CC BY
5УДК 662.758.2
Кислицына A.A. магистр кафедры «Технология нефти и газа» Уфимский государственный нефтяной технический университет
(г. Уфа, Россия)
Научный руководитель: Япаев Р.Ш.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология нефти и газа» Уфимский государственный нефтяной технический университет
(г. Уфа, Россия)
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЦЕПТУРЫ СМЕШЕНИЯ БЕНЗИНА АИ-92-К5 НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕМ ЗАВОДЕ «ДРУЖНОЕ»
Аннотация: в последние годы, производство автомобильного бензина экологического класса 5 выросло на 3,9 % [I]. В связи с обновлением автомобильного парка в стране, происходит рост потребления бензина марки АИ-95, но почти половина потребляемого автомобильного бензина приходится на долю АИ-92. В данной статье оптимизирована рецептура смешения бензина АИ-92-К5 с использованием сырьевых потоков нефтеперерабатывающего завода «Дружное» с включением в состав композиции прямогонного бензина с установки АВТ, катализата с установки каталитического риформинга ГКР-126/33 и изомеризата с установки изомеризации легких бензиновых фракций без вовлечения в состав мети л-трет-бутиловый эфира, с целью удешевления композиции.
Ключевые слова: октановое чисчо смешения, автомобильные бензины, ароматические углеводороды, компаундирование, прямогонный бензин, катализат, изомеризат.
На каждом нефтеперерабатывающем заводе рецептура смешения автомобильного бензина зависит от имеющихся на предприятии
технологических установок и сырьевых потоков. Так, на отечественном нефтеперерабатывающем заводе производство бензина марки АИ-92-К5 включает себя фракции катализата с установки каталитического риформинга ГКР-126/33, изомеризата с установки изомеризации легких бензиновых фракций, прямогонного бензина с установки АВТ и высокооктанового компонента - метил-трет-бутиловый эфир (далее МТБЭ), закупаемый у сторонних предприятий.
Катапизат с установки каталитического риформинга ГКР-126/33 является высокооктановым компонентом автомобильных бензинов с октановым числом по исследовательскому методу 92 и 95. Данный компонент увеличивает октановое число бензина, расширяет пределы выкипания, увеличивает его плотность [2]. Но, вследствие особенности процесса, катализат содержит большое количество ароматических углеводородов, в том числе бензола. Бензол - токсичный углеводород, в результате его сгорания образуется высокотоксичное соединение банзалирен [3]. При попадании в живой организм он способен накапливаться и вызывать онкологические заболевания. Данное соединение обладает канцерогенными свойствами и относится к первому классу опасности. К первому классу относят вещества с наиболее высоким опасным воздействием на живые организмы [4]. Помимо этого, бензол вызывает нагарообразование на деталях двигателя, в следствии чего хуже отводится тепло через стенки двигателя и увеличивается температура во фронте пламени [5].
Изомеризат - это высокооктановый компонент, не содержащий ароматических углеводородов. Этот компонент необходим дня обеспечения пусковых свойств бензина, для высокой детонационной стойкости и требований по давления насыщенных паров.
Прямогонный бензин - полуфабрикат с установки АВТ, вовлекается в состав как базовый компонент.
Метил-трет-бутиловый эфир - высокооктановая добавка, обеспечивающая высокую детонационную стойкость и улучшающая свойства композиции по фракционному составу [6].
В ходе исследований основных физико-химических свойств вышеперечисленных компонентов, мной выдвинулась гипотеза о разработке композиции АИ-92-К5 без вовлечения в состав топлива присадки МТБЭ, в целях ее экономии, так как нефтеперерабатывающий не производит данную присадку, а закупает у сторонних организаций.
На сегодняшний день рецептура товарного бензина АИ-92-К5 на заводе выглядит следующим образом:
- Катализат-58,8%;
- Изомеризат-30,6%;
- Прямогонный бензин-8,2%;
- МТБЭ-2,4%.
В таблице 1 представлены свойства бензина, производимого по существующей на заводе рецептуре.
Таблица 1. Свойства бензина, производимого по существующей на заводе рецептуре
Параметр АИ-92-К5
Октановое число исследовательский метод 92,0
Октановое число моторный метод 84,9
Давление насыщенных паров, кПа 76,0
Плотность, кг/мЗ 734,5
Бензол, % мае. 0,79
Ароматика, % мае. 33,55
Олефины, % мае. Менее 1,0
Для разработки будущей композиции важно учесть, что смешивание компонентов не поддается правилу аддитивности, то есть октановые числа смешения потоков не равны сумме октановых чисел отдельных компонентов, входящих в состав потоков [7]. Это объясняется тем, что что свойства атомов и молекул, находящихся в составе молекулы какого-либо соединения, отличаются от свойств их в свободном состоянии, то есть атомы и молекулы взаимно влияют друг на друга, изменяя свои свойства. На взаимное влияние молекул
существенное влияние оказывают силы Ван-дер-Вапьса, которые имеют три составляющие - ориентационное, индукционное и дисперсное взаимодействие [8]. Ориентационное взаимодействие проявляется, если вещество состоит из полярных молекул - диполей. Чем более полярны молекулы, тем сильнее они притягиваются и тем сильнее ориентационное взаимодействие. Для углеводородов бензиновой фракции характерно неравномерное распределение электрических зарядов в молекуле. В одной части молекулы могут преобладать положительные заряды, а в другой отрицательные. Дипольный момент является численным выражением поляризации молекул. При этом можно учитывать тот факт, что наличие диполя у молекулы приводит к тому, что определенные взаимные расположения одной молекулы относительно другой являются более устойчивыми, по сравнению с остальными. Анализ углеводородного состава бензинов показал, что наибольшей полярностью обладают ароматические углеводороды [9].
Для разработки композиции для начала рассчитаем октановое число смеси. Расчет октанового числа по исследовательскому (1) и моторному (2) методам производился по формулам:
Я= 1*1 + Сг х (К2 - I*! х у + С2 х (0а - 02) + С3 х (А! - А2), (1)
где:
К - октановое число смеси по исследовательскому методу;
октановое число каждого компонента по исследовательскому методу;
И.!- сумма произведений октанового числа каждого компонента на его объемную долю;
К2 - сумма произведений К0 и \ каждого компонента, умноженных на его объемную долю;
¡х - сумма произведений чувствительности каждого компонента (I) на его объемную долю;
0Х- сумма произведений квадрата процентного содержания олефинов в каждом компоненте на его объемную долю;
02- квадрат суммы произведений процентного содержания олефинов в каждом компоненте на его объемную долю;
Ах- сумма произведений квадрата процентного содержания ароматики в каждом компоненте на его объемную долю;
А2- квадрат суммы произведений процентного содержания ароматики в каждом компоненте на его объемную долю.
и
м = М^Ъ^^-М^ у + 02 х (04 - 02) + 03 X (2)
где:
М - октановое число смеси по моторному методу;
М0- октановое число каждого компонента по моторному методу;
Мг - сумма произведений октанового числа каждого компонента на его объемную долю;
М2 - сумма произведений М0 и | каждого компонента, умноженных на его объемную долю.
Ниже приводятся коэффициенты при поправочных слагаемых. Для уравнения 1 принимаются следующие коэффициенты: С! = 0,04307; С2 = 0,00061; С3 = -0,00046.
Для уравнения 2 принимаются следующие коэффициенты: = 0,04450; 02 = 0,00081; 03 = -0,00645.
Эти коэффициенты получены методом регрессионного анализа данных для реальных лабораторных смесей.
В ходе расчета получено следующее процентное содержание компонентов в составе разработанной композиции АИ-92-К5:
- Катапизат-58,8%;
- Изомеризат-35,9%;
- Прямогонный бензин-5,3%. Перед смешиванием компонентов, проводились анализы на основные физико-химические показатели каждого компаунда. Результаты этих показателей представлены в таблице 2.
Октановое число исследовательским методом определялось по ГОСТ 32339-2013 [10]. Объемная доля ароматических, непредельных, кислородсодержащих углеводородов, а также объемная доля бензола определены хроматографическим методом по ГОСТ 52714-2018 [11]. Плотность компаундов измеряли по ГОСТ 3900-2022 [12], давление насыщенных паров -по ГОСТ 1756-2000 (ИСО 3007-99) [13]. Массовую долю серы определяли методом УФ-флуоресценции по ГОСТ ISO 20846 [14].
Таблица 2. Физико-химические показатели фракций
№ Наименование показателей Бензиновые фракции
Прямогонная. бензиновая. фракция. Катал изат Изомеризат
1 Плотность при 15°С, кг/м3 677,0 774,5 647,5
2 Октановое число по исследовательскому методу 68,8 97,6 88,0
3 Давление насыщенных паров, кПа 100,0 62,0 64,0
4 Фракционный состав, °С
Н.К 30 34 33
10% 48 67 40
50% 71 119 47
90% 95 155 60
95% - 167 74
кк. 103 173 91
Объемная доля испарившегося бензина при 70 °С 49,0 13 92
Объемная доля испарившегося бензина при 100 °С 94,5 29 -
Объемная доля испарившегося бензина при 150°С - 87 -
5 н-парафины, % мае. 43,442 15,732 48,992
6 Изопарафины, % мае. 29,655 26,262 32,853
7 Олефины, % мае. 0,009 0,453 0,013
8 Нафтены, % мае. 25,426 1,702 18,138
9 Ароматика, % мае. 1,365 55,411 -
После смешения компонентов анализируем композицию по основным показателям качества по ГОСТ 32513-2013 [15] и требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 013/2011 [16]. Результаты анализов разработанной рецептуры смешения АИ-92-К5 представлены в таблице 3.
Таблица 3. Основные свойства разработанной рецептуры смешения АИ-92-К5
№ Наименование показателей Текущее значение ГОСТ 325132013
1 Плотность при 15°С, кг/м3 742,0 725,0-780,0
2 Октановое число по исследовательскому методу 92,2 92,0
3 Давление насыщенных паров, кПа 78,0 35-80
4 Фракционный состав, °С
НК 34 не реглам.
10% 53 не реглам.
50% 90 не реглам.
90% 148 не реглам.
95 % 158 не реглам.
кк 172 215
Объемная доля испарившегося бензина при 70 °С 33 15-50
Объемная доля испарившегося бензина при 100 °С 56 40-70
Объемная доля испарившегося бензина при 150 °С 92 75
5 н-парафины, % мае. 13,807 не реглам.
6 Изопарафины, % мае. 45,211 не реглам.
1 Олефины, % мае. 0,572 18,0
8 Нафтены, % мае. 5,649 не реглам.
9 Ароматика, % мае. 34,578 35,0
Как видно из таблицы 3 разработанная композиция полностью удовлетворяет показателям качества, предъявляемые к автобензинам на территории Российской Федерации.
Выводы
На основании расчетов и полученных результатов можно сделать вывод, что приготовление автомобильного бензина АИ-92-К5 с использованием смесевых потоков на НПЗ «Дружное» возможно без вовлечения в состав МТБЭ. Разработанная композиция полностью соответствует нормативным требованиям, предъявляемые к автомобильным бензинам на территории Российской Федерации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Отчет об итогах реализации Концепции открытости в Министерстве энергетики Российской Федерации в 2022 году. - URL: https://minenergo.gov.ni/node/24526 (дата обращения: 04.06.2023).
2. Конрад Н.Г., Костылева А.О. Разработка рецептуры спортивного бензина // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ni/ai1icle/n/razrabotka-retseptury-sportivnogo-benzina (дата обращения: 05.07.2023).
3. Брежнева O.A., Сидоров Г.М. Получение компонента моторного топлива с улучшенными экологическими свойствами на установке каталитического риформинга // Вестник науки. 2020. №6 (27). URL: https://cyberleninka.ni/ai1icl e/n/poluchenie-koinponenta-motomogo-topliva-s-
uluchshennymi-ekologicheskimi-svoystvami-na-ustanovke-kataliticheskogo-riforminga (дата обращения: 15.07.2023).
4. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. М.: Изд-во стандартов, 2007. 5 с.
5. Тамаев Н. Р., Солодова H. JI., Терентьева Н. А. Пути снижения содержания бензола в катализатах риформинга // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №24. URL: https://cyberleninka.ni/article/n/puti-snizheniya-soderzhaniya-benzola-v-katalizatah-riforminga (дата обращения: 01.08.2023).
6. Даулет М.А., Гилажов Е.Г. Значение использования оксигенатов для повышения детонационной устойчивости автомобильных бензинов // Вестник науки. 2021. №12 (45). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/znachenie-ispolzovaniya-oksigenatov-dlya-povysheniya-detonatsionnoy-ustoychivosti-avtomobilnyh-benzinov (дата обращения: 04.08.2023).
7. С. Г. Юнусов, Р. П. Джафаров, X. И. Талыбова, Н. К. Андрющенко, JI. М. Мирзоева Компаундирование бензиновых фракций для получения высокооктановых товарных бензинов, отвечающих современным требованиям // Azerbaijan Chemical Journal. 2014. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompaundirovanie-benzinovyh-fraktsiy-dlya-polucheniya-vysokooktanovyh-tovarnyh-benzinov-otvechayuschih-sovremennym-trebovaniyam (дата обращения: 05.10.2023).
8. Gina M. Fioroni, Mohammad J. Raliimi, Charles К. Westbrook, Scott W. Wagnon, William J. Pitz, Seonali Kim, Robert L. McCormick,Chemical kinetic basis of synergistic blending for research octane number, Fuel, Volume 307, 2022,121865,ISSN 00162361, https://doi.Org/10.1016/j.fuel.2021.121865.
9. Сахневич Богдан Вячеславович, Киргина Мария Владимировна, Чеканцев Никита Витальевич, Иванчина Эмилия Дмитриевна Разработка модуля автоматизированной обработки данных хроматографического анализа для повышения эффективности процесса компаундирования товарных бензинов // Известия ТПУ. 2014. №3. URL: https://cyberleninka.ni/aiticle/n/razrabotka-
nlodlllya-avtomatizirovannoy-obrabotki-dannyh-hromatograflcheskogo-analiza-dlya-роуузЬешуа-е^екПупозН-рп^зезза (дата обращения: 11.08.2023).
10. ГОСТ 32339-2013. Нефтепродукты. Определение детонационных характеристик моторных топлив. Исследовательский метод. М.: Изд-во стандартов, 2019. 18с.
11. ГОСТ 52714-2018. Бензины автомобильные. Определение индивидуального и группового углеводородного состава методом капиллярной газовой хроматографии. М.: Изд-во стандартов, 2018. 7 с.
12. ГОСТ 3900-2022. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. М,: Российский институт стандартов, 2023. 133 с.
13. ГОСТ 1756-2000. Нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров. М.: Стандартинформ, 2006. 16с.
14. ГОСТ КО 20846-2016. Нефтепродукты жидкие. Определение содержания серы в автомобильных топливах. Метод ультрафиолетовой флуоресценции. М.: Стандартинформ, 2018. 12 с.
15. ГОСТ 32507-2013. Бензины автомобильные и жидкие углеводородные смеси. Определение индивидуального и группового углеводородного состава методом капиллярной газовой хроматографии. М.: Стандартинформ, 2019. 28 с.
16. ТР ТС 013/2011. Технический регламент Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».
Kislitsyna A.A.
Ufa State Petroleum Technological University (Ufa, Russia)
Scientific advisor: Yapaev R.Sh.
Ufa State Petroleum Technical University (Ufa, Russia)
OPTIMIZATION OF AI-92-K5 GASOLINE BLENDING FORMULATION AT DRUZHNOYE OIL REFINERY
Abstract: in recent years, the production of motor gasoline of ecological class 5 has increased by 3.9% [1]. Due to the renewal of the vehicle fleet in the country, there is an increase in the consumption of AI-95 gasoline, but almost half of the consumed motor gasoline is AI-92. In this article we optimized the recipe of blending of AI-92-K5 gasoline using raw material streams of oil refinery "Druzhnoye" with the inclusion of straight-run gasoline from AVT unit, catalyst from catalytic reforming unit GKR-126/33 and isomerizate from light gasoline fractions isomerization unit without involving methyl tert-butyl ether in the composition in order to reduce the composition cost.
Keywords: octane number confusion, motor gasolines, aromatic hydrocarbons, compounding, straight-run gasoline, catalyst, isomerizate.
