СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ Российский патент 2004 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к области исследования состава и свойств углеводородных топлив с использованием магнитооптических, рефрактометрических и денситометрических методов анализа, а именно, к определению октанового, цетанового числа топлив и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для контроля качества бензинов, дизельных топлив, керосинов и других светлых нефтепродуктов при их производстве на потоке.

Известен способ определения октанового числа (ОЧ) бензинов по моторному (ГОСТ 511) и исследовательскому (ГОСТ 8226) методам на установке УИТ-85, где измеряется детонация сжигаемого топлива в цилиндре двигателя, предварительно калиброванного на эталонных смесях н-гептана (ОЧ=0) и изооктана (ОЧ=100). Смеси изооктана и н-гептана имеют различную детонационную стойкость, характеризуемую октановыми числами (ОЧ), равными объемному содержанию изооктана (об. %) в смеси. Исследовательский метод отражает антидетонационные свойства бензинов при работе двигателя в условиях неполной нагрузки (300 об/мин), а моторный метод - антидетонационные свойства в полноразмерном двигателе (600 об/мин). Численная разница в ОЧ по этим двум методам характеризует чувствительность бензина, которая тем выше, чем больше ароматических и непредельных углеводородов содержится в бензине.

Процедуры измерения ОЧ, регламентируемые данными способами, трудоемки, продолжительны по времени и не могут быть использованы для экспресс-контроля ОЧ бензинов непосредственно в технологическом процессе. Проведение измерений требует значительных количеств бензина.

Известен способ определения цетанового числа ЦЧ, характеризующего воспламеняемость дизельных топлив (ГОСТ 3122). В качестве эталонов для его определения используют цетан (н-гексадекан), ЦЧ которого принято за 100 и α-метилнафталин, ЦЧ которого принято за 0. ЦЧ численно равно содержанию цетана (об.%) в такой смеси цетана с α-метилнафталином, которая в стандартных условиях испытания равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу. ЦЧ определяется на установках типа ИТ9-3М или ИДТ-69. Измерение происходит по методу совпадения вспышек при изменении степени сжатия. Чем выше ЦЧ дизельного топлива, тем лучше его пусковые свойства и больше полнота сгорания. С увеличением содержания ароматических углеводородов в дизельном топливе ЦЧ падает.

Недостатками данного арбитражного способа определения ЦЧ являются трудоемкость и значительная протяженность процесса измерения во времени, что ограничивает использование его непосредственно в технологическом процессе. Согласно имеющимся расценкам центральных аттестованных испытательных лабораторий нефтепродуктов, определение ЦЧ по методу совпадения вспышек - один из самых дорогостоящих по затратам показатель из всех показателей качества автомобильных бензинов и дизельных топлив.

Наиболее близким предлагаемому способу среди известных интегральных физических методов является способ определения характеристик детонационной стойкости топлив ОЧ и ЦЧ, в котором первично измеряемая характеристика образца представляет собой не спектр или хроматограмму, а единственную численную электрооптическую характеристику - показатель преломления n20D

или диэлектрическую проницаемость ε, которые связаны между собой известным соотношением Максвелла, имеющем для неферромагнитных и неполярных веществ вид n= (Скворцов Б.В. Электрофизические устройства контроля качества углеводородных топлив. - Самара: СГАУ им. С.П.Королева. 2000, 264 с.). Этот способ определения ОЧ и ЦЧ реализуют следующим образом. Берут набор образцов бензинов или дизельных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости ОЧ и ЦЧ, соответственно, проводят измерения их показателей преломления n20D или диэлектрических проницаемостей ε, получают градуировочные соотношения ОЧ=f(n20D) или ОЧ=f(ε) и ЦЧ=f(n20D) или ЦЧ=f(ε) в зависимости от измеряемой физической характеристики n20D или ε. Затем проводят измерение n20D или ε образца топлива с неизвестной характеристикой детонационной стойкости и по полученным градуировочным соотношениям определяют ОЧ или ЦЧ. На этом принципе основан октанометр СВП 1.00.000. с дополнительной программой определения ЦЧ (номер по Госреестру 16464-97, сертификат №2865 от 10.06.97 г.) с диапазоном определения ОЧ=66-98 и ЦЧ=30-60. Способ использует известные корреляционные зависимости диэлектрической проницаемости от содержания в нефтепродуктах ароматических соединений, наличие которых в бензинах повышает их ОЧ и, наоборот, наличие которых в дизельных топливах способствует снижению воспламенительных свойств и, соответственно, ЦЧ. В октанометре предусмотрена температурная корректировка измерений по плотности.

Недостатками известного способа являются: ограниченность описания ОЧ и ЦЧ, являющихся функцией углеводородного состава (содержание парафинов, нафтенов, непредельных и ароматических углеводородов), единственной характеристикой углеводородных топлив - показателем преломления n (или диэлектрической проницаемостью ε) и, как следствие, непостоянство вида градуировочного соотношения и низкая точность определения ОЧ и ЦЧ при смене сырья, используемого при компаундировании бензинов и дизельных топлив. Кроме того, недостатком является и неоднозначность определения ОЧ бензинов с ОЧ более 85 единиц по моторному методу и ЦЧ дизельных топлив с ЦЧ более 55 ед. Неэффективность n или ε в указанном способе определения характеристик детонационной стойкости проявляется также в том, что дизельное топливо с ЦЧ=45-50 ед., измеренное в режиме "определения ОЧ бензинов", ошибочно может быть идентифицировано как высокооктановый бензин.

Задачей изобретения является разработка универсального и более точного способа определения ОЧ и ЦЧ углеводородных топлив.

Поставленная задача решается способом определения характеристик детонационной стойкости углеводородных топлив, включающим измерение электрооптических характеристик - показателя преломления n или диэлектрической проницаемости ε углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости, последующую статистическую обработку результатов и измерение n или ε исследуемого углеводородного топлива. Причем для углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости и исследуемых топлив дополнительно измеряют величину линейного магнитного двулучепреломления, выраженную относительно магнитного двулучепреломления индивидуального бензола - магнитооптический бензольный индекс BIN, получают градуировочное соотношение - Q=А+B·BIN+С·n или Q=А+B·BIN+С·, где Q - октановое или цетановое число топлива, А, В, С - градуировочные постоянные, и по полученному градуировочному соотношению определяют октановое или цетановое число.

Поскольку бензольный индекс BIN в чистом виде отражает содержание только ароматических соединений в нефтепродукте, то показателю преломления n20D

, используемому в паре с BIN, остается "отслеживание" изменений во фракционном составе парафино-нафтеновой части нефтепродуктов.

На фиг.1 представлена номограмма для определения МОЧ бензинов, фиг.2 - номограмма для определения ЦЧ дизельных топлив.

Пример определения октанового числа (МОЧ).

Для получения корреляционного соотношения, связывающего бензольный индекс BIN и показатель преломления n20D

с МОЧ бензинов были использованы сертифицированные образцы бензинов А-76, предоставленные ВНИИУС (г. Казань) и образцы продукции Киришинефтеоргсинтез (OOO "КИНЕФ") - фракция 62-105°С (МОЧ 60-62), рафинат ароматики (МОЧ 60), образцы товарных бензинов марки А-76 "З" (МОЧ 76,2) и АИ-92 (МОЧ 84). Были измерены их магнитооптические бензольные индексы BIN и показатели преломления . Определение BIN проводили на установке, аналогичной описанной в (Свидетельство на полезную модель №16203, Бюл. №34, 2000). Показатели преломления измеряли на рефрактометре ИРФ-23 на D-линии Na при 20°С. Совместной статистической обработкой МОЧ_i, BIN_i и n_D20i всех образцов по зависимости

получены градуировочные коэффициенты A₁, B₁ и C₁, на основании чего была построена номограмма для определения МОЧ бензинов (фиг.1), представляющая собой сетку изолиний с различными МОЧ. Для определения МОЧ бензина с неизвестной характеристикой детонационной стойкости измеряют его BIN и n20D

, затем расчетом по соотношению (1) или графически по номограмме (фиг.1) определяют МОЧ.

Пример определения цетанового числа.

Для получения корреляционного соотношения, связывающего магнитооптический бензольный индекс BIN и показатель преломления n20D

дизельного топлива с величиной ЦЧ, использованы 10 образцов дизельного топлива марок ДЛЭЧ, ДТЗ и ДЗП, произведенных Киришинефтеоргсинтез (OOO "КИНЕФ") и сертифицированных по величинам ЦЧ. На основании статистической обработки данных ЦЧ_i, BIN_i и n_D20i образцов, используя соотношение

получены коэффициенты уравнения регрессии А₂, В₂, С₂ и построена номограмма (фиг.2), на которой в координатах BIN - n20D

нанесены изолинии ЦЧ. Для определения ЦЧ неизвестного дизельного топлива проводят измерения его BIN и n20D, затем по соотношению (2) или номограмме (фиг.1) проводят определение ЦЧ. Быстрота определения BIN и n20D позволяет существенно повысить оперативность определения эксплуатационных свойств нефтепродуктов непосредственно на потоке.

Введение BIN в качестве параметра, характеризующего содержание ароматических углеводородов в нефтепродукте, позволяет существенно повысить точность определения ОЧ и ЦЧ по сравнению с известным способом определения характеристик детонационной стойкости по показателю преломления или диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает измерение электрооптических характеристик - показателя преломления n или диэлектрической проницаемости ε углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости, последующую статистическую обработку результатов и измерение n или ε исследуемого углеводородного топлива. Для углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости и исследуемых топлив дополнительно измеряют величину линейного магнитного двулучепреломления, выраженную относительно магнитного двулучепреломления индивидуального бензола - магнитооптический бензольный индекс, и по градуировочному соотношению определяют октановое или цетановое число. Технический результат - повышение надежности и экономичности оптической системы. 2 ил.

Способ определения характеристик детонационной стойкости углеводородных топлив, включающий измерение электрооптических характеристик - показателя преломления n или диэлектрической проницаемости ε углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости, последующую статистическую обработку результатов и измерение n или ε исследуемого углеводородного топлива, отличающийся тем, что для углеводородных топлив с известными характеристиками детонационной стойкости и исследуемых топлив дополнительно измеряют величину линейного магнитного двулучепреломления, выраженную относительно магнитного двулучепреломления индивидуального бензола - магнитооптический бензольный индекс BIN, получают градуировочное соотношение - Q=А+B·BIN+С·n или Q=А+B·BIN+С·, где Q - октановое или цетановое число топлива, А, В, С - градуировочные постоянные, и по полученному градуировочному соотношению определяют октановое или цетановое число.