Диссертация (1173021), страница 16
Текст из файла (страница 16)
спирта, и, наконец, топлива с высокимсодержанием спирта для специальных или переоборудованных автомобилей (такназываемых FFVs – flexible fuel vehicles) с принудительным или самостоятельнымвоспламенением топливовоздушной смеси. При этом, наиболее перспективным95является направление среднеметанольных топлив: умеренная концентрацияспиртапозволяетиспользоватьвкачествебазовоготопливадешевыенизкооктановые углеводородные компоненты, а также исключить излишневысокую детонационную стойкость получаемых топлив с целью сохранениявозможности использования на «гражданской» технике, не рассчитанной наспортивное применение.В подавляющем большинстве исследований в качестве углеводороднойбазы для добавления спиртов рассматривается использование традиционныхнефтяных продуктов.
В качестве преимущества указывается замещение частиисчерпаемого углеводородного топлива на возобновляемые спирты и высокиеоктановые числа смешения спиртов. В то же время, долю возобновляемого сырьяпри производстве альтернативных топлив можно довести до 100% прииспользовании в качестве углеводородной базы бензиновой фракции процессаФишера-Тропша. В данном разделе рассмотрены результаты разработки иисследования топливных композиций, имеющей в своем составе бензиновуюфракцию Фишера-Тропша.Бензиновая фракция процесса Фишера-Тропша содержит значительноеколичество олефинов и имеет низкую детонационную стойкость (часто ниже, чему прямогонного нефтяного бензина), поэтому в отличии от керосиновой идизельной фракций, как правило, не используется в производстве товарныхбензинов, а является сырьем для нефтехимии.
Для получения бензина высокогокачества фракция С5-С6 может быть направлена на изомеризацию; фракция С7-С10– на риформинг, а олефины С3-С4 – на олигомеризацию с последующимгидрированием [147]. Пропилен может быть использован для получения диизопропилового эфира, имеющего высокое октановое число [148]. Включение всхему переработки большого количества дополнительных процессов позволяетобеспечить приемлемое качество бензина, однако не является привлекательным сэкономической точки зрения [149].
Несмотря на это, использование нафтыФишера-Тропша в качестве углеводородной базы альтернативного топлива может96рассматриватьсякакпотенциальныйперспективныйвариантполученияавтомобильных бензинов. Положительным опытом в этой области обладает ЮАР– единственная страна, где синтетические топлива занимают значительную долю(20-30%) на внутреннем рынке (основные производители – компании Sasol иPetroSA) [150].В настоящем исследовании в качестве бензиновой фракции процессаФишера-Тропшабыливыбраныдвапродукта,полученныенаразныхкатализаторах при различных температурных режимах, с целью оценкивозможности использования максимально отличающихся друг от друга продуктовв составе топливных композиций. Качество использованных образцов бензиновойфракции Фишера-Тропша представлено в таблице 31. Для более полногопонимания всех преимуществ и недостатков использования в качествеуглеводородной базы бензиновой фракции процесса Фишера-Тропша логичносопоставить её физико-химические свойства с характеристиками традиционныхуглеводородных компонентов, вырабатываемых на НПЗ.
Показатели качестваобразцов углеводородных фракций также представлены в таблице 30.Таблица 30 - Основные показатели качества образцов различных бензиновыхфракцийОбразец 2Экспериментальные данные длябензина синтезаФишера-ТропшаОбразец 1БензинкоксованияБензингидрокрекингаПрямогонныйбензинАлкилатРиформатБензинкаталитическогокрекингаИзомеризат С5-С6СвойствоЕдиницаизмеренияТипичные значения*Плотность при 15°Скг/м3 647740779703710720730697,4719,1Октановое число (ИМ)9292969559686343,068,7Октановое число (ММ)9182859257655840,065,3Давление насыщенных паров кПа8855485855474848,956,3Содержание углеводородов:- ароматических% об.02558073231,42,1- олефинов02300014026,531,3*На основании результатов испытаний в лаборатории бензинов АО «ВНИИ НП».
По компонентам изомеризат,бензины каталитического и гидрокрекинга, бензину риформинга, а также прямогонному бензину приведеныданные для широких фракций.97Вцелом,бензиноваяфракцияпроцессаФишера-Тропшаобладаетсходством с бензинами каталитического крекинга и коксования, с той лишьразницей, что имеет чрезвычайно низкую детонационную стойкость, а такжепрактически полное отсутствие ароматических углеводородов. Однако, даннаяфракция не содержит в себе сернистых соединений, что обеспечиваетвозможность получения топлив экологического класса 5 без использованиягидропроцессов.3.2.2. Разработка альтернативных среднеметанольных топливДля определения оптимальной концентрации метилового спирта в составеразрабатываемых топлив, а также установления требований к показателямкачества,целесообразноальтернативныхопределитьбензинов.Понаиболееданнымвероятныйлитературногорынокобзорасбытаосновнымпроизводителем и потребителем среднеметанольных топлив является Китай.Обилие собственных провинциальных стандартов на метанольные топлива восновном охватывает диапазон содержания метилового спирта в топливе от 15 до40-50% об.
Таким образом, разработку среднеметанольных топлив следует вестивнутри данного диапазона. В качестве ориентира на специфические китайскиетребования к среднеметанольным топливам целесообразно принять во вниманиепоказатели стандарта DB 14/ T614-2011 на топливо М30 провинции Шаньси –лидера в вопросах внедрения топлив с метиловым спиртом (таблица 31).Таблица 31 - Показатели качества стандарта DB 14/ T614-2011 на топливо М30китайской провинции ШаньсиНаименование показателяОбъемная доля метанола, %Октановое число:-по исследовательскому методу-октановый индекс (ИМ+ММ)/2Значение для марки939728,0-32,0≥93,0≥88,0≥97не норм., опред. обяз.98Значение для марки9397≤3,5Наименование показателяКонцентрация свинца, мг/лФракционный состав：-температура испарения объемной доли топлива:10%, ℃50%, ℃90%, ℃-конец кипения, ℃-остаток в колбе, %Давление насыщенных паров, кПа-в зимний период*-в летний период**Концентрация смол, промытых растворителем,мг/100 см3 топливаИндукционный период бензина, минМассовая доля серы, %Присутствие меркаптанов (один из показателей):-докторская проба-массовая доля меркаптановой серы, %Испытание на медной пластинке (3 ч при 50◦С)Наличие водорастворимых кислот и щелочейМассовая доля механических примесей, %Массовая доля воды, %Объемная доля бензола, %Объемная доля углеводородов, %-ароматических-олефиновыхКонцентрация марганца, мг/лКонцентрация железа, мг/лСпособность сопротивления разделению фаз принизкой температуре, -20℃, в течение 4 часов*Способность сопротивления разделению фаз придобавлении воды, 0,2% мас.
при температуре 20℃, втечение 4 часов* с 1 ноября по 31 марта; ** с 1 апреля по 31 октября≤60≤100≤180≤205≤2,0≤88≤80≤5≥480≤0,015отрицательная≤0,001класс 1отсутствиеотсутствие≤0,15≤1,0≤35≤25≤0,016≤0,01Светлое, прозрачное и однородноеСветлое, прозрачное и однородноеПо сравнению с российским стандартом на автомобильные бензины ГОСТ32513-2013 в провинции Шаньси ужесточены требования к показателю«индукционный период» до 480 минут, а также введены дополнительныетребования к фазовой стабильности топлив. В то же время, максимальнодопустимое содержание серы и олефинов по современным представлениямдостаточно велико – 150 мг/кг и 25% об.
соответственно.Приразработкеосновныхтребованийккачествуальтернативныхсреднеметанольных топлив также использовались спецификации на стандартныеавтомобильные бензины с целью обеспечения взаимозаменяемости: Российский ГОСТ 32513-2013;99 Европейский стандарт EN 228:2012; Китайский стандарт GB 17930-2013 (стандартный автомобильныйбензин);Метиловый спирт обладает высокими октановыми числами смешения придобавлении в углеводородные компоненты.
Однако, смешение спирта суглеводородами часто сопровождается образованием дисперсной системы,причем с понижением температуры вероятность её возникновения увеличивается.Экспериментальным путем были обнаружены температуры гомогенизации смесиобразца бензиновой фракции синтеза Фишера-Тропша и метилового спирта приТемпература гомогенизации, ◦Сразличном содержании последнего (рисунок 28).5045403530252015105051015202530Массовая доля метанола, %Рисунок 28 - Зависимость температуры гомогенизации смеси метанол - бензин ФТот массовой доли спиртаКак видно из представленного графика, исследуемые смеси даже принормальных условиях представляют собой дисперсные системы.
Более того,указанные системыне являетсяустойчивыми:промежуток времени наблюдается коалесценцияустойчивости)расслоение).ипотеряседиментационнойза достаточнокороткий(отсутствиеагрегативнойустойчивости(наблюдается100В системе метанол – бензиновая фракция синтеза Фишера-Тропша можноотметить два типа межмолекулярных взаимодействий: силы Ван-дер-Ваальса иводородные связи. При условиях, допускающих существование гомогеннойсистемы, метанол (как полярное вещество) за счет образования наведенногодиполя в молекулах углеводородов образует с ними сольваты, в результате чего инаблюдается полное растворение спирта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
