Разработка технологии и подбор эффективных октаноповышающих добавок для производства высококачественного товарного бензина

1.

Выпускная квалификационная работа
Разработка технологии и подбор эффективных
октаноповышающих добавок для производства
высококачественного товарного бензина
Меркулова Ксения Евгеньевна
группа ХТ-21
Самарский государственный технический университет
Кафедра «Химическая технология»
Научный руководитель
доцент каф. «Химическая технология», к.х.н. Мальцева
А.В.

2.

Проблема
Современные двигатели внутреннего сгорания,
особенно форсированные имеют повышенную
степень сжатия , что позволяет увеличить их
мощность и топливную эффективность. Однако
такой конструктивный подход предъявляет
жёсткие требования к качеству топлива .
Бензин с недостаточным октановым числом не
обеспечивает необходимую детонационную
стойкость, что приводит к самовоспламенению
топливно-воздушной смеси , появлению
детонации , перегреву двигателя и повреждению
его компонентов
Общий объем производства
автобензина, млн тонн
38.4 млн тонн
Доля автобензина в общем объеме, %
АИ-80
АИ-92
АИ-95
АИ-98
1.7%
62.6%
34.6%
1.2%
2
Экологические ограничения на использование
некоторых октаноповышающих добавок.
Некоторые октаноповышающие добавки
обладают высокой токсичностью и негативно
влияют на окружающую среду и здоровье
человека. Их применение приводит к
загрязнению атмосферы, почвы и водоёмов, а
также нарушает работу систем снижения
токсичности выхлопных газов в автомобилях.
В связи с этим международные стандарты и
экологические нормы предусматривают
постепенный отказ от использования таких
присадок или строгий контроль за их
применением, что требует разработки
безопасных и эффективных альтернатив.
Объемы производства
автобензинов в России

3.

Цели и задачи
Цель: Разработка технологии и подбор эффективных октаноповышающих добавок
для производства высококачественного товарного бензина с использованием как
синтезированного изопропилбензола, так и коммерческих присадок (Aplidium-4, Aplidium
Евро 5, Element M) .
Задачи:
Анализ современных октаноповышающих присадок.
Синтез и исследование эффективности изопропилбензола как
потенциальной присадки.
Проведение сравнительных испытаний коммерческих присадок;
Оценка экономической целесообразности их применения.
3

4.

Алкилирование бензола изопропиловым
спиртом
Общий вид реакции электрофильного ароматического замещения
(SEAr) бензола
Механизм реакции электрофильного ароматического замещения
(SEAr) бензола
Основная реакция синтеза
4

5.

Экспериментальная часть
Количества вещества, необходимых для синтеза
Формула
H2SO4
Количество
веществ по
методике
Количество веществ
в пересчете на
заданное количество
(практический
расчет)
Количество
веществ по
уравнению
реакции
(теоретический
расчет)
Избыток
(недостаток)
Примечание
г
мл
мол
ь
г
мл
моль
г
моль
г
%
50
56,9
0,64
100
113,8
1,28
50
0,64
50
50
19
24,2
0,32
38
48,4
0,64
38
0,64
0
0
690,
8
400
7,04
1381,6
800
14,08
В
недостатке
5

6.

Методика приготовления изопропилбензола
6

7.

7
Методика приготовления изопропилбензола
Компоненты
Время
удерживания, мин
Масса, %
Бензол
13,165
0,169
Толуол
29,321
0,102
n-пропилбензол
56,413
10,378
i-пропилбензол
56,607
75,826
3,6-диметилгексан
56,811
8,385
1,4-диизопропилбензол
79,553
5,140
ИТОГО
100

8.

Методы исследования полученных композиций
Значение ОЧ прямогонной бензиновой фракции «нк-140»
Прибор для определения
ОЧ
Хроматограф «Кристалл5000»
Исследовательский метод
69,5
Моторный метод
Значение ОЧ прямогонной бензиновой фракции «нк-140»
с добавкой 2,5 % изопропилбензола.
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Прямогонная бензиновая
фракция нк-140
66,5
63,7
84,7
78,4
18,2
14,7
68,9
Октанометр SX-300
66,5
63,7
Прямогонная бензиновая
фракция нк-140 с
добавкой 2,5% кумола
Среднее значение
68,0
66,3
Прирост значения
8

9.

Анализ свойств бензина с использованием
промышленных добавок
Значение ОЧ базового бензина с добавкой 2,5 % Aplidium 4
Значение октанового числа базового бензина
Группа
Исследовательский
метод
Моторный метод
Парафины
12,805
15,576
Изопарафины
24,511
24,549
Ароматика
15,423
12,719
Нафтены
17,406
12,556
Олефины
2,635
2,172
Оксигенаты
0,028
0,026
Неидентифицированны
е
0,153
0,144
Итого
72,961
67,743
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с
добавкой 2,5 % Aplidium 4
91,7
82,8
Прирост значения
18,74
15,06
Значение ОЧ базового бензина с добавкой 2,5 % Aplidium Евро 5
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с
добавкой 2,5 % Aplidium
Евро 5
91,2
82,6
Прирост значения
18,24
14,86
Значение ОЧ базового бензина с добавкой Element M 5%
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с добавкой
Element M 5%
96,2
86,2
Прирост значения
23,24
18,46
9

10.

Анализ свойств бензина с использованием
промышленных добавок
Значение ОЧ базового бензина с добавкой Element M 15%
Образец
Исследовательский
метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с
добавкой Element M
15%
77,36
70,38
Прирост значения
4,4
2,64
Значение ОЧ базового бензина с добавкой Aplidium Евро 5 2,5 %
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с добавкой
APLIDIUM 2,5%
73,36
68,45
Прирост значения
0,4
0,71
Значение ОЧ базового бензина с добавкой Element M 10%
Значение ОЧ базового бензина с добавкой Aplidium - 4 2,5 %
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Образец
Исследовательский метод
Моторный метод
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин
72,96
67,74
Базовый бензин с добавкой
Element M-4 (10%)
76,66
70,42
Базовый бензин с добавкой
72,65
APLIDIUM-4 2,5%
67,93
Прирост значения
3,7
2,68
Прирост значения
0,19
0,31
10

11.

11
8
Анализ полученных экспериментальных результатов
Присадка
Масс, %
Исходное
топливо
Октановое
число (RON) до
добавки,
Октановое
число (RON)
после добавки,
Прирост ОЧ
(RON)
Октановое
число (MON) до
добавки
Октановое
число (MON)
после добавки
Прирост ОЧ
(MON)
Изопропилбензол (кумол)
2,5
НК–140
66,5
84,7
+18,2
63,7
78,4
+14,7
Aplidium - 4
2,5
Базовый бензин
72,96
91,7
+18,74
67,74
82,8
+15,06
Aplidium Евро 5
2,5
Базовый бензин
72,96
91,2
+18,24
67,74
82,6
+14,86
Element M
5
Базовый бензин
72,96
96,2
+23,24
67,74
86,2
+18,46
Element M
15
Базовый бензин
72,96
77,36
+4,4
67,74
70,38
+2,64
Element М
10
Базовый бензин
72,96
76,66
+3,7
67,74
70,42
+2,68
Aplidium Евро 5
2,5
Базовый бензин
72,96
73,36
+0,4
67,74
68,45
+0,71
Aplidium - 4
2,5
Базовый бензин
72,96
72,65
+0,31
67,74
67,93
+0,19

12.

Экономическая часть
Рисунок - Основные российские
производители добавок
12
9

13.

Экономическая часть
Исходные данные для экономического анализа
13
Сравнительная экономическая эффективность.
Показатель
Значение
Объём производства бензина
1.5 млн тонн/год
Себестоимость чистого бензина
30 000 руб/т
Цена МТБЭ
75 000 руб/т
Цена ЭТБЭ
85 000 руб/т
Цена кумола
63 000 руб/т
Цена Aplidium - 4
300 000 руб/т
Цена Aplidium Евро 5
300 000 руб/т
Цена Element M
85 000 руб/т
Рыночная цена бензина
60 000 руб/т
Затраты на смешивание
500 руб/т
Показатель
МТБЭ
ЭТБЭ
Кумол
Aplidium 4
Aplidium
Евро 5
Eement
M
Объём добавки,
тонн
105 000
135 000
120 000
18 000
15 000
135 000
Затраты, млрд
руб
50,475
53,175
49,710
50,610
49,800
54,025
Доход, млрд руб
90,000
90,000
90,000
90,000
90,000
90,000
Прибыль, млрд
руб
39,525
36,825
40,290
39,390
40,200
35,975

14.

Охрана труда и окружающей среды
Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при
проведении научно-исследовательской работы
Обеспечение безопасных условий труда
Мероприятия по производственной санитарии и гигиене
труда
Средства индивидуальной защиты
Противопожарные мероприятия
14

15.

Выводы
• Были подобраны и исследованы эффективные октаноповышающие добавки для производства
высококачественного товарного бензина. Разработаны рецептуры с использованием как
синтезированного изопропилбензола (кумола), так и промышленных присадок — Aplidium 4,
Aplidium Евро 5 и Element M.
• Были проведены экспериментальные исследования, в результате которых были установлены
антидетонационные свойства различных присадок и их влияние на октановое число бензиновых
фракций. Установлено, что наибольший прирост октанового числа наблюдается при
использовании присадки Element M в концентрации 5%, а также добавок Aplidium 4 и Aplidium
Евро 5 в дозировке 2,5% масс. Также было выявлено, что кумол обладает выраженным
октаноповышающим эффектом и может быть рекомендован в качестве экономически выгодной
альтернативы импортным присадкам.
• В экономической части был рассмотрен обзор Российского рынка, составлен SWOT - анализ
предприятия и рассчитана экономическая эффективность продукции.
• В разделе охраны труда были изучены инструкции по работе в химической лаборатории,
применяемые средства индивидуальной защиты и разработаны противопожарные мероприятия.
15

16.

Спасибо за внимание!