения удельной низшей теплотысгорания бинарной смеси алкилата и гексанового изомеризатаДля исследуемой базовой смеси компонентов (алкилат + изомеризат +25% мас. толуола) критическими показателями, ограничивающими предельныеконцентрации алкилата и верхнего погона ДИГ, являются температуры 40% -гоотгона и конца кипения, а также ДНП. На рисунке 6 приведена полученная врезультате исследований зависимость данных показателей испаряемости отсодержания алкилата в базовой смеси компонентов авиационного бензинаAvgas 100LL.Как следует из данных, приведенных на рисунке 6, топливная композиция,состоящая из трех указанных компонентов, выдерживает норму по температуреконца кипения при содержании алкилата до 28%, при том, что при содержанииалкилата ниже 33% не выполняется норма по значению температуры выкипания40% объема.
Норма по ДНП выдерживается при содержании алкилата до 35%.Такимобразом,установлено,чтоиспользованиеалкилаташирокогофракционного состава с традиционно применяемыми компонентами (широкаяфракция изомеризата, толуол) в рецептуре авиабензина Avgas 100LLневозможно.651801701755317850Ткк макс. = 170°С1604714040% отгонатемпература конца кипения120ДНП, кПаТемпература отгона, °С1731008078244241ДНП мин. = 38,0 кПа3981357460454438Т40% мин.
= 75°С 76473227303336Содержание алкилата, % мас.(а)2427303336Содержание алкилата, % мас.(б)Зависимость фракционного состава (а) и ДНП (б) базовой смесикомпонентов авиационного бензина Avgas 100LL от соотношения в нейшироких фракций алкилата и изомеризата при постоянной концентрациитолуола (25%)С целью оптимизации фракционного состава (снижения температурыконца кипения и повышения температуры выкипания 40% объема) исследованылабораторные образцы авиабензина Avgas 100LL с использованием узкойфракции изомеризата – гексанового изомеризата с установки «Изомалк-2».Приготовлены топливные композиции, аналогичные предыдущему опыту смаксимальным содержанием толуола (25%).На рисунке 7 показаны результаты исследования топливных композиций,содержащих широкофракционный алкилат и изомеризат С6 (образец №1).Из данных, приведенных на рисунке 7, следует, что при содержанииалкилата от 31 до 33% выполняются требования к фракционному составу идавлению насыщенных паров. Нижний предел ограничен минимальнодопустимой температурой выкипания 40% объема, а верхний – температуройконца кипения.66160168,1Ткк макс.
= 170°С53и172,550158,31404740% отгонатемпература конца кипения12010080ДНП, кПаТемпература отгона, °С1804476,478,3424138Т40% мин. = 75°С 7443,4ДНП мин. = 38,0 кПа40,13532602427303336Содержание алкилата, % мас.(а)2427303336Содержание алкилата, % мас.(б)Зависимость фракционного состава (а) и ДНП (б) базовой смесикомпонентов авиационного бензина Avgas 100LL от соотношения в нейширокой фракции алкилата в смеси с гексановым изомеризатом (образец №1)при постоянной концентрации толуола (25%)При использовании в рецептуре образца №2 гексанового изомеризатадостигаются близкие значения показателей фракционного состава, однако,благодаря более низкому ДНП образца №2 гексанового изомеризата, не удалосьдостичь нормы по ДНП полученных композиций. Решить данную проблемупозволило добавление в композицию изопентановой фракции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
