ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОВАРНЫХ ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

  Главная      Учебники - АЗС, нефть     Производство высокооктановых бензинов (Гуреев А.А., Жоров Ю.М.) - 1981 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

 

ГЛАВА 4

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОВАРНЫХ ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

КОМПАУНДИРОВАНИЕ

 

 

На отдельных нефтеперерабатывающих установках готовить товарные высокооктановые бензины, как травило, экономически невыгодно, а часто просто невозможно. Завершающей стадией приготовления товарных бензинов является компаундирование различных компонентов и введение необходимых присадок [1].

Компаундирование является рациональным способом приготовления товарных бензинов, так как позволяет:

наиболее полно использовать свойства всех бензиновых фракций, имеющихся на заводе;

получать продукцию, отвечающую требованиям двигателей по всем показателям;

полностью использовать ресурсы бензиновых фракций различных процессов переработки нефти.

Компаундирование является завершающим процессом приготовления бензинов, поэтому подготовка и проведение его обусловливают качество товарной продукции, соответствие требовани-. ям стандартов. Прежде чем приступить к компаундированию, разрабатывают рецептуру товарного бензина и технологию его приготовления.

Рецептура товарного бензина основывается на показателях качества имеющихся компонентов и задании заводу по выпуску отдельных марок бензинов. Находят наиболее целесообразное и экономически выгодное соотношение компонентов для каждой партии бензина. Задача оптимизации компонентного состава товарных бензинов решается с помощью ЭВМ методом линейного или нелинейного программирования. С помощью ЭВМ при оптимизации учитывают наибольшее число факторов.

Некоторые трудности расчетов при компаундировании связаны с тем, что нефть и ее фракции как углеводородные растворы, обнаруживают значительные отклонения от идеальных растворов. Такие свойства, как детонационная стойкость, испаряемость не являются аддитивными. Эти отклонения связаны, в первую очередь, с межмолекулярными взаимодействиями углеводородов и неуглезодородных примесей при компаундировании различных компонентов. В практике компаундирования замечено, что чем больше различаются молекулы смешиваемых компонентов, тем

 

больше наблюдаемые отклонения от поведения идеальных растворов.

Коллоидно-химические представления об образовании ассоциа-тов, различного рода комплексов и надмолекулярных структур со временем, очевидно, позволят создать теоретические основы компаундирования и объяснить имеющиеся отклонения от аддитивности по многим показателям. В настоящее время разработка рецептур смешения высокооктановых бензинов почти лишена научной базы. В расчетах часто используют не фактические свойства тех или иных компонентов, а условные характеристики смешения, учитывающие поведение данного компонента в конкретном базовом бензине. Основные законы, определяющие характеристики смешения, не выяснены, поэтому при компаундировании прибегают к эмпирическим методам расчета.

О существовании межмолекулярных взаимодействий при компаундировании свидетельствует изменение общего объема смешиваемых компонентов. Суммарный объем двух смешиваемых компонентов может оказаться больше или меньше суммы объемов, взятых для компаундирования. Чаще объем смеси меньше суммы объемов компонентов. Для тяжелых компонентов или компонентов широкого фракционного состава изменение невелико и не превышает 0,1—0,2% общего объема. Однако при смешении низко-кипящих компонентов с более тяжелыми изменение объема возрастает и может составить 0,5—1,0%.

Установить существование простых зависимостей между изменением объема и химическими или физическими свойствами углеводородов до сего времени не удалось. Происходящая «усадка» зависит от молекулярных масс компонентов, от строения углеводородов, температуры и других факторов. Ниже представлено одно из эмпирических уравнений для расчета уменьшения объема при смешении двух компонентов:

 

 

Уравнение действительно для компаундирования при атмосферном давлении и температуре от 16 до 21 °С. Разность между теоретическими и экспериментальными значениями уменьшения объема при смешении различных компонентов не превышает 20% общего изменения объема.

Например, если все уменьшение объема при введении 10% бутана в базовый бензин со средней молекулярной массой, равной 110, отнести за счет бутана, то кажущийся объем введенного бутана составит 97,8% от фактически добавленного; это соответствует уменьшению объема примерно на 1 м3 на 500 м3 суммарного топлива.

 

 

Уменьшение объема при смешении зависит от температуры и, в меньшей степени, от давления. С повышением температуры уменьшение объема значительно возрастает. Так, в предыдущем примере с бутаном объем его составляет 97,8% от фактически добавленного при 38°С; при 21 °С этот объем равен 99%, а при 54 °С — всего лишь 96,9%. Представленные данные свидетельствуют о том, что, несмотря на малое уменьшение объема при смешении, при больших заводских операциях это изменение необходимо учитывать, так как оно имеет важное экономическое значение.

При разработке рецептуры товарного высокооктанового бензина руководствуются прежде всего двумя наиболее важными показателями: требованиями по детонационной стойкости и испаряемости. Достижение заданной детонационной стойкости и испаряемости тесно связано между собой, однако выбор компонентов и их свойства целесообразно рассмотреть отдельно по каждому показателю [2].



Особенности компаундирования для достижения требуемой детонационной стойкости

 

 

Детонационная стойкость часто является решающим показателем, определяющим соотношение компонентов в товарных бензинах. .Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными путями. Первый — использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. Второй путь предусматривает широкое использование

высокооктановых компонентов, вовлекаемых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении антидетонационных присадок. В настоящее время широко использует все три пути повышения

детонационной стойкости бензинов. Современные товарные высо-кооктановые бензины готовят смешением компонентов, -полученных прямой перегонкой, крекингом, риформингом, коксованием, алкилированием, полимеризацией, изомеризацией и другими процессами переработки нефти и нефтяных фракций.

В бензинах прямой перегонки нефти содержится много парафиновых углеводородов слабо разветвленного строения с низкой детонационной стойкостью; октановые числа таких бензинов невелики. Например, бензины прямой перегонки сернистых нефтей с к. к. 180—200 °С содержат 60—80% парафиновых углеводородов и имеют октановые числа в пределах 40—50. Лишь из отдельных «отборных» нефтей можно получить бензины прямой перегонки с октановым числом =70. Однако ресурсы таких нефтей весьма ограниченны, а их раздельная переработка на заводах сопряжена со значительными трудностями. Бензины прямой пере-гонки и их головные фракции используют в небольшом объеме для приготовления автомобильных бензинов А-72 и А-76.

В состав бензинов термического крекинга входит большое количество непредельных углеводородов, детонационная стойкость которых выше, чем нормальных парафинов. Поэтому бензины термического крекинга обычно имеют более высокие октановые числа, чем бензины прямой перегонки из тех же нефтей (табл. 23).

Октановые числа бензинов термического крекинга находятся в пределах 64—70 в зависимости от качества сырья и температурного режима крекинга. Компоненты, ’Полученные термическим крекингом, добавляют только в автомобильные бензины.

Бензины, полученные каталитическим крекингом, имеют более высокую детонационную стойкость, чем бензины термического крекинга, что обусловлено главным образом увеличением содержания в бензиновых фракциях ароматических и изопарафиновых углеводородов. Антидетонационные свойства бензинов каталитического крекинга зависят от фракционного состава сырья, режима крекинга, состава катализатора и могут колебаться в значительных пределах. Бензины каталитического крекинга часто используют как базовые для приготовления товарных высокооктановых бензинов.

Процесс каталитического риформинга позволяет получать бензины с высокой детонационной стойкостью за счет ароматизации и частичной изомеризации углеводородов. При риформинге на платиновом катализаторе процесс платформинга можно вести в мягком (обычном) или жестком режиме. При жестком режиме сни-жается выход бензина, увеличивается газообразование, но бензин получается более высокооктановым с содержанием ароматических углеводородов до 70% (см. табл. 23).

Бензины платформинга широко используют в качестве базовых при изготовлении товарных высокооктановых бензинов, причем не только дистиллят платформинга, но и его отдельные фракции, оставшиеся после извлечения индивидуальных ароматических углеводородов.

Для улучшения тех или иных характеристик базовых бензинов применяют высокооктановые компоненты, антидетонационные свойства которых приведены в табл. 24. Некоторые высокооктановые компоненты получают в результате специальных процессов (алкилирование, изомеризация, полимеризация), поэтому их стоимость, как правило, выше стоимости базовых бензинов; добавляют такие компоненты обычно в небольших объемах. Наиболее распространенным компонентом бензинов является смесь низко-кипящих углеводородов с различными пределами кипения. Широкую фракцию низкокипящих углеводородов называют газовым: бензином, более узкие фракции с преобладанием того или иного углеводорода именуют по названию преобладающего углеводорода. Для приготовления товарных автомобильных бензинов используют низкокипящие углеводороды, выделенные из продуктов прямой перегонки или вторичных процессов, а также не вступившие в реакции при процессах алкилирования или полимеризации (отработанные бутан-бутиленовая, пентан-амиленовая фракции и т. д.).


 

При разработке рецептуры товарного бензина следует учитывать, что детонационная стойкость смеси различных компонентов не является аддитивным свойством. Октановое число компонента в смеси может отличаться от октанового числа этого компонента в чистом виде. Каждый компонент имеет свою смесительную характеристику или, как принято называть, октановое число смешения, причем для данного компонента оно непостоянно и зависит от массы введенного компонента, состава базового бензина и присутствия других компонентов. Смесительные характеристики некоторых высокооктановых компонентов при добавлении в прямогонный бензин из парафинистой нефти (04 = 70) приведены ниже:

 

 

Октановые числа смешения газовых бензинов, бензинов прямой перегонки из парафинистого и смешанного сырья некоторых технически чистых углеводородов изостроения обычно близки к их октановым числам в чистом виде. Бензиновые фракции каталитических процессов и продукты алкилированля, полимеризации и изомеризации имеют октановые числа смешения несколько выше, чем в чистом виде. Октановые числа смешения бензола, толуола и ксилолов ниже, чем их октановые числа в чистом виде. Алки-лированные бензолы с разветвленной боковой цепью имеют октановые числа смешения более высокие, чем в чистом виде. Октановое число смешения высокооктанового компонента обычно тем выше, чем ниже октановое число базового топлива.

Изложенные закономерности имеют лишь ориентировочный характер. Для предварительного расчета октанового числа смеси и массы вовлекаемых компонентов необходимо оперировать октановыми числами именно тех компонентов, которые подлежат смешению. Качество смеси, приготовленной в лабораторных условиях, должно быть тщательно проконтролировано по всем показателям стандарта. Чтобы избежать исправлений качества товарной пар-тин бензина, необходимо в лабораторных условиях отработать рецептуру и надежно оценить смесительные характеристики всех компонентов.

При подборе компонентов для приготовления товарных автомобильных бензинов необходимо обеспечить равномерность распределения октанового числа по фракциям бензина (см. гл. 1,

стр. 15). Широкое использование в качестве базовых бензинов дистиллятов платформинга заставило изменить выбор необходимых компонентов для приготовления товарных бензинов, так как распределение октановых чисел по фракциям в бензинах платформинга носит иной характер, чем в бензинах, полученных другими процессами (рис. 46).

В бензинах прямой перегонки и термического крекинга низко-кипящие фракции имеют более высокую детонационную стойкость, чем высококипящие. В бензинах каталитического крекинга октановые числа различных фракций близки между собой. В бензинах платформинга некоторые головные фракции имеют низкую детонационную стойкость, а высококипящие ароматизированные фракции имеют октановое число выше 100 (табл. 25).

 

 

При использовании таких бензинов в двигателе на переходных режимах возможна детонация вследствие фракционирования бензина во впускном трубопроводе (см. гл. 1, стр. 15) и попадания в цилиндры смеси, обогащенной иизкокипящими углеводородами с малой детонационной стойкостью.

Для получения товарного бензина с равномерным распределением детонационной стойкости по фракциям к бензину платформинга добавляют только тот высокооктановый компонент, который кипит в интервале от 70 до 110—130 °С (см. рис. 46). Пока в стандартах на автомобильные бензины равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям никакими показателями не регламентируется. Однако уже сегодня при составлении рецептур товарных высокооктановых автомобильных бензинов явление фракционирования необходимо учитывать. Кроме того, при составлении рецептуры товарного бензина следует иметь в виду, что содержание ароматических углеводородов в автомобильных бензинах не должно быть более 45—50%. Это в стандартах не предусмотрено, однако опыт эксплуатации показывает, что такое содержание ароматических углеводородов является оптимальным. В_авиационных бензинах содержание ароматических углеводородов нормируется специальным показателем и, как правило, компонентный состав авиационных бензинов, на заводе изменению не подвергается (воспроизводится сдстав того бензина, который прошел государственные испытания и допущен к применению в установленном порядке).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..