Кислотное алкилирование

В Великобритании в Институте нефти исследована возможность определения антидетонационных свойств по характеристике воспламенения капель бензина. Установлена практически линейная зависимость температуры их самовоспламенения при постоянном времени задержки воспламенения (или времени задержки воспламенения капель топлива при постоянной температуре самовоспламенения) от октанового числа в пределах 82-90 единиц. Узкий диапазон значений октанового числа в значительной степени снижает возможность использования этого метода для практических целей.

Оценка по диэлектрической проницаемости.

Современный уровень развития электронной техники обеспечивает измерение относительной и комплексной диэлектрической проницаемости бензинов и их компонентов. Однако проведенная сравнительная оценка комплексной диэлектрической проницаемости бензинов и компонентов, повышающих их детонационную стойкость, свидетельствует о различии бензинов разного происхождения, как по относительной диэлектрической проницаемости, так и по проводимости.

Диэлектрическая проницаемость таких добавок, как толуол и МТБЭ, толуол и метанол, практически одинаково влияющих на октановое число, различается на порядок, и, следовательно, не может быть и речи о корреляции октанового числа товарных бензинов с их диэлектрической проницаемостью.[6,ст. 68-69].

Оценка по параметрам холоднопламенного окисления. Разработанный метод основан на следующих предпосылках:

горение бензина как процесс окисления сопровождается выделением за короткое время большого количества тепла;

этот процесс состоит из двух этапов: воспламенения, который включает стадию холоднопламенного окисления, и собственно горения;

этап горения может протекать с детонацией или без детонации;

при бездетонационном горении скорость распространения фронта пламени во всем объеме цилиндра двигателя составляет 20-40 м/с.

Наиболее целесообразно использовать параметры этапа воспламенения рабочей смеси, происходящего при низкой температуре и с невысокой скоростью окисления. В настоящее время проводить исследования в таких условиях можно с достаточно большой точностью.

Температуру холоднопламенного окисления углеводородного сырья оценивают по-разному: от 300 до 450°С. Скорость I процесса может изменяться от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Исследования подтвердили это. Следует отметить, однако, значительную зависимость этих параметров от конструкции реактора и состава топливовоздушной смеси.

С учетом указанных факторов предложено вместо косвенной оценки параметров горения топлив непосредственно измерять естественные физические параметры - температуру, скорость, выделяемую энергию и ускорение холодно-каменного окисления на различных стадиях.

Для исследования процессов холоднопламенного окисления углеводородного сырья в реальном масштабе времени создана установка, структурная схема которой приведена на рис. 1.

Установка включает: аналитический блок с реактором холоднопламенного окисления; устройство для измерения параметров окислительного процесса; элементы для контроля состояния реактора и регулировки скорости потока воздуха; персональный компьютер, который обеспечивает необходимую последовательность действий оператора, прием, преобразование и тематическую обработку сигнала от аналитического блока, отображает на дисплее текущую информацию о состоянии прибора и результатах измерения; пневмоблок (с компрессором, ресивером и пенным измерителем скорости потока воздуха), служащий для создания стабильного воздушного потока через реактор.

 

Рис. 1. Структурная схема установки для исследования холоднопламенного окисления топливовоздушной смеси в реальном масштабе времени.

После включения установки реактор нагревается до температуры возникновения холоднопламенного окисления бензинов, в дальнейшем эта температура поддерживается автоматически. Поток воздуха, необходимый для поддержания холоднопламенного окисления, подается в реактор пневмоблока. Анализируемый бензин, контрольное топливо, вводится в реактор с помощью микрошприца. Смешавшись с потоком воздуха, топливо нагревается до температуры реактора, что приводит к его холоднопламенному окислению, сопровождаемому выделением тепла. Датчик температуры, расположенный в реакторе, преобразует тепловое воздействие в электрический сигал, который поступает в аналого-цифровой преобразователь, а затем в цифровом виде в персональный компьютер.

Если в реактор, нагретый до температуры, при которой начинается холоднопламенное окисление, ввести смесь топлива с воздухом, то температура реактора будет изменяться согласно соответствующей  кривой на рис. 2.

 

 

Такой характер искривления можно объяснить следующими процессами. При попадании в реактор смеси паров топлива с воздухом температура внутри него несколько снижается, поскольку часть энергии расходуется на нагревание смеси. Через время (х), включается система автоматического слежения за температурой внутри реактора и происходит компенсация потери тепловой энергии. После этого собственно и наступает процесс холоднопламенного окисления, сопровождаемый выделением большого количества тепла.

Ход процесса окисления анализируется компьютером традиционными методами. Качество анализа определяется числом сопоставляемых параметров и точностью их измерения.

На рис. 3 приведено несколько характерных кривых холоднопламенного окисления дозы топлива в потоке воздуха. Как видно, для образцов бензина с разным октановым числом на выходе термодатчика наблюдается экстремум напряжения. Максимальное напряжение Umax сигнала, соответствующее максимальной температуре окисления (см. рис. 2), принадлежит топливу с минимальным октановым числом.

Максимум амплитуды кривых равномерно снижается с повышением октанового числа контрольного топлива. Этот параметр достаточно точно характеризует детонационную стойкость и может быть использован для ее оценки в первом приближении. Аналогичные кривые получены для бензинов и их компонентов. Разработанные для персонального компьютера программы позволяют непосредственно определять максимум температуры или преобразовывать сигнал в значение октанового числа.

Прибор в сочетании с программным обеспечением для обработки значений температуры, времени, скорости и ускорения процесса горения на всех стадиях его развития позволяет определять октановое число бензинов с различными высокооктановыми добавками. Сравнение результатов оценки октанового числа товарных бензинов стандартными методами и на разработанном приборе показало их высокую сходимость.

Прибор рассчитан на круглосуточную работу и потребляет не более 500 Вт электроэнергии. Он свободно размещается на лабораторном столе благодаря малым габаритам, не требует специального помещения и вентиляции, экономичен и позволяет за 8 ч производить 50 измерений и более. Масса комплекта - не более 10кг.[6,ст.69-70].

 

 

Газохроматографический метод. Детонационная стойкость. Газохроматографический метод определения этой характеристики, выражаемой октановым числом, основан на предположении, что каждому индивидуальному компоненту бензина соответствует определенный эффективный октановый коэффициент. Эффективное октановое число бензина как смеси находят суммированием произведений массовой доли индивидуальных компонентов на их эффективные октановые коэффициенты.

Эффективные октановые коэффициенты, найденные нами методом линейной регрессии по хроматографическим данным для образцов аттестованных бензинов, приведены в табл. 3.

Анализ результатов определения октанового числа по моторному и исследовательскому методам показал, что отклонение октанового числа, рассчитанного по хроматограмме, от октанового числа, определенного на стандартном одноцилиндровом двигателе по ГОСТ 511-82 и ГОСТ 8226-82, не превышает 0,5 ед.[5, ст. 46].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Характеристики хроматографических групп бензина

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной работе рассмотрены современные методы производства высокооктановых изопарафинов лежат реакции изомеризации Н-парафинов и алкилирования парафиновых углеродов олефиновыми углеродами С2 - С5. Проведенный анализ процессов сернокислотного и фтороводородного алкилирования показал, что каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки. Однако в современных условиях предпочтение нужно отдать фтороводородному алкилированию, как менее материалоемкому и энергоемкому.

Рассмотрены методы определения октанового числа и давления насыщенных паров бензинов. Некоторые методы возможно применять непосредственно в производственном процессе. Это позволяет производить корректировку режима установок и контролировать заданное качество алкилата по октановому числу и давлению насыщенных паров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Справочник нефтепереработчика. Под. ред. Ластовкина Г. А. –М: Химия, 1986г.

2. Основные процессы химической  переработки газа. Николаев В.В., Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В.,Палашарчук  В.С., Тамавян Б.П.:- М: Издательство  “Недра” 1996г

3. УМК ”Технология  переработки  нефти и газа. Процессы глубокой  переработки нефти и нефтяных фракций.” Под. ред. Ткачева С.М. Новополоцк, 2006г.

4. Общие свойства и первичные  методы переработки нефти и  газа. Гуревич И.Л.-М:Xимия, 1972г.

5. ”Химия и технология топлив  и масел.” 2001г, №4.

6. ”Химия и технология топлив  и масел.” 2003г, №1-2.

7. ”Химия и технология топлив  и масел.” 2005г, №1.

8. ”Химия и технология топлив  и масел.” 2000г, №1.