cоискатель, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКТАНОПОВЫШАЮЩИХ ДОБАВОК НА БАЗЕ КИСЛОРОД- И АЗОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
АННОТАЦИЯ
В целях переработки и изыскания путей применения тар-продукта и отработанного гексана - побочных продуктов СП-ООО «Uz-Kor Gas Chemical», разделен на С12 - С18 фракции (АR-pur) на вакуумно-перегонном аппарате. Полученная фракция, основой которого является ароматические углеводороды, испытана в качестве компонента октаноповышающих добавок. Исследованы октаноповышающие свойства композиций состава АR-pur : метилацетат : этилацетат : ацетонитрил : уротропин ¸ 70 : 10 : 13 : 5 : 2, который является наиболее эффективным и при добавлении в базовый бензин А-72 и А-80 в количестве 8 - 10 % об. приводит к увеличению октанового числа на 11 и 12 единиц.
ABSTRACT
For the purpose of obtaining effective octane-increasing additives, the tart-product dissolved in spent hexane is separated in a vacuum distillation apparatus - by-products of JV-LLC "Uz-Kor Gas Chemical". It was found that the obtained fraction with С12 - С18, the basis of which is aromatic hydrocarbons, is the most important component of octane-boosting additives. Investigation of the octane-increasing properties of compositions with the composition AR-pur: methyl ace-tate: ethyl acetate: acetonitrile: urotropine ¸ 70: 10: 13: 5: 2 is also most effective when added to base gasoline with octane number A-72 and A-80 in the amount of about 8-10 % leads to an increase in the octane number by 11 and 12 units.
Ключевые слова: октаноповышающая добавка, октановое число, отработанный гексан, Циглера-Натта, тар-продукт, АR-pur, бензин.
Keywords: octane-increasing additive, octane number, spent hexane, Ziegler-Natta, tar product, АR-pur, gasoline.
Чтобы обеспечить стабильную работу двигателя, бензин должен иметь строго фиксированные параметры - прежде всего, октановое число. Но свойства нефти, из которой получают бензин, непостоянны и «плавают», довольно, в широком диапазоне. Чтобы не менять технологию переработки для каждой партии нефти, на нефтеперерабатывающих заводах используют специальные добавки, присадки, которые обходятся во много раз дешевле. Современный бензин содержит самые различные присадки - антиокислительные, противоизносные, антиобледнительные, противодымные и др. [1 - 3].
Содержание кислородсодержащих антидетонаторов (оксигенатов) в бензине, как правило, составляет от нескольких процентов, а потому их относят к октаноповышающим добавкам. Важным достоинством оксигенатов является возможность их частичного или даже полного производства из не нефтяного сырья. Другими словами, применение оксигенатов в топливе помогает сохранить традиционные источники энергии и активнее использовать альтернативные [4, 5].
Оксигенаты, при их добавлении к бензину к количестве 2 % об. в пересчете на кислород, способствуют более полному сгоранию топлива, в результате чего в продуктах горения снижается содержание угарного газа на 30% [6 - 11]. Обладая высокой антидетонационной стойкостью, кислородосодержащие соединения способны замещать в товарных бензинах высокооктановые ароматические соединения, тем самым сокращая содержание бензапирена в выхлопных газах, а также снижая интенсивность нагарообразования в двигателе.
Узбекскими учеными на основе низших спиртов, сложных эфиров и некоторых аминов разработаны композиции, вовлечение которых в прямогонный бензин в количестве 8 % об. позволяет повысить его октанового числа до 12 единиц ОЧМ, а на базовый бензин до 5,7 единиц ОЧМ [12 - 15].
В газохимическом комплексе Устюрт (Республика Каракалпакистан) производятся полиэтилен и полипропилен, реакцией полимеризацией в присутствии катализатора Циглера-Натта в растворе гексана.
Рисунок 2. Хроматограмма жидкого вторичного сырья производства полиэтилена и полипропилена реакцией полимеризацией в присутствии катализатора Циглера-Натта в растворе гексан
В этом процессе кроме основного полимерного продукта, также образуется жидкое вторичное сырье. Остаточный продукт является олигомером используемых мономеров, основную массу которых составляют парафины от С6 до С20, качественный и количественный составы которых, определяли хроматграфическим методом (рис.2).
Хроматографический анализ показывает, что состав отработанного гексана в основном состоит из насыщенных углеводородов фракции С14 - С18 нормального строения.
На этом же предприятии за год образуются около десяток тысяч тонн так называемого тар-продукта. Тар-продукт - твердое вещество черного цвета без запаха. Состав не стабилен и зависит от сырья пиролиза. Образцы тар-продукта СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» для предварительного определения качественного состава анализировали на анализаторе ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 c микроскопом Continuum и Раман-модулем. Результаты анализа приведены на рис.3.
Рисунок 3. ИК-спектр тар-продукта: 1 - тар-продукт, 2, 3 и 4 база прибора
Постоянно перемешивая и порциями добавляя к отработанному гексану тар-продукт получена однородная жидкость коричневого цвета. Далее, перегоняя полученную смесь на лабораторном вакуумно-перегоночном аппарате снабженной с кубом, дефлегматором, термометром, холодильником Либиха соединенной с вакуумным насосом получена фракция состоящая из С12 - С20, преобладающим количеством которого являются ароматические углеводороды. Полученный продукт перегонки был условно назван АR-pur.
Для сравнения октаноповышающихся свойств были подобраны и подготовлены композиции на основе АR-pur с добавлением спиртов с С1 - С4, сложных эфиров - метилацетата, этилацетата, ацетатов, аминов - гексамети-лентетраамина, ацетонитрила, ацетаты металлов, а также АR-pur (табл.1 и 2).
Таблица 1.
Октаноповышающие составы из спиртов и уротропина (% об.)
Условное обозначение композиции |
АR-pur |
Метанол |
Этанол |
Изопропанол |
Изобутанол |
Уротропин |
ОПС - 1/1 |
70,0 |
10,0 |
8,0 |
8,0 |
2,0 |
2,0 |
ОПС - 1/2 |
72,0 |
8,0 |
10,0 |
6,0 |
4,0 |
- |
ОПС - 1/3 |
74,0 |
6,0 |
10,0 |
8,0 |
20,0 |
- |
ОПС - 1/4 |
70,0 |
- |
20,0 |
8,0 |
- |
2,0 |
ОПС - 1/5 |
65,0 |
- |
27,0 |
6,0 |
- |
2,0 |
ОПС - 1/6 |
75,0 |
- |
17,0 |
6,0 |
2,0 |
- |
ОПС - 1/7 |
75,0 |
- |
13,0 |
10 |
5,0 |
- |
ОПС - 1/8 |
60,0 |
5,0 |
- |
20 |
15,0 |
- |
Таблица 2.
Октаноповышающие составы из сложных эфиров и уротропина (% об.)
№ композиций |
Состав, % об. |
||||
АR-pur |
Метилацетат |
Этилацетат |
Ацетонитрил |
Уротропин |
|
ОПС - 2/1 |
80 |
10 |
10 |
5 |
- |
ОПС - 2/2 |
70 |
10 |
13 |
5 |
2 |
ОПС - 2/3 |
65 |
15 |
12 |
7 |
1 |
ОПС - 2/4 |
60 |
20 |
15 |
5 |
- |
ОПС - 2/5 |
55 |
25 |
20 |
- |
- |
ОПС - 2/6 |
50 |
20 |
15 |
13 |
2 |
ОПС - 2/7 |
45 |
25 |
15 |
10 |
- |
Октаноповышающие свойства сравнительно эффективных добавок приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Октаноповышающие свойства композиций ОПС
Композиция |
Количество, % |
Октановое число, ОЧМ |
Прирост октанового числа |
|
без добавки |
с добавкой |
|||
ОПС - 2/2 |
5,0 |
50 |
56,0 |
6,0 |
ОПС - 2/2 |
10,0 |
50 |
58,0 |
8,0 |
ОПС - 2/2 |
8,0 |
69 |
78,0 |
9,0 |
ОПС - 2/2 |
10,0 |
69 |
80,0 |
11,0 |
ОПС - 2/2 |
8,0 |
72 |
83,0 |
11,0 |
ОПС - 2/2 |
10,0 |
72 |
84,0 |
12,0 |
ОПС - 2/2 |
8,0 |
80 |
91,0 |
11,0 |
ОПС - 2/2 |
10,0 |
80 |
92,0 |
12,0 |
ОПС - 2/1 |
8,0 |
50 |
59,0 |
9,0 |
ОПС - 2/1 |
10,0 |
69 |
76,0 |
7,0 |
ОПС - 2/1 |
8,0 |
72 |
77,0 |
5,0 |
ОПС - 2/1 |
10,0 |
72 |
75,0 |
3,0 |
ОПС - 2/1 |
8,0 |
80 |
85,0 |
5,0 |
ОПС - 2/1 |
10,0 |
80 |
87,0 |
17,0 |
ОПС - 1/2 |
8,0 |
50 |
77,0 |
27,0 |
ОПС - 1/2 |
10,0 |
69 |
70,0 |
11,0 |
ОПС - 1/2 |
8,0 |
72 |
81,0 |
9,0 |
ОПС - 1/2 |
10,0 |
72 |
76,0 |
4,0 |
ОПС - 1/2 |
8,0 |
80 |
84,0 |
4,0 |
ОПС - 1/2 |
10,0 |
80 |
85,0 |
5,0 |
Исследование октаноповышающих свойств композиций серии ОПС показали, что наиболее активной является композиция ОПС - 2/2, которая при добавлении в количестве 8 - 10 % об. приводит к увеличению октанового числа базового бензина с октановым числом А-72 и 80 на 11 и 12 единиц.
Изучены физико-химические и эксплуатационные свойства бензина А-80 содержащего в своем составе 10 % ОПС - 2/2.
Таблица 4.
Физико-химические и эксплуатационные свойства бензина А-80 содержащего в своем составе 8% ОПС - 2/2
№
|
Наименование показателей |
Требования ГОСТ 2084-72 к бензину А-80 |
Бензин А-80 с 8 % ОПД-12 |
1 |
Детонационная стойкость окта-новое число по моторному методу |
80,0 |
91,0 |
Октановое число по исследова-тельскому методу |
не нормируется |
92,0 |
|
2 |
Содержание свинца 20 г/л |
0,17 |
отсутствует |
3 |
Фракционный состав ПК не ниже 10 %, не выше 50 %, не выше 90 %, не выше НК не выше Остаток, % Потери, % |
35,0 55 100 160 185 1,5 4,0 |
35,0 44 92,0 145 170 0,9 3,0 |
4 |
Кислотность, мг КОН на 100 см3 бензина |
3,0 |
2,8 |
5 |
Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина |
10,0 |
6,5 |
6 |
Индукционный период мин. |
900 |
890 |
7 |
Массовая доля серы, % |
0,1 |
0,02 |
8 |
Испытание на медной пластинке |
выдерж. |
выдерж. |
9 |
Водорастворимые кислоты и щелочи |
отсутствует |
отсутствует |
10 |
Давление насыщенных паров, мм.рт.ст |
500-700 |
620 |
11 |
Механические примеси и вода |
отс. |
отс. |
12 |
Плотность при 20 °С, кг/м3 |
не нормир. |
0,722 |
13 |
Температура помутнения, °С |
не нормир. |
минус 45 |
Таким образом, на основании отработанного гексана и тар-продуктов - побочных продуктов СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», была разделена фракция, которая может служить важнейшим компонентом октаноповыщающих добавок. Исследование октаноповышающих свойств композиции состава (ОПС - 2/2) АR-pur : метилацетат : этилацетат : ацетонитрил : уротропин ¸ 70 : 10 : 13 : 5 : 2 является наиболее активной и при добавлении в базовый бензин с октановым числом А-72 и 80 в количестве 8 - 10 % об. приводит к увеличению октанового числа на 11 и 12 единиц.
Список литературы:
- Курбанов А.А., Ибрагимов К.А., Досумова Э.Я. и др. Проблема вывода свинцовых добавок из состава бензинов Ферганского НПЗ. // Узб. Журн. Нефти и газа. 2002, № 3. с. 21.
- Орехова А. Использование присадок и добавок наиболее экономичный способ повышения качества бензина. // The Chemical Jornal, 2002, № 12, с. 42-44.
- Данилов А.П. Применение присадок в топливах для автомобилей. М.: Химия, 2000, 229 с.
- Капустин, В.М. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками / В. М. Капустин. – М.: КолосС, 2008. - 332 с.
- Рудяк, К.Б. Эффективность применения и экологические свойства монометиланилина в производстве высокооктановых бензинов / К. Б. Рудяк, С. В. Сотов, В. А. Ясиненко, И. Н. Канкаева, И. А. Халдина // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2013. - №6. - С.56-59.
- Емельянов, В.Е. Влияние углеводородного состава бензиновых композиций на эффективность действия метил-трет-бутилового эфира и монометиланилина / В.Е. Емельянов, О. Ю. Шумовский, И. П. Полухина, Р. Д. Балашов // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2012. - №12 - С.6-8.
- Свиридова, Е.В. Исследование влияния присадок и добавок на октановое число бензина: Электронный ресурс / Е. В. Свиридова, Э. Д. Иванчина, М. В. Киргина // Ресурсоэффективным технологиям - энергию и энтузиазм молодых. -Томск: Изд-во ТПУ , 2013. -С. 37-39.
- Ершов, М.А. Биобутанол в сравнении с другими оксигенатами / М. А. Ершов, В. Е. Емельянов, Т. А. Климова // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. - 2012. - №2. - С.3-6
- http://www.gks.ru/dbscripts/cbsd/DBinet.cgi?pl=9400098 (дата обращения: 01.08.2016)
- Даниленко, Т.В. Разработка топливных композиций бензинов с добавлением алифатических спиртов / Т. В. Даниленко. – М.: КолосС, 2005. – 185 с.
- Капустин, В.М. Новые технологии производства высокооктановых бензинов / В. М. Капустин, Е. А. Чернышева, Р. В. Хакимов // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2015. – № 4. – С. 24–28.
- Базаров Б.И., Юсупов Д., Эрахмедов Д.А. Многофункциональные экологические альтернативные топлива и топливные добавки. // Узб. журн. нефти и газа, 2003, №3, с. 42-43.
- Базаров Б.И., Юсупов Д., Эрахмедов Д.А., Джумабаев А.Б. Альтернативные композиционные горючие смеси и добавляемые компоненты. // Композ. Материалы, 2003, №2, с. 31-33.
- Каримов А.У., Юсупов Д., Эргашев А.А., Базаров Б.И. Синтез сложных и простых эфиров получение присадок на их основе. // Узб. Журнал нефти и газа, 2004, №4, с. 78-79.
- Юсупов Д., Каримов А.У., Бозоров Б.И., Эргашев А.А. Новые кислородсодержащие антидетонаторы для повышения октанового числа бензинов. // ДАН РУз, 2004, № 6, с. 53-55.