Автореферат (1173020), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Представленные в работе результаты являются достоверными, так как получены на основании исследований, проведенных с использованием современных физико-химических методов анализа.Апробация результатов исследований. Отдельные разделы работы докладывались и обсуждались на VII Международном промышленно-экономическомФоруме «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового инефтехимического комплексов на современном этапе» (г.
Москва, 11-12 декабря2014 г.); 69-ой международной молодежной научной конференции «Нефть и газ2015» (г. Москва, 14-16 апреля 2015 г.); Международной конференции «Метанол2015» (г. Москва, 26 июня 2015 г.); IX Международном промышленноэкономическом Форуме «Стратегия объединения: Решение актуальных задачнефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе» (г.Москва, 24-25 ноября 2016 г.); 71-ой международной молодежной научной конференции «Нефть и газ 2017» (г. Москва, 18-20 апреля 2017 г.); X Международном промышленно-экономическом Форуме «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового и нефтехимического комплексов на современномэтапе» (г. Москва, 23-24 ноября 2017 г.); Международной конференции «Метанол2018» (г.
Москва, 23 мая 2018 г.).7Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 научно-технических статьи в ведущих рецензируемых научныхжурналах, в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ; получено 2 патента РФ и подана 1 заявка на патент РФ; опубликовано 5 информационных тезисов докладов на научных конференциях.Объем и структура работы.
Диссертация изложена на 143 страницах, состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы из 163 наименований,содержит 36 таблиц, 38 рисунков, 1 приложение.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и основные задачи исследований для ее достижения, научная новизна, практическая значимость работы, определена методология работы.В первой главе диссертации освещены современные проблемы производства высокооктановых автомобильных бензинов, рассмотрены основные кислородсодержащие соединения, используемые в настоящий момент при производствеавтомобильных бензинов.
Показано, что метиловый спирт является перспективным высокооктановым компонентом топлив для двигателей с искровым зажиганием, а также непосредственно самим топливом. Проанализированы промышленные и перспективные способы производства метилового спирта. Изучены основные физико-химические свойства метанола, а также выполнено их сравнение саналогичными показателями других наиболее распространенных оксигенатов.Определены ключевые недостатки вовлечения метилового спирта в состав автомобильных бензинов и рассмотрены методы решения указанных проблем.
Установлено, что использование высоких концентраций метанола в бензине приводитк необходимости замены некоторых деталей двигателя в виду отсутствия совместимости стандартных материалов со спиртами. Исследован накопленный мировой опыт моторно-стендовых испытаний метанола в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием как в качестве добавки к автомобильному бензину,так и в чистом виде (таблица 1). Показано, что метанол позволяет увеличить степень сжатия двигателя, термический КПД и мощность. Кроме того, отработавшие8газы двигателя, использующего метанольное топливо, содержат меньшее количество угарного газа и несгоревших углеводородов.Таблица 1 - Результаты испытаний М-топлив на различных двигателяхИзменение параметров относительно стандартного бензинаСодержаниеТипТипВыбросы вредных веществметанола вРасходдвигателя впрыска Мощность КПДтопливе, % об.топливаСОСНNOxП▲▲△▼▼▼▼▽АК△△▲▼▼▼▼до 10П▲▲▲▼▼?ТК△?▲▼▼▼▼П▲▲▲▲▼▼?▼АК▲▲▲▲▼▼▼▼▼от 10 до 40П▲?▲▼▼▼▼▼▼▼ТК▲▲▲▲?▼▼▼П?▲▲▲▼▼▼▼▼▼▼АК▲?▲▲▲▼▼▼▼▼▼▼▼▼свыше 40П▲▲▲▲▲ ▲▲▲▼▼▼▼▼▼?ТК?▲▲▲▲▲▼▼▼?▼▼▼Примечание: А – атмосферный; Т – турбированный; П – прямой впрыск в цилиндр; К – впрыск во впускной коллектор; 0 – без изменения; △ или ▽ – изменение менее чем на 2%; ▲ или ▼ – изменение от 2 до 10%; ▲▲ или▼▼ – изменение от 10 до 20%; ▲▲▲ или ▼▼▼ – изменение более чем на 20%; ? – недостаточно данныхПо результатам литературного обзора установлено, что использование метилового спирта совместно с другими оксигенатами, при производстве которыхиспользуется метанол, позволит создать эффективную и относительно дешевуювысокооктановую добавку для автомобильных бензинов.
Показано, что применение среднеметанольных топлив является перспективным направлением ввидувозможности использования при производстве только дешевых компонентов, а вслучае выбора в качестве углеводородной базы бензина Фишера-Тропша – полностью возобновляемого ненефтяного топлива. Выявлено, что исследование возможности получения углеводородного компонента путем метоксилирования бензина Фишера-Тропша, содержащего олефиновые углеводороды, является перспективным направлением, позволяющим разработать альтернативную технологию получения высокооктановых топлив без использования нефтяного сырья.Во второй главе рассмотрены объекты и методы исследования.В качестве объектов исследований были использованы: метанол, метилтрет-бутиловый эфир, метил-трет-амиловый эфир, промышленные образцы стабильного катализата риформинга, изомеризата, толуола, о- и м-ксилола, изопропилбензола, ингибитора коррозии DCI-11, а также бензиновые фракции синтезаФишера-Тропша, катализаторы скелетной изомеризации олефиновых углеводоро-9дов SAPO-31 и ZSM-12, катализатор процесса метоксилирования сульфокатионитмарки Amberlyst 36.
Применение данных компонентов научно обоснованно в результате проведенного анализа литературных данных и патентной документации.Исследование устойчивости к окислению проведено в соответствии сASTM D873-12. Испытания по определению коррозионной активности и защитных свойств проводились по СТО 1110500301-006-2006, представляющему собоймодифицированный стандарт ASTM D 665 (метод А). Исследование фазовойстабильности среднеметанольных топлив проведено в соответствии со стандартом провинции Шаньси DB14/ T614-2011: образцы топлив выдерживаются в среде отрицательных температур, а также при добавлении воды.
Исследование содержания простых эфиров в составе продуктов метоксилирования проводилось сиспользованиемкапиллярнойгазовойхроматографииихромато-масс-спектрометрии по методике ASTM D2789-95(2016). Изомеризация олефиновых углеводородов бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша проводилась в лабораторной проточной установке с микрореактором и с объемом загрузки катализатора 5 см3. Метоксилирование олефиновых углеводородов бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша осуществлялось в лабораторной установке типа автоклавобъемом 300 см3.
Для оценки других исследуемых показателей качества топливных композиций применялись стандартные методы и приборы.Третья глава посвящена исследованию трех направлений использованияметанола при производстве моторных топлив: разработка антидетонационной добавки на основе метанола и диалкиловых эфиров; исследование и разработкасреднеметанольных топлив; подготовка бензиновой фракции процесса ФишераТропша для использования в качестве компонента моторных топлив.В рамках исследования первого направления была разработана антидетонационная добавка на основе метил-трет-бутилового или метил-трет-амиловогоэфиров, а также метилового спирта. Установлено, что причиной повышенной детонационной стойкости метилового спирта относительно метил-трет-бутиловогои метил-трет-амилового эфиров является высокая теплота парообразования, способствующая местному охлаждению топливно-воздушной смеси и повышенномупродуцированию неактивного в процессах самовоспламенения формальдегида.10Дополнительным преимуществом метилового спирта, как компонента автомобильных бензинов, является пониженная стоимость по сравнению с МТБЭ иМТАЭ.
Совмещение двух высокооктановых компонентов в одном продукте позволит разработать комплексную антидетонационную добавку, эффективность которой будет выше, чем у индивидуального эфира. Дополнительными компонентами антидетонационной добавки являются антикоррозионная присадка DCI-11, атакже спирты: изопропанол и изобутанол, используемые при необходимости в качестве фазовых стабилизаторов в равных количествах с метанолом. В качестве базовой смеси для добавления антидетонационной добавки и исследования её эффективности была выбрана наиболее распространенная смесь компонентов дляпроизводства автомобильных бензинов на НПЗ, состоящая из катализата риформинга (~70%), а также изомеризата С5-С6 (~30%).В целях сравнения эффективности добавки на основе МТБЭ с индивидуальным эфиром было проведено определение октановых чисел бензинов, содержащих указанные компоненты в концентрациях от 0 до 16% мас.
(рисунок 1).ДобавкаМТБЭОЧИМ96949290510Массовая доля оксигенатов, %15Рисунок 1 - Зависимость прироста ОЧИМ от содержания МТБЭ и добавки наего основеПроведены испытания топливных композиций, содержащих указанныекомпоненты на соответствие требованиям EN 228:2012+A1:2017 (таблица 2). Разработанная антидетонационная добавка обладает повышенной эффективностьюувеличения детонационной стойкости бензиновых фракций при одновременномснижении удельной стоимости за счет вовлечения метанола. Дополнительное использование антикоррозионной присадки позволяет продлить срок службы внутренних деталей двигателя и топливной системы, повышая качество производимыхтоплив.11Также разработан оригинальный способ производства антидетонационнойдобавки.
В настоящее время МТБЭ и МТАЭ вырабатывают путем каталитического взаимодействия олефиновой фракции с метанолом. Известно, что в процессесинтеза с целью обеспечения высокой конверсии олефина метанол используется визбытке. Непрореагировавшее количество спирта возвращается в процесс. Принципиальным отличием предлагаемого технического решения от традиционнойтехнологии получения эфиров является вовлечение части непрореагировавшегометанола в состав антидетонационной добавки. Для реализации этой цели дополнительно устанавливается блок смешения эфира, метанола и, при необходимости,антикоррозионной присадки, изопропанола или изобутанола (рисунок 2).
Следуетотметить, что двукратное количество метанола, подаваемое на установку, позволяет осуществлять изготовление добавки без введения дополнительного количества спирта. Более того, часть метилового спирта также будет отправляться на рециркуляцию, что позволит облегчить переориентацию существующих установокпроизводства эфиров на выпуск экспортной высокооктановой добавки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
