CC BY
183
М. К. Амирханов (асп.), К. Ш. Амирханов (к.т.н., доц.),
А. Ф. Ахметов (д.т.н., проф., зав. каф.),
О. Ю. Белоусова (к.т.н., доц.), Р. Ш. Япаев (к.т.н., доц.)
Гидрогенизат производства бутиловых спиртов как компонент автомобильных бензинов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1; тел. (347) 2420712, е-mail: [email protected]
M. K. Amirkhanov, K. Sh. Amirkhanov, A. F. Akhmetov,
O. Yu. Belousova, R. Sh.Yapaev
Gidrogenizat production of butyl alcohols as a component of gasoline
Ufa State Petroleum Technological University
1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420712, е-mail: [email protected]
Применение оксигенатов в качестве компонентов топлив в последнее время получило широкое распространение. С целью определения возможности использования гидрогенизата производства бутиловых спиртов как компонента товарных бензинов в лаборатории кафедры «Технология нефти и газа» были проведены исследования состава и свойств гидрогенизата на соответствие ГОСТ Р 51105-97. Результаты испытаний показали, что гидрогенизат производства бутиловых спиртов может быть использован как компонент бензина.
Ключевые слова: бензины; бутиловый спирт; гидрогенизат производства бутиловых спиртов; оксигенаты; топливо.
Одним из направлений решения задачи экологизации моторных топлив является использование в качестве альтернативы газового топлива диметилового эфира и биодизеля, водорода и топливных элементов, оксигенатов (в том числе спиртов). Среди спиртов наибольшее распространение в качестве компонента моторных топлив получили метанол и этанол. В США и Бразилии практическое применение нашли смеси 10—20 % этанола с бензинами, получившие название «Газохол»*. Внедрению этанольно-бензиновых смесей должное внимание уделяется в Российской Федерации и странах ближнего зарубежья. Так, в 1999 г. в России были разработаны и утверждены технические условия ( ТУ38-401-58244-99), а в 2002 г. введен ГОСТ Р 51861-2002 на неэтилированный автобензин с содержанием до 5% этанола.
Основными недостатками метанола и этанола являются пониженная теплота сгорания, высокая теплота испарения, коррозионная ак-
Дата поступления 19.07.11
The use of oxygenates as components of fuels in recent years widespread. In order to determine the feasibility of using hydrogenate the production of butyl alcohols as a component of commercial gasoline in the laboratory of the Department «Technology of Oil and Gas» was conducted to study the composition and properties hydrogenate of GOST R 51105-97. The test results showed that gidrogenizat production of butyl alcohols can be used as a component of gasoline.
Key words: gasoline; fuel oxygenates; butyl alcohol; butyl alcohol production gidrogenizat.
тивность, высокая гигроскопичность и, как следствие, расслоение смесей метанола и этанола с бензином при наличии воды в смеси. Кроме того, метанол — высокотоксичное вещество, и его широкое применение создает угрозу здоровья людей и окружающей среде.
Наличие перечисленных недостатков вызывает необходимость замены этих спиртов на другие виды кислородсодержащих соединений. Особый интерес представляют бутиловые спирты, физические свойства которых позволяют использовать их в качестве компонентов автобензинов.
Бутанол по сравнению с низшими спиртами обладает следующими преимуществами:
— более высокая удельная теплота сгорания;
— низкое давление насыщенных паров;
— в присутствии воды смесь бензина и бута-нола в меньшей степени склонна к расслоению;
— значительно меньшая коррозионная активность, вследствие чего не требуется специальное адаптирование транспортных средств, и
появляется возможность использовать существующие инфраструктуры по снабжению, хранению и заправкам;
— меньшая привлекательность для пище-2
вого применения 2.
Однако использование бутиловых спиртов в качестве компонентов автобензинов ограничивается их высокой ценой. Поэтому исследования, направленные на выявление возможности вовлечения в состав бензинов промежуточных продуктов производства бутиловых спиртов, имеющих меньшую себестоимость по сравнению с целевой продукцией, на наш взгляд, являются одним из перспективных путей решения проблемы их использования 3.
В настоящее время гидроформилирование пропилена является наиболее крупномасштабным и эффективным способом производства первичных бутиловых спиртов. В этом процессе осуществляется превращение пропилена в масляные альдегиды под действием оксида углерода и водорода. В дальнейшем эти альдегиды подвергаются гидрированию с получением гидрогенизата производства бутиловых спиртов (гидрогенизат), который состоит из смеси различных спиртов и их эфиров. Из состава гидрогенизата выделяются индивидуальные бутиловые спирты линейного и разветвленного строения методом ректификации 4.
Целью данной работы является исследование возможности вовлечения гидрогенизата производства бутиловых спиртов в состав товарных автомобильных бензинов.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования был взят гидрогенизат предприятия ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».
Компонентный со
Хроматомасс-спектральный анализ гидрогенизата проводили на приборе «Finnegan», модель 4021 (стеклянная капиллярная колонка 50000x0.25 мм, неподвижная фаза НР-5, газ-носитель — гелий, программирование температуры от 50 до 300 оС со скоростью 5 град/мин, температура испарителя 280 оС, температура источника ионов 250 оС, 70 эВ).
Качество бензина, гидрогенизата и их смеси оценивали с использованием методов испытаний, регламентированных стандартом ГОСТ Р 51105-97.
Результаты и их обсуждение
Исследование гидрогенизан методом хро-матомасс-спектрометрии показало наличие в нем большого числа индивидуальных веществ. Для наглядности эти вещества сгруппировали в классы соединений, и они приведены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, гидрогенизат содержит 51.72% мас. бутиловых спиртов, 20.65% мас. более тяжелых спиртов и 16.35% мас. простых и сложных эфиров.
Таким образом, в состав гидрогенизата входят компоненты, которые могут включаться в состав товарных бензинов. В частности, стандартом ГОСТ Р 51866-2002 допускается содержание в автобензинах практически всех компонентов, входящих в состав гидрогенизата. Исходя из нормируемого этим стандартом содержания кислорода не более 2.7%, в состав бензинов можно вводить до 16% гидрогенизата.
Далее нами были исследованы свойства гидрогенизата по показателям качества, нормируемым стандартом ГОСТ Р 51105-97. Результаты исследований приведены в табл. 2. Для сравнения в этой же таблице приведены свойства товарного бензина «Нормаль-80».
Таблица 1
ав гидрогенизата
№ пп Наименование компонента Массовая доля, %
компонента кислорода в компоненте
1 Углеводород ы, 5.76 -
в т.ч. ароматические 2.44 -
2 Альдегиды С4 0.59 21.6
3 Спирты С2 - Сз 0.26 30.0
Спирты С4, 51.72 21.6
4 в т.ч. линейные разветвленные 34.35 17.37
5 Спирты С5 - Се 20.65 13.30
6 Простые эфиры С5 - Се 8.44 11.96
7 Сложные эфиры Сд - С12 7.91 15.8
8 Не идентифицированные соединения 2.96 -
Всего 100.0 16.64
Показатели качества гидрогенизата и бензина
№ пп Наименование показателя Норма по ГОСТ Р 51105-97 класс 4 Фактические данные
Г идрогенизат бензин «Нормаль-80»
1 Октановое число, не менее: по моторному методу по исследовательскому методу 76.0 80.0 92.5 114.0 76.4 82.9
2 Концентрация свинца, г/дм3, не более Отсутствие Отс. Отс.
3 Концентрация марганца, г/дм3, не более Отсутствие Отс. Отс.
4 Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина, не более 5.0 0.9
5 Индукционный период бензина, мин, не менее 360 Более 360 Более 360
6 Массовая доля серы, %, не более 0.05 0.011 0.008
7 Объемная доля бензола, %, не более 5 Отс. 1
8 Испытание на медной пластинке Выдерживает класс I Класс I Класс I
9 Внешний вид Чистый Прозрачный Соответств. Соответств.
10 Плотность при 15 о С, кг/м3 700-750 817 716
11 Концентрация железа, г/дм3, не более Отсутствие Отс. Отс.
12 Давление насыщенных паров бензина, кПа, ДНП, мин.-макс. 60-95 7.5 63
13 Индекс испаряемости, не более 1 200 75 903
Рассматривая приведенные в табл. 2 показатели качества, можно констатировать, что гидрогенизат является хорошим компонентом бензинов. Так, его октановое число, определенное по исследовательскому методу, равное 114 пунктам, примерно на 18 пунктов превышает этот показатель бензина жесткого рифор-минга, который является основным высокооктановым компонентом автобензинов в России. Вместе с тем, в составе гидрогенизата отсутствуют такие примеси, как железо, марганец, свинец и фактические смолы, а концентрация серы не превышает допустимое стандартом ГОСТ Р 51866-2002 ее содержание в бензине.
В то же время, по некоторым параметрам гидрогенизат отклоняется от требований стандарта ГОСТ Р 51105-97. В частности, он имеет плотность 817 при норме в пределах 700—750 кг/м3. Также, показатель «давление насыщенных паров бензина» составляет только 7.5 кПа, при нормируемой величине, лежащей в пределах 60—95 кПа.
Весьма низким является и индекс испаряемости, равный 75 пунктам, тогда как у товарного бензина этот показатель равен 903 пунктам при норме не более 1 200. Очевидно, низкая испаряемость обусловлена составом гидро-генизата.
Исследованный состав и свойства гидроге-низата производства бутиловых спиртов свиде-
тельствуют о том, что он может быть использован как компонент бензина, в частности, вместо бензина каталитического риформинга. По ряду показателей такая замена позволит готовить товарные бензины, удовлетворяющие требованиям стандарта Евро-4 по содержанию бензола, серы, ароматических и олефиновых компонентов. В то же время, низкая испаряемость гидрогенизата без затруднений может быть компенсирована вовлечением в товарные бензины более легких составляющих, таких как алкилат, изомеризат и бутановый компонент.
На наш взгляд, применение гидрогенизата бутиловых спиртов вместо бензина риформин-га будет иметь определенную экономическую целесообразность.
Литература
1. Емельянов В. Е., Крылов И. Ф. Автомобильный бензин и другие виды топлива. Свойства, ассортимент, применение.— М.: Астрель; АСТ, профиздат.— 2005.— 207 с.
2. Ахметов С. А. Экологическая химмотология топлив и масел.— Уфа: УГНТУ.— 2008.— 150 с.
3. Сидрачева И. И., Ситдикова А. В., Алябьев А. С., Рогожа И. В.//Нефтепереработка и нефтехимия.— 2009.— №6.— С.24.
4. Белов П. С. Основы технологии нефтехимического синтеза. Второе изд., перераб.— М.: Химия, 1982 г.— 280 с.
