Новый экспресс-метод контроля качества бензина Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ъг

Н

ИВИЮКВДИИИВЯИИДВИ

КиНДВОИМКНМИДВЯ

ИНА

В. В. Захарова, К. Ф. Попов, В. Н. Бочкарева

Светлана Семёновна Захарова,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры общей, аналитической и физической химии СевероВосточного федерального университета (СВФУ) им. М. К. Аммосова.

Ким Филлипович Попов,

кандидат химических наук, доцент кафедры физики Физико-технического института СВФУ.

Вероника Николаевна Бочкарева,

очный аспирант Института проблем нефти и газа СО РАН.

Решение вопросов, связанных с повышением качества нефтепродуктов, применяемых как жидкое топливо, находится в одном ряду с проблемами, определяющими технический прогресс, - повышение надежности, долговечности и экономичности эксплуатируемой техники.

Нефть является основным сырьём для получения бензинов, используемых в качестве горючего топлива, а его эксплуатационные свойства зависят от состава исходной нефти. На основе высоких требований к эксплуатационным качествам топлива для его получения разработаны различные технологические способы переработки нефти. Основными из них являются следующие.

1. Прямая перегонка сырой, обезвоженной нефти - процесс её разделения на фракции по их температуре кипения. Свойства получаемых при этом бензинов определяются исходным составом нефти, для чего используются лёгкие нефти с высоким содержанием светлых дистиллятов с минимальным содержанием масел, смол, серы и других нежелательных компонентов.

2. Термический крекинг нефти -это процесс расщепления молекул углеводородов, протекающий при высокой температуре (470 - 5500 С). В бензине, образуемом при этом способе переработки нефти, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов, благодаря чему он обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки. Однако этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании, за счёт окисления и полимеризации непредельных углеводородов, может происходить засорение различных частей двигателя.

3. Каталитический крекинг нефти - это процесс расщепления молекул углеводородов, протекающий в присутствии катализаторов при температуре 450 - 5000 С. Этот способ переработки нефти позволяет получать бензин более высокого качества.

Каталитический крекинг был разработан в результате долголетней упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает ещё большей детонационной стойкостью, поскольку в нём содержатся углеводороды с разветвлённой цепью углеродных атомов, а непредельных углеводородов содержится меньше.

4. Каталитический риформинг нефти-процесс дегидрирования шес-тичленных нафтеновых углеводородов и дегидроциклизация нормальных и слаборазветвлённых парафиновых углеводородов в ароматические, а также изомеризация пятичлен-ных нафтеновых в шестичленные с последующим дегидрированием последних в ароматические углеводороды. Степень ароматизации и изомеризации углеводородов зависит от режима процесса: при мягком режиме риформинга содержание ароматических углеводородов в бензине составляет 35-45%, а при жестком достигает 65 - 80% [1]. Этот способ переработки сырой нефти широко используется, поскольку позволяет получать самые высококачественные бензины (рис. 1, 2).

Надежная, эффективная и экономичная работа любого карбюраторного двигателя будет обеспечена только в том случае, если бензин удовлетворяет следующим требованиям:

- имеет высокую испаряемость, т.е. образует такую горючую смесь, которая обеспечивает легкий пуск двигателя и устойчивую работу при всех возможных режимах;

- не вызывает детонации двигателя, т.е. имеет достаточную детонационную стойкость;

- обеспечивает полное сгорание топлива, не вызывая смоло- и нагаро-образования на деталях двигателя;

- обладает высокой стабильностью, т.е при длительном хранении состав и свойства бензина остаются без существенных изменений;

Рис. 1. Нефтеперерабатывающий завод «Shell» по каталитическому риформингу нефти (США, штат Калифорния, г. Мартинес).

- при хранении не вызывает коррозии металла резервуаров, а при его сгорании - загрязнения деталей двигателей от действия продуктов сгорания;

- имеет достаточно высокую теплоту сгорания горючей смеси.

Способность топлива противостоять детонации оценивают октановым числом. Его устанавливают методом сравнения с эталонным топливом, которое составляют из двух углеводородов: изооктана (высокая устойчивость кдетонации) и н-гептана (низкая стойкость), различающихся по своему строению. Этим и объясняется их разная устойчивость к детонации.

Условно детонационная стойкость изооктана принята за 100ед.,н-гептана-за0ед.

Октановым числом называют процентное содержание (по объёму) изооктана в искусственно приготовленной смеси, состоящей из изооктана и н-гептана, по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому топливу. Так, в марке бензина А-76 цифра 76 показывает октановое число, т.е. его устойчивость к детонации такая же, как у смеси, состоящей из 76% изооктана и 24% н-гептана. Октановое число обычно оценивают двумя методами: моторным (ГОСТ 511-82) и исследовательским.

Нами была освоена методика экспресс-определения октанового числа бензинов методом ИК-спектроскопии с использованием программного обеспечения Оиап1+, разработанной лабораторией АО «Сервислаб» (г Москва).

Предлагаемый нами метод исследования химического строения органических соединений является экспрессным, требует небольших количеств вещества, не изменяющихся и не расходующихся в процессе исследования, даёт возможность судить о строении основного углеродного скелета молекулы и о характере дополняющих его функциональных групп [2].

При проведении анализов физико-химическими методами для количественного определения веществ используют так называемые калибровочные или градуировочные графики. Для их построения необходимы стандартные образцы или эталоны, соответствующие по своим физико-химическим свойствам анализируемым материалам. Поскольку моторный метод определения октанового числа бензинов даёт надёжный и точный результат, то нами впервые в качестве стандартов были использованы марки бензинов (а не искусственные смеси индивидуальных углеводородов), октановые числа которых определялись по моторному методу (ГОСТ 511-82) в сертифицированной лаборатории нефтепродуктов ОАО «Саханефтегазсбы-та». Градуировочные графики строились методом ИК-спектроскопии с использованием программного обеспечения Quant+ на ИК-Фурье спектрометре «Paragon 1000».

Рис. 2. Схема каталитической установки «Альфа-9У-100» по переработке газоконденсата с получением высокооктановых бензинов (ООО «Сахаагронефтепродукт»).

Рис. 3. Градуировочный график отношений площадей фундаментальных инфракрасных полос к октановому числу.

Градуировочные графики были построены в координатах J=f(X), где X - значение октановых чисел стандартных бензинов; J=SсHз/Sсн2 - величина, равная отношению площадей основных ИК-спектров метиль-ных и метиленовых групп. Наиболее значимые градуировочные графики были выбраны с помощью статистического метода наименьших квадратов (рис. 3).

На основании полученных градуировоч-ных графиков проведено определение октанового числа бензинов автозаправочных станций г. Якутска. Полученные значения октановых чисел исследованных бензинов методом ИК-спектроскопии оказались сопоставимы с их данными, определёнными моторным методом.

Таким образом, построенные градуировочные графики методом ИК-спектроскопии могут служить основой для определения октановых чисел бензинов и лечь в основу контроля качества бензинов любых марок.

Список литературы

1. Дехтерман, А. И. Переработка нефти по топливному варианту/А. И. Дехтерман. - М.: Химия, 1988. - С. 36.

2. Глебовская, Е. А. Применение инфракрасной спектрометрии в нефтяной геохимии / Е. А. Глебовская. - Л. : Нед-ра,1971.-С. 65.

О /гИИ КНИГИ

Маршинцев В. К. Кимберлиты Якутии (трубки, минералогия, геохимия, петрология) - иллюстрированное электронное издание. -Якутск: Издательско-полиграфический комплекс СВФУ, 2010.

Издание состоит из двух частей. В первой части приводятся общие сведения о Якутской алмазоносной провинции, на большом фактическом материале обсуждаются основные вопросы, связанные с оригинальным исследованием состава основных минералов (самородных и карбидов, оливина, ильменита, флогопита, карбонатов, апатита, бадделеита) и геохимии кимберлитовых пород. Рассматриваются вопросы генерации кимберлитовой магмы, кристаллизации некоторых минералов, серпентинизация оливина, условия образования карбонатов, проблема взаимоотношения кимберлитов и карбонатитов и вертикальная зональность кимберлитовых тел.

Во второй части обобщены сведения по кимберлитовым телам пяти алмазоносных районов и десяти кимберлитовых полей (около 400 тел). Для каждого кимберли-тового тела приводятся все параметры, особенности петрографического и геохимического состава и минералогия.

Издание рассчитано на специалистов, изучающих или интересующихся исследованием проблем кимберлитового и в целом щелочно-ультраосновного и карбонатитового магматизма.