Применение высокооктановых изоолефиновых углеводородов при производстве автомобильного бензина

В главе 1 проведен анализ литературных источников, который показал,
что автомобильный бензин, несмотря на конкуренцию со стороны
альтернативных топливных решений, прежде всего электротранспорта, будет
являться основным видом топлива для легковых автомобилей на ближайшие
десятилетия. Более того, совершенствование бензиновых ДВС имеет
существенный потенциал на пути повышения топливной эффективности и КПД
двигателя, прежде всего за счет увеличения использования технологий прямого
впрыска и турбонаддува, а также внедрения новых технологий бензиновых ДВС,
например, принципа гомогенного сгорания однородного заряда при
самовоспламенении от сжатия (двигатель HCCI). Движение в этом направлении
потребует изменения требований к качеству и составу бензина. Анализ
предлагаемого ведущими исследовательскими группами комплексного
показателя эффективности топлива (ПЭТ) свидетельствует о том, что для ДВС
современных и перспективных конструкций наиболее эффективными
компонентами наряду с оксигенатами являются изоолефиновые углеводороды.
Учитывая, что их промышленное производство может быть организовано
не только на НПЗ, но и на базе газоперерабатывающих комплексов, их изучение
в качестве высокооктановых компонентов автобензина представляет
значительный практический интерес. При учете существующих ограничений на
применение непредельных углеводородов данное исследование имеет ряд
важных научных задач, решение которых позволит выбрать рациональные
способы использования изоолефиновых углеводородов в составе автобензина.
В результате проведенного обзора и анализа научно-технической,
патентной и нормативной литературы, сформулирована цель и поставлены
задачи исследования.
В главе 2 охарактеризованы объекты исследования – компоненты
исследуемых образцов бензина: изооктен с пилотной установки димеризации
изобутилена, а также изогексен с промышленной установки Мозырского НПЗ.
Кроме того, приведены основные характеристики МТБЭ, МТАЭ, бензина
каталитического риформинга, бензина каталитического крекинга, изомеризата,
двух образцов бензина газового стабильного (БГС), ароматических
углеводородов. Представлены методы исследования, используемые в работе.
В главе 3 приведены результаты исследования влияния высокооктановых
изоолефиновых углеводородов на физико-химические и эксплуатационные
свойства автомобильного бензина.
Известно, что непредельные углеводороды химически нестабильны.
Поэтому первой задачей экспериментальной работы было изучение
окислительной стабильности изоолефинов. Определен индукционный период
чистых изооктена и изогексена, который составил 120 и 52 мин. соответственно.
Поскольку полученные значения не соответствуют норме для товарного бензина
(не менее 360 мин.) проведено исследование по определению индукционного
периода смеси изоолефинов и химически стабильного изооктана. Как показано
на рисунке 1, при концентрации изооктена и изогексена в смеси с изооктаном до
60% и 10% масс., соответственно, значение индукционного периода было выше
нормы – 360 мин.

Рисунок 1 – Влияние содержания изоолефиновых углеводородов в смеси с
изооктаном на индукции период
Также было установлено, что повысить индукционный период
изоолефинов до значения выше 1200 мин. можно за счет введения 0,1% масс.
антиокислительной присадки 4-метил-2,6-дитретбутилфенол.
Одной из основных эксплуатационных характеристик автомобильных
топлив является их испаряемость, от которой зависят пусковые характеристики
двигателя при низких температурах, его приемистость, скорость прогрева,
возможность образования паровых пробок в системе питания и износ
цилиндропоршневой группы. Кроме того, испаряемость определяет потери
топлива при его производстве, хранении, транспортировании и эксплуатации.
Установлены значения давления насыщенных паров (ДНП) при 37,8 ºС для
образцов изооктена и изогексена, которые составили 12,4 и 37,3 кПа
соответственно. Также проведено исследование влияния добавления 15% масс.
изоолефинов на изменение ДНП базовых бензинов в сравнении с МТБЭ и
МТАЭ. В качестве базовых бензинов использованы смеси промышленных
бензиновых компонентов: бензины Б-1 и Б-3 состоят из 91% бензина
каталитического риформинга и 9% масс. изомеризата. Базовые бензины Б-2 и Б-
4 получен смешением трех компонентов: бензина каталитического крекинга,
каталитического риформинга и изомеризата в массовом соотношении 4:3:3.
Базовые бензины Б-1 и Б-3 являются модельными для НПЗ, где базовый процесс
– каталитический риформинг, а бензины Б-2 и Б-4 – для НПЗ, где помимо
риформинга и изомеризата имеется установка каталитического крекинга.
В результате проведенных исследований установлено, что добавление
изооктена и изогексена приводит к существенному снижению ДНП базовых
бензинов примерно на уровне МТАЭ (рисунок 2). При производстве товарных
бензинов низкое ДНП изоолефинов может являться преимуществом, когда
требуется повысить октановое число топлива, не увеличивая его испаряемость.

Рисунок 2 – Влияние изооктена (слева) и изогексена (справа) на изменение
ДНП базовых бензинов в сравнении с МТБЭ и МТАЭ
Повышение детонационной стойкости автомобильного бензина было и
остается основным вектором развития производства топлив для автомобильной
техники с ДВС с искровым зажиганием, что позволяет добиться значительного
прогресса в экономии топлива и сокращении выбросов CO 2.
Исследовано влияние изоолефиновых углеводородов на изменение
октановых чисел базовых бензинов по исследовательскому (ОЧИ) и моторному
(ОЧМ) методам. Согласно полученным результатам (рисунок 3),
антидетонационная эффективность изооктена в концентрации 15% масс. в
базовых бензинах двух разных составов по исследовательскому методу
существенно превосходит показатели для МТАЭ в концентрации 15% масс., а
также сопоставима с антидетонационной эффективностью МТБЭ.
Эффективность изогексена заметно выше, чем у МТАЭ для обоих базовых
автомобильных бензинов, но в то же время уступают МТБЭ.

аб

вг

Рисунок 3 – Влияние изооктена (а, б) и изогексена (в, г) на изменение ОЧИ и
ОЧМ базовых бензинов в сравнении с МТБЭ и МТАЭ
Следующим этапом исследования стало определение антидетонационной
эффективности изоолефиновых углеводородов при концентрации 20% масс. в
базовых высокооктановых компонентах, применяемых при компаундировании
товарных бензинов. В качестве таких компонентов были выбраны: изомеризат,
бензин каталитического крекинга и бензин каталитического риформинга.
Дополнительно исследовано поведение изоолефинов в составе эталонной смеси
«70» (70% об. изооктана и 30% н-гептана), имеющей значения ОЧИ и ОЧМ
равные 70. Результаты изменения октановых чисел включая расчетные значения
октановых чисел смешения (ОЧИсм и ОЧМсм) изооктена приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Влияние изооктена на изменение октановых чисел базовых
компонентов и смеси «70»
Исследовательский методМоторный метод
Наименование компонентабез20% масс. ОЧИсмбез20% масс. ОЧМсм
добавок изооктена изооктена добавок изооктена изооктена
Смесь «70»70,086,015070,083,3136
Изомеризат86,194,212785,788,8101
Бензин каталитического
84,492,212380,082,894
крекинга
Бензин каталитического
96,798,910887,088,192
риформинга

Полученные значения октановых чисел смешения свидетельствуют о том,
что антидетонационная эффективность изооктена в выбранных углеводородных
фракциях увеличивается в ряду: бензин каталитического риформинга < бензин каталитического крекинга < изомеризат < смесь «70». Такая тенденция коррелирует с общеизвестными данными по приемистости углеводородов различного группового состава к оксигенатам и добавкам, где наилучшей приемистостью обладают парафиновые углеводороды, наименьшей – олефиновые и ароматические. Для изогексена установлена аналогичная изооктену зависимость приемистости по октановым числам различных компонентов (таблица 2). Проведенные исследования позволили определить граничные значения антидетонационной эффективности изоолефиновых углеводородов при концентрации 20% масс. в основных бензиновых компонентах, выраженные в октановых числах смешения: изооктена ОЧИсм = 108-150, ОЧМсм = 92-136, изогексена ОЧИсм = 104-145, ОЧМсм = 83-122. Таблица 2 – Влияние изогексена на изменение октановых чисел базовых компонентов и смеси «70» Исследовательский методМоторный метод Наименование компонентабез20% масс. ОЧИсмбез 20% масс. ОЧМсм добавок изогексена изогексена добавок изогексена изогексена Смесь «70»70,084,9144,570,080,3121,5 Изомеризат88,494,5118,985,788,899,7 Бензин каталитического 86,690,3105,179,780,985,7 крекинга Бензин каталитического 96,898,3104,387,086,283 риформинга Получив данные по октановым числам смешения изоолефинов в различных компонентах, и, обнаружив их крайне высокую эффективность в компонентах парафинового основания – смеси «70» и изомеризате, исследования были продолжены для оценки влияния изоолефинов на изменение ОЧМ смеси «70» в широком диапазоне концентрации изоолефинов. В результате обнаружен экстремальный характер зависимости ОЧМ смеси изоолефинов с эталонным топливом «70» с максимумом в районе 50% масс. изоолефинов (рисунок 4). Рисунок 4 – Влияние изоолефиновых углеводородов на изменение ОЧМ эталонной смеси «70» при разном процентном содержании Необходимо отметить, что данный эффект, называемый гиперусилением антидетонационных свойств был параллельно обнаружен, но для других непредельных соединений, научной группой в США, ведущей исследования по программе совместной оптимизации топлив и двигателей1. Eric Monroe and others. Discovery of novel octane hyperboosting phenomenon in prenol biofuel/gasoline blends // Fuel. – 2019. – V. 239. – P. 1143-1148. Причины гиперусиления детонационной стойкости изоолефинов в составе парафинового базового топлива вероятно лежат в области механизмов холоднопламенного низкотемпературного (режим окисления топливо- воздушной смеси, предшествующий воспламенению от искры) окисления углеводородов. Рассмотрев многочисленные литературные источники по данной тематике были составлены упрощенные схемы предпламенного окисления н- гептана и изооктена. В процессе предпламенного окисления н-гептана наиболее реактивными радикалами, приводящими к ускорению реакций, являются радикалы ∙ОН. Предположительно эффект гиперусиления детонационной стойкости низкооктановой смеси «70» при добавлении не менее 50% масс. изоолефинов, объясняется интенсивным поглощением изоолефинами наиболее реактивных радикалов (∙OH, ∙O2H, ∙CH3, ∙H), приводящих к ускорению реакций предпламенного окисления парафиновых углеводородов, с образованием нестабильных алкилгидропероксидов. Двойная связь олефина, являясь значительно более реакционноспособной структурой, взаимодействует с данными активными радикалами путем их присоединения со существенно большей скоростью, чем любые реакции переноса радикала в парафиновых, изопарафиновых или ароматических углеводородах. Таким образом, олефин выступает ловушкой для активных радикалов, которые превращаются в относительно стабильные разветвленные третичные радикалы. Дальнейший процесс разложения данных третичных радикалов протекает медленнее, чем распад нормальных парафинов из-за большей стабильности и невозможности протекания быстрых реакций разложения с ростом числа свободных радикалов. Предложенная гипотеза позволяет объяснить выход на плато детонационной стойкости при концентрациях олефинов выше 50% – при таком содержании добавление дополнительного количества олефина не приводит в росту связывающей способности двойных связей, так как их критическая концентрация уже достигнута. При этом эффект гиперповышения детонационной стойкости подобная трактовка процесса низкотемпературного горения смесей непредельных углеводородов объяснить не может. Объяснение данного эффекта может заключаться в кинетике образования первичного радикала путем либо мономолекулярного разрыва связи C-H/C-C, либо разрыва под действием бирадикала кислорода. Показано, что скорость реакции радикального отщепления водорода экспоненциально увеличивается в ряду: первичный < вторичный < третичный < аллильный < бензильный. То есть, непредельные и ароматические углеводороды вступают в реакции образования первичного углеводородного радикала со значительно большими скоростями. Данный эффект должен приводить к уменьшению детонационной стойкости, однако при рассмотрении полного механизма горения становится ясно, что он компенсируется высокой стабильностью аллильных и бензильных радикалов, которые крайне медленно вступают в дальнейшие реакции продолжения цепи, поэтому ароматические и непредельные углеводороды имеют высокие октановые числа. При этом у этих двух классов углеводородов есть значительное отличие в дальнейшей реакционной способности – это показанный ранее эффект связывания двойными связями активных радикалов. Оценочные кинетические расчеты показали, что изооктен вступает в реакции образования первичного углеводородного радикала со скоростью, которая в более чем 28 раз превосходит показатели н-гептана и изооктана, поэтому снижение концентрации изооктена до 50% позволяет уменьшить суммарную скорость первичных реакций почти в 2 раза, что суммируется с эффектом поглощения активных радикалов двойными связами и приводит к увеличению октанового числа выше показателя чистого изооктена. Аналогичный эффект проявляется и в случае изогексена, однако из- за еще большей скорости первичного радикалообразования суммарное гиперповышения детонационной стойкости проявляется ярче. Схематическоеизображениепредложенногомеханизма низкотемпературного горения смеси гептана, изооктана и изооктена представлено на рисунке 5. Рисунок 5 – Принципиальный механизм горения смеси «70» и изооктена В главе 4 представлены результаты разработки композиции и технологии производства автомобильного бензина на основе газового сырья с использованием высокооктановых изоолефиновых углеводородов. Практические преимущество от наблюдаемого эффекта гиперусиления детонационной стойкости можно использовать при разработке топливных композиций автомобильного бензина с вовлечением изоолефиновых углеводородов. Вероятно, оптимальной технологической концепцией для этого является производство товарного высокооктанового бензина на базе комплексов по переработке природного газа. Установки по получению изоолефинов вполне могут быть интегрированы в подобные комплексы за счет использования пропана и бутанов, выделяемых при переработке природного газа. Более того, на подобных производственных комплексах, как правило, выпускается значительный объем бензиновой фракции – углеводородов С5-С7, так называемых газовых бензинов, которые представляют собой смеси преимущественно низкооктановых углеводородов, имеющих ОЧИ на уровне 60- 70. Таким образом, организуя производство высокооктанового бензина на базе комплекса по переработке газа с вовлечением изоолефинов, можно использовать эффект гиперусиления октанового числа и увеличить производство маржинальной продукции на предприятии. Предварительноематематическоемоделированиетопливных композиций показало, что для получения высокооктановых бензинов с ОЧИ не менее 92 концентрационные границы вовлечения низкооктанового газового бензина составляют 40-60% масс. в зависимости от качества БГС. Остальные компоненты должны быть высокооктановыми. Учитывая ограничение на содержание изоолефиновых углеводородов не более 18% об., дополнительными компонентами могут являться оксигенаты (МТБЭ и/или МТАЭ), а также изооктан, который также может выпускаться путем гидрирования изооктена. Помимо оксигенатов и изооктана в качестве высокооктановых компонентов могут быть использованы ароматические углеводороды. Учитывая, что концентрация МТБЭ так же, как и изоолефинов нормативно ограничена на относительно невысоком уровне (15% об. согласно ГОСТ 32513) в качестве переменного фактора состава при проведении исследований выбрана концентрация изооктана и ароматических углеводородов. Проведены экспериментальные исследования по разработке топливной композиции автомобильного бензина марок АИ-92-К5 и АИ-95-К5, соответствующего требованиям ГОСТ 32513-2013. Составы опытных образцов и результаты их испытаний приведены в таблице 3. Таблица 3 – Состав опытных образцов автомобильного бензина марок АИ-92 и АИ-95 с вовлечением изоолефиновых углеводородов №Наименование компонента бензинаСодержание компонента, % масс. п/п/ номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1Бензин газовый стабильный (БГС), образец №1 - 56 56 - - - 50 50 - - 2Бензин газовый стабильный (БГС), образец №2 53 - - 50 52 47 - - 46 47 3Изопентановая фракция3 - - 3 4 3 - - 3 3 4Ароматический компонент, включая:- 14 14 10 15 - 20 20 10 20 Толуол- 14 - 10 5 - 20 - 10 5 Этилбензол-- - - 5 - - - - 5 Изопропилбензол-- 14 - 5 - - 20 - 10 5Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)15 15 15 15 14 15 15 15 15 15 6Изооктен8 15 - 10 15 8 15 - 10 15 7Изогексен7 - 15 6 - 7 - 15 6 - 8Изооктан14 - - 6 - 20 - - 10 - Итого100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Разработаны 5 образцов бензина с ОЧИ не менее 92,0 и 5 образцов с ОЧИ не менее 95,0. Все образцы в качестве основного компонента содержат низкооктановый бензин газовый стабильный. Образцы №1 и №6 не включают ароматические углеводороды и содержат в качестве высокооктановых компонентов изооктен, изогексен, изооктан и МТБЭ. Образцы №2-5 и №7-10 содержатароматическиеуглеводороды(толуол,этилбензолили изопропилбензол). Как видно из таблицы 4, где представлены результаты испытаний опытных образцов на соответствие требованиям ГОСТ 32513-2013, образцы без вовлечения ароматических углеводородов обладают недостаточной плотностью (705,0-706,5 кг/м3) и избыточным объемом фракций, выкипающих до 100°С (86,0-88,5%). Данные составы, несмотря на потенциально высокие экологические свойства благодаря полному отсутствию ароматических углеводородов не могут быть использованы для выпуска автомобильного бензина по ГОСТ 32513. Вместе с тем бензин подобного состава соответствует всем требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 013/2011, а значит его выпуск в оборот на территории России возможен по техническим условиям или стандарту организации. Таблица 4 – Результаты испытаний опытных образцов автомобильного бензина марок АИ-92 и АИ-95 с вовлечением изоолефиновых углеводородов на соответствие требованиям ГОСТ 32513-2013 №Наименование показателяТребованияРезультаты испытаний п/пГОСТ/номер образца/ 3251312345678910 1 ОЧ - исследовательский метод≥ 92/95/9892,192,492,192,192,0 95,195,4 95,295,195,1 - моторный метод≥ 83/85/8883,384,584,283,683,4 85,386,9 86,385,485,8 2 ОЧ смешения комплекса высокооктановых компонентов: - исследовательский метод-125,9 121,5 120,9 121,9 125,0 124,5 121,3 120,9 123,3 124,5 - моторный метод-108,9 105,5 104,8 107,0 109,0 107,6 105,8 104,6 106,9 108,6 3 Плотность при 15 °С, кг/м3 725,0-780,0706,5 729,0 726,0 725,1 729,0 705,0 739,0 736,5 725,1 740,0 4 Давление насыщенных паров, кПа35-10043,0 62,0 67,0 39,5 37,0 40,0 57,5 60,5 37,5 36,6 5 Фракционный состав: - объемная доля испарившегося бензина при температуре: 70 °С (И70), %15-5035,5 37,0 46,5 33,5 27,5 32,0 33,5 42,0 31,5 28,5 100 °С (И100), %40-7088,5 68,5 69,5 69,0 66,5 86,0 62,5 65,5 69,5 63,5 150 °С (И150), %≥7599,0 99,0 99,6 99,5 99,0 99,0 99,0 99,5 99,5 99,5 - конец кипения, °С≤215112,0 115,0 139,5 114,0 130,5 113,5 114,5 136,0 113,0 135,5 - остаток в колбе, %≤2,01,01,00,40,51,0 1,01,0 0,50,50,5 6 Концентрация фактических смол, мг/100 см бензина ≤5≤2 7 Индукционный период, мин.≥360>360
8 Массовая доля серы, мг/кг≤105,09,09,06,05,0 5,09,0 8,05,06,0
9 Объемная доля бензола, %≤10,10,10,10,10,1 0,10,1 0,10,10,1
10 Массовая доля кислорода, %≤2,72,62,62,62,62,5 2,52,6 2,62,62,6
11 Объемная доля углеводородов, %:
– ароматических≤350,613,213,79,513,6 0,519,0 18,29,419,8
– олефиновых≤1814,513,115,315,514,5 14,614,7 15,415,514,5
12 Испытание на медной пластинкеКласс 1Класс 1
Необходимо отметить, что жесткие нормы по плотности и фракционному
составу, установленные в ГОСТ 32513, не являются общепринятыми во всех
странах, что также обеспечивает возможность производства экспортного
автомобильного бензина согласно приведенным рецептурам без ароматических
углеводородов.
Вовлечение ароматических углеводородов в состав топливных
композиций позволяет войти в полное соответствие с нормами по всем
показателям ГОСТ 32513 (образцы №2-5 и №7-10). Вместе с тем, наличие
ароматических соединений в составе бензина, как ни странно, несколько
снижает антидетонационную эффективность комплекса высокооктановых
компонентов (изоолефины+изооктан+ароматика+МТБЭ) по расчетному
показателю их октанового числа смешения. Как видно из таблицы 13, ОЧИ
смешения для образца №1, как и для образца №6 на 3,2-4,4 ед. выше, чем для
образцов №2 и №7. Более высокая антидетонационная эффективность в
безароматических образцах, вероятно, связана с тем же эффектом гиперусиления
детонационной стойкости изоолефиновых углеводородов в составе
низкооктановых базовых топлив парафинового основания. Однако, даже
несмотря на снижение ОЧИ смешения для образцов №2-5 и №7-10 их значения
все равно находятся на очень высоком уровне (120,9-125,0), что свидетельствует
о хорошей приемистости низкооктанового БГС к композиции добавок и является
потенциалом экономической эффективности предлагаемого технического
решения.
Помимо стандартных исследований физико-химических свойств были
проведены испытания двух опытных образцов (№6 и №10) бензина на
полноразмерном двигателе ВАЗ-2101 по стандарту СТО 110500301-059-2012 в
сравнении с товарным бензином марки АИ-95-К5. Результаты испытаний
приведены в таблице 5. Удельный расход топлива для опытных образцов бензина
составил 0,319-0,324 кг/кВт·ч, что практически не отличается от значения,
полученного для товарного бензина – 0,318-0,319. Несколько более высокий
расход топлива объясняется большим содержанием оксигената – МТБЭ и
отсутствием ароматических углеводородов в образце №6 в отличие от товарного
бензина, содержащего только 12,5% эфиров и значительное количество
ароматики. Показатели, характеризующие содержание монооксида углерода
(СО), несгоревших углеводородов (СН) и оксидов азота (NOx) в отработавших
газах, близки к аналогичным показателям для товарного бензина. Более высокое
содержание СН в образце №10 следует считать приемлемым, так как в
используемой стендовой установке отсутствует блок каталитической
нейтрализации отработавших газов. При включении подобной системы данные
показатели снизятся до допустимых значений.

Таблица 5 – Испытание образцов топлива на двигателе ВАЗ-2101
Наименование показателяЕдиницыТоварныйОпытный Опытный
измерениябензинобразец образец
АИ-95-K5№6№10
(сравнение)
Мощность при полной нагрузкекВт27,0 – 27,126,827,1
Минимальный удельный расход топливакг/кВт·ч0,318-0,3190,3240,319
Содержание СО в ОГ% об.1,3-1,51,11,3
Содержание СН в ОГppm89-9680110
Содержание NОх в ОГppm2112-211819802142

Исходя из близости значений, полученных для испытываемых образцов, и
показателей базового бензина АИ-95-К5, можно сделать вывод о нормальной,
устойчивой работе двигателя на предлагаемых топливных композициях.
Проведенные испытания позволили рекомендовать для производства
автомобильного бензина марок АИ-92 и АИ-95 экологического класса К5
топливную композицию, содержащую (% масс.):
БГС – 46-56
Изопентановая фракция – до 4
Ароматический компонент – до 20
МТБЭ – 14-15
Изоолефиновые углеводороды – 15-16
Изооктан – до 20
Таким образом предложена технологическая концепция, которая может
позволить организовать производство высокооктанового бензина на базе
газоперерабатывающихкомплексовсвовлечениемизоолефиновых
углеводородов, оксигенатов и изооктана собственного производства и покупных
ароматических углеводородов (рисунок 6).
Например, для самого мощного газоперерабатывающего предприятия
России – Амурского ГПЗ при проектной выработке до 1 млн т/год пропана, 500
тыс. т/год бутана и 200 тыс. т/год пентан-гексановой фракции, потенциал
производства товарного высокооктанового бензина составляет порядка 1 млн
т/год с использованием предложенных топливных композиций и технологии.
Рисунок 6 – Блок-схема получения высокооктанового бензина на базе ГПЗ с
вовлечением изоолефиновых углеводородов
В пятой главе представлены результаты разработки цифровой модели,
предназначенной для оценки основных свойств товарных автомобильных
бензинов (октановое число, плотность, давление насыщенных паров), исходя из
компонентного состава, а также для оценки комплексного показателя
эффективности топлива (ПЭТ) для двигателей разных конструкций. Приведены
результаты расчета ПЭТ разработанных составов автомобильного бензина на
основе газового сырья с вовлечением изоолефиновых углеводородов. Расчет
приведен для бензинового ДВС объемом 2,3 л с турбонаддувом при двух
режимах его работы (при ускорении и стабильных оборотах двигателя). В
качестве бензина сравнения выбраны бензины АИ-92-К5 и АИ-95-К5 типичного
состава и свойств. Полученные расчетные значения для разработанных составов
оказались несколько выше, чем для базовых бензинов, что означает, что
предлагаемые состав бензина обладает большей эффективностью при
эксплуатации на двигателе данной конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Получены результаты исследований влияния изоолефиновых углеводородов:
изооктена и изогексена на изменение детонационной стойкости основных
бензиновых компонентов и установлено, что антидетонационная эффективность
изоолефинов увеличивается в ряду: бензин каталитического риформинга < бензин каталитического крекинга < изомеризат < низкооктановая смесь «70». 2. Рассчитаны граничные значения антидетонационной эффективности изоолефиновых углеводородов при концентрации 20% масс. в основных бензиновых компонентах, выраженные в октановых числах смешения: изооктена ОЧИсм = 108-150, ОЧМсм = 92-136, изогексена ОЧИсм = 104-145, ОЧМсм = 83-122. 3. Впервые показан экстремальный характер зависимости ОЧМ смеси изооктена или изогексена с низкооктановой смесью «70» при добавлении не менее 50% масс. изоолефинов (эффект гиперусиления детонационной стойкости), что объясняется поглощением олефинами наиболее реактивных радикалов (∙OH, ∙O2H, ∙CH3, ∙H), приводящих к ускорению реакций горения, с образованием метастабильных аллилгидропероксидов, а также значительно более высокой скоростью реакций радикального отщепления водорода у олефиновых углеводородов по сравнению с парафиновыми. 4. Показано, что индукционный период изооктана при добавлении изоолефиновых углеводородов снижается экспоненциально, при этом установлены граничные значения концентрации изоолефинов при смешении с изооктаном, обеспечивающие величину индукционного периода смеси, соответствующую установленной норме (не ниже 360 мин.), которые составляют не более 50% масс. для изооктена и не более 10% масс. для изогексена. Добавление 0,1% масс. антиокислительной присадки 2,6-дитретбутил-4- метилфенол повышает индукционный период чистых изооктена и изогексена до уровня выше 1200 мин. 5. Предложена технологическая концепция, которая может позволить организоватьпроизводствовысокооктановогобензинанабазе газоперерабатывающихкомплексовсвовлечениемизоолефиновых углеводородов, оксигенатов и изооктана собственного производства и покупных ароматических углеводородов. Разработана и запатентована топливная композиция получения высокооктанового автомобильного бензина согласно предложенной концепции (патент РФ № 2740554) следующего состава (% масс.): БГС – 46-56, изопентановая фракция – до 4, ароматический компонент – до 20, МТБЭ – 14-15, изоолефиновые углеводороды – 15-16, изооктан – до 20. 6. Разработана цифровая модель для оценки основных эксплуатационных свойств топливных композиций автомобильного бензина различного состава, а также расчета комплексного показателя эффективности автомобильного бензина при работе на двигателях различных конструкций. Рекомендации. Результаты работы могут быть использованы для организации производства высокооктанового бензина на базе газоперерабатывающих предприятий. Перспективы дальнейшей разработки темы. Дальнейший научный интерес заключается в продолжении исследований эффекта гиперусиления детонационной стойкости при сочетании углеводородов различных классов, что позволит на практике повысить эффективность производства товарного автомобильного бензина. Автор выражает благодарность В.М. Капустину и Е.А. Чернышевой за поддержку на протяжении последних четырех лет. Также автор благодарит за помощь в проведении экспериментальных исследований Д.А. Потанина, Н.А. Климова, Н.С. Шведову и В.Д. Савеленко. Особенно автор хотел бы выразить благодарность своей семье за любовь и поддержку.