Лабораторная работа «Определение фракционного состава топлив»



Цель работы: изучить компонентный состав автомобильных бензинов различных марок.

Задачи:

  1. рассчитать октановые числа автомобильных бензинов марок АИ-92, АИ-95 и АИ-98;
  2. рассчитать количество ароматических углеводородов в бензинах и сравнить со значением из ГОСТ 32513-2013;
  3. рассмотреть, как будет влиять изменения соотношений компонентов бензинов на октановое число;
  4. ответить на контрольные вопросы.

2.2 Теоретическая часть

По составу автомобильные бензины представляют смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, ароматизации термического крекинга, висбрекинга, замедленного коксования.

Таблица 2.1 – Характеристика компонентов, используемых при производстве бензинов
Компоненты Достоинства Недостатки
Фракция кат. крекинга Хорошие антидетонационные свойства Высокая концентрация аренов и алкенов
Фракция кат. риформинга Хорошие антидетонационные свойства Высокая концентрация аренов, особенно бензола
МТБЭ Хорошие антидетонационные свойства: отсутствие аренов и серы Низкая температура кипения, загрязнение водоёмов
Алкилат Хорошие антидетонационные свойства: практическое отсутствие аренов и серы
Изомеризат Хорошие антидетонационные свойства, низкая чувствительность Высокое давление насыщенных паров. Высокая стоимость.

Основная масса автомобильных бензинов в России вырабатывается по ГОСТ 32513-2013 «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» (таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Некоторые показатели бензинов по ГОСТ 32513-2013
Наименование показателя Значение для марки  
АИ-92 АИ-95 АИ-98  
1. Октановое число, не менее:  
— по исследовательскому методу 92 95 98  
— по моторному методу 83 85 88  
2. Массовая доля серы, мг/кг, не более, для экологического класса К5 10  
3. Объемная доля углеводородов, %, не более, для экологического класса К5:  
— олефиновых 18  
— ароматических 35  
4. Объемная доля бензола, %, не более, для экологического класса К5 1  

Бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства, такими как детонационная стойкость и октановое число, химическая и физическая стабильность, содержание серы, испаряемость, фракционный состав и другие.

Детонация – это аномальное сгорание, часто приводящее к слышимому стуку, вызываемому самовоспламенением топливно-воздушной смеси.

Наиболее важным показателем, характеризующим качество бензина, является его детонационная стойкость. Это способность бензина сгорать в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от искры без детонации.

Октановое число – показатель детонационной стойкости топлива, которое численно равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемому бензину в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя.

Оценка детонационной стойкости бензинов проводится на стандартном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия УИТ-65 в двух режимах. В жестком режиме частота вращения коленчатого вала двигателя равна 900 об./мин., такой метод называют моторным. В мягком режиме частота вращения коленчатого вала двигателя равна 600 об./мин., такой метод называют исследовательским.

Экологические требования, предъявляемые к бензинам, выдвигаются на первое место в мире среди других требований. Это связано с бурным ростом автомобильного транспорта в развитых странах, что привело к сильному загрязнению окружающей среды, а именно, воздушного бассейна вредными выбросами отработавших газов.

Снижение содержания серы и ароматических углеводородов, в том числе бензола является важной мерой, направленной на уменьшение вредных выбросов и повышение эффективности работы нейтрализаторов в процессе эксплуатации.

2.3 Расчётная часть

При составлении рецептуры товарных автомобильных бензинов должно соблюдаться следующие условие:

xсм=x1g1 + x2g2 +…+ xngn ,(2.1)

где xсм – октановое число смеси;
x1, x2, xn – октановое число компонентов смеси;
g1, g2, gn – доли масс, %.

Варианты для расчёта представлены в приложении Б.

Таблица 2.3 – Исходные данные
Компонент Октановое число Содержание аром, %
Бензин кат. риформинга 96,6 55
Бензин кат. крекинга 82,6 10
МТБЭ 117 0
Алкилат 92 0
Изомеризат 82 0

Рассмотрим расчёт на примере бензина АИ-92.

Состав:

  • бензин каталитического крекинга с ОЧ – 82,6, взяли 32 %;
  • бензин каталитического риформинга жесткого режима с ОЧ – 96,6, взяли 48 %;
  • МТБЭ с ОЧ – 117, взяли 7 %;
  • алкилат с ОЧ – 92, взяли 4 %;
  • изомеризат с ОЧ – 82, взяли 9 %.

Смешение компонентов произвели согласно уравнению:

xсм = 96,6 ∙ 0,48 + 82,6 ∙ 0,32 + 117 ∙ 0,07 + 92 ∙ 0,04 + 82 ∙ 0,09 = 92,05.

Согласно ГОСТ 32513-2013 полученный бензин соответствует марке АИ-92 по показателю октанового числа по исследовательскому методу не менее 92 пунктов.

2.4 Контрольные вопросы

  1. Дайте краткую характеристику назначения процесса, сырья и продуктов: каталитического риформинга, изомеризации, каталитического крекинга, алкилирования, производства МТБЭ.
  2. Чем отличаются разные марки бензина с точки зрения состава?
  3. Почему нежелательно наличие в автомобильных бензинах ароматических углеводородов?
  4. Что будет, если автомобиль заправить бензином АИ-92 вместо нужного АИ-95, который рекомендован для автомобиля?