научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ГРУППОВОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТАВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ НА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ГРУППОВОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТАВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ НА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА»

НЕФТЕХИМИЯ, 2014, том 54, № 6, с. 478-484

УДК 662.754

ВЛИЯНИЕ ГРУППОВОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТАВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ НА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА © 2014 г. Л. В. Иванова, В. Н. Кошелев, Е. А. Буров

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина E-mail: ivanova.l@gubkin.ru, burov_egor48@mail.ru Поступила в редакцию 30.04.2014 г.

Рассмотрено влияние различных групп углеводородов (УВ), входящих в состав дизельных топлив (ДТ), на физико-химические и эксплуатационные свойства последних. Оцениваемые показатели: цетановое число (ЦЧ), цетановый индекс, дизельный индекс, температура застывания, предельная температура фильтруемости (ПТФ). Показано, что групповой углеводородный состав, отражающий только содержание аренов и парафино-нафтеновых УВ, дает недостаточную информацию для прогнозирования эксплуатационных свойств топлив. Более детальное исследование УВ-состава каждой группы соединений — соотношение моно-, би-, полициклических аренов, содержание и соотношение высоко- и низкозастывающих н-алканов и изоалканов — позволило выявить влияние каждой из них на отдельные показатели топлива.

Ключевые слова: дизельное топливо, эксплуатационные свойства, низкотемпературные свойства, групповой углеводородный состав.

Б01: 10.7868/80028242114060069

В 2008 г. на территории России введен новый топливный регламент, согласно которому все основные показатели качества топлив, в частности дизельного, были существенно изменены в сторону ужесточения требований по сравнению с ГОСТ 305-82. Данный регламент по многим показателям согласуется с нормативами Европейских стандартов, в частности, БМ 590 : 2009 [1]. Для выпуска ДТ класса 3 и выше его ЦЧ должно быть не менее 51 единицы, а содержание серы резко снижено с 350 ррт для класса 3 до 50 и 10 ррт для классов 4 и 5 соответственно.

Увеличение ЦЧ с 45, до 51 (старый ГОСТ 305-82 продолжает действовать для спецтехники), с одной стороны, вызвано нововведениями в топливной системе дизельного двигателя с целью радикального снижения вредных выбросов за счет более полного сгорания рабочей смеси. С другой стороны, считается, что топлива с высокими ЦЧ поддерживают мягкое горение и способствуют снижению дымности отработанных газов, особенно при низких температурах окружающей среды [1, 2]. К тому же ДТ с высоким ЦЧ обладает лучшими пусковыми характеристиками. Показатель "ЦЧ" для этих топлив — величина аддитивная и зависит от соотношения УВ различных классов в составе топлива. Достичь установленных показателей по ЦЧ можно, оптимизируя углеводородный состав топлива. Однако на данный момент это не всегда

возможно технологически, поэтому на практике данная задача решается за счет введения в состав ДТ присадки, повышающей цетановое число.

Наряду с показателем "ЦЧ" применяются такие расчетные показатели, как "цетановый индекс" и "дизельный индекс". Цетановый индекс, рассчитывается по уравнению с четырьмя переменными и служит средством оценки ЦЧ дистил-лятных топлив по плотности и температурам выхода продуктов дистилляции (10, 50 и 90%). Дизельный индекс связывает воспламеняемость топлива с его анилиновой точкой и удельным весом.

Другие важные эксплуатационные характеристики ДТ — его низкотемпературные свойства: ПТФ, температура застывания (ТЗ), температура помутнения (Тп). Наиболее важным среди перечисленных показателей является ПТФ — минимальная температура, при которой заданный объем топлива прокачивается через фильтр за определенный промежуток времени (ГОСТ 22254-92, Л8ТМ Э6371) [6]. Ухудшение низкотемпературных свойств напрямую связано с групповым углеводородным составом и прежде всего, содержанием н-алканов в составе топлива. Задача достижения нормативных показателей по показателям ПТФ и ТЗ решается за счет удаления н-алканов из топлива, что приводит к снижению объемов вырабатываемых топлив, либо введением депрес-сорных присадок [7, 8, 9]. Современные способы

Таблица 1. Физико-химические характеристики дизельных топлив сорта С и Е

№ Наименование показателей Топливо

п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Цетановое число 50.0 51.0 50.5 49.5 52.0 54.0 53.0 47.0 51.5

2 Цетановый индекс 52.6 54.5 51.5 53.7 53.4 55.4 56.6 50.7 52.6

3 Дизельный индекс 41.8 41.3 42.7 41.1 41.6 44.1 43.9 39.7 41.9

4 Плотность при 15°С, кг/м3 841 837 819 841 831 832 830 833 830

5 Массовая доля серы, мг/кг 9 9 88 29 4 13 17 245 13

6 Кинематическая вязкость при 40°С, мм2/с (сСт) 3.18 3.08 2.05 3.21 2.66 2.92 3.02 2.42 2.53

7 Фракционный состав:

при 250°С, об. % 26.0 27.0 55.4 23.1 39.5 32.5 28.9 43.8 41.0

при 350°С, об. % 94.3 94.9 — 95.1 95.0 95.4 96.0 95.4 96.6

95 об. % 353.6 350.2 338.7 349.4 349.9 348.7 346.5 348.8 344.7

8 Температура застывания, °С — 10 —16 — 16 —14 —10 —12 —13 —7 —12

9 Температура помутнения, °С —4 —6 — 10 —5 —4 —5 —4 —4 —5

10 ПТФ, °С —6 —8 — 13 —6 —6 —8 —7 —5 —9

улучшения низкотемпературных характеристик ДТ при сохранении ресурсов и повышении их качества — каталитическая депарафинизация и гидрокрекинг, способные регулировать групповой углеводородный состав [10, 11].

Цель данной работы — оценка влияния группового углеводородного состава ДТ на его эксплуатационные характеристики.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ЦЧ определяли по ГОСТ 3122-67. Цетановый индекс вычисляли по уравнению с четырьмя переменными по ASTM D4737-10. Дизельный индекс рассчитывали по известным значениям плотности топлива и его анилиновой точки. Содержание серы определяли на приборе "Спектро-скан S" по ГОСТ Р 52660-2006, фракционный состав — на аппарате микродистилляции "PMD 110" по ГОСТ 2177-99. Измерение температуры помутнения и застывания проводили на аппарате ЛАЗ-1М, а измерения предельной температуры фильтруемо-сти - на аппарате АТФ-01 по ГОСТ 22254-92. Смазывающие свойства определяли на анализаторе смазывающей способности ДТ "PСS Instruments HFRR" по ГОСТ Р ИСО 12156-1-2006. Молекуляр-но-массовое распределение (ММР) н-алканов — с помощью газо-жидкостного хроматографа Кри-сталлюкс-4000М с использованием кварцевой капиллярной колонки (l = 25 м, диаметр 0.24 мм, неподвижная фаза SE-30, условия программирования температур). Относительное содержание н-алканов рассчитывали методом внутренней

нормализации. Групповой химический состав определяли на высокоэффективном жидкостном хроматографе Breeze Waters 2414 с рефрактометрическим детектором и колонкой с аминофазой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведено сравнение 9 летних базовых ДТ, не содержащих присадок, с крупных НПЗ, расположенных на Европейской части России и принадлежащих разным нефтяным компаниям. В табл. 1 представлены их физико-химические характеристики. Как видно из таблицы, несмотря на то, что основным сырьевым ресурсом для большинства крупных НПЗ Европейской части России является Западно-Сибирская нефтяная смесь, наблюдаются заметные различия в физико-химических показателях топлив, вырабатываемых этими заводами, что связано с дополнительным включением в схему переработки нефтей с близлежащих месторождений. Так, наибольшее ЦЧ наблюдается у топлив 6 и 7 (54 и 53 единицы, соответственно), наименьшее — у топлива 8 (47). По содержанию серы также имеются существенные различия. Образцы топлив 3 и 8 по содержанию серы относятся к виду I (класс 3), образцы 4, 6, 7, 9 к виду II (класс 4); все остальные образцы — вид Ш (класс 5). Образец 3 — единственное из рассмотренных топлив, которое по низкотемпературным характеристикам относится к сорту E, все остальные 8 образцов топлива — к сорту С.

Заметные отличия наблюдаются и в низкотемпературных свойствах рассматриваемых топлив.

Таблица 2. Групповой химический состав дизельных топлив и относительное содержание и распределение н-ал-канов

№ Показатель Топливо

п/п 1 2 4 5 6 7 8 9

1 Парафино-нафтеновые углеводороды, % (ВЖХ) 63.53 60.93 58.97 63.90 69.17 70.34 57.39 63.03

2 Арены моно- 24.23 29.89 27.81 32.40 25.13 24.45 29.75 30.77

би- 11.00 8.48 11.98 3.43 5.29 4.73 11.03 5.83

поли- 1.23 0.69 1.24 0.27 0.41 0.48 1.84 0.37

3 Е Аренов би- и поли- 12.23 9.17 13.22 3.70 5.70 5.21 12.87 6.20

4 Е Аренов 36.46 39.06 41.03 36.10 30.83 29.66 42.62 36.97

5 Содержание н-алканов, % (ГЖХ) 13.5 10.9 14.7 9.1 14.2 12.0 10.55 10.9

6 Число атомов "С" в УВ цепи C10 С24 C10 C24 C11 C24 C10 C24 C10 C23 C10 C24 C9 C24 C9 C24

7 Е до С15, % (низкоплавкие) 6.5 5.1 7.0 5.2 7.0 6.0 5.25 5.7

8 Е С16-С21, % (среднеплавкие) 6.0 5.3 6.7 3.1 6.7 5.2 4.45 4.5

9 Е С22 и выше, % (высокоплавкие) 1 0.5 1 0.8 0.5 0.8 0.85 0.7

10 Е С16 и выше, % (среднеплав-кие и высокоплавкие) 7.0 5.8 7.7 3.9 7.2 6.0 5.3 5.2

11 К = Е С22 >/Е < С15 0.154 0.098 0.143 0.154 0.071 0.133 0.162 0.123

12 К2 = Е С22 >/Ен-алканов 0.074 0.046 0.068 0.088 0.035 0.067 0.080 0.064

13 Изопренаны, % 4.4 3.4 4.85 3.5 5.1 3.3 2.55 2.9

Несмотря на то, что все топлива относятся к летним сортам, диапазон колебаний в показателях температуры застывания составляет 9°С: от —7°С (топливо 8) до —16°С (топлива 2 и 3), температуры предельной фильтруемости 8°С: от —5°C до —13°C у топлив 8 и 3, соответственно. Топливо 3 отличается "облегченным" составом, как видно из данных фракционной разгонки этого топлива.

Было установлено [9], что для получения сортовых топлив фракционный состав является главный фактором, оказывающим влияние, как на основные физико-химические характеристики, так и на эффективность действия присадок, в частности, депрессорных и депрессорно-диспер-гирующих. Считается, что виды топлив с нормальным и широким диапазоном выкипания (разница между значениями температур выкипания 90% и 20% фракции составляет 100°С и более) обеспечивают хорошую приемистость депрессор-ной присадки в топливе, а в топливах узкого фракционного состава (разница между значениями температур выкипания менее 100°С) эффективность присадок значительно снижается [12]. Пределы кипения фракции указывают на характер распределения УВ по молекулярной массе и длине цепи. Верхний предел выкипания (95 об. %) для

большинства рассмотренных топлив около 350°С. Это позволяет предположить, что различия в наблюдаемых эксплуатационных характеристиках топлив вызваны, прежде всего, в

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком