СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНОВ Российский патент 2006 года по МПК C10G15/08 C10G32/02 C10L1/00 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для повышения детонационной стойкости моторных топлив.

Известно, что чем более разветвлена структура углеводородов в бензинах и чем больше в них циклических соединений, тем выше их детонационная стойкость, которую характеризуют октановым числом - сравнением с характеристиками эталонной жидкости, смесью изооктана (2,2,4-триметилпентан) с н-гептаном.

Традиционные способы повышения детонационной стойкости (каталитический риформинг) [1] требуют либо громоздкого и дорогостоящего оборудования, либо наличия присадок, что и определяет повышенную стоимость высокооктановых топлив, по сравнению с низкооктановыми.

Известен способ [2] обработки нефти и нефтепродуктов, заключающийся в воздействии на нефтепродукты ультразвуковым полем (частотой ˜1 МГц), мощностью от 0.1 до 150 КВт/см². Такое воздействие создает за счет поглощения тепла в точках повышения давления при распространении волны зоны повышенной температуры, в которых в силу меньшей скорости теплопроводности по сравнению со звуковой может происходить укорочение углеводородных цепочек. Такие изменения в углеводородном составе могут, в принципе, приводить к повышению детонационной стойкости, однако процесс слабо контролируем и, в основном, все же ведет к понижению вязкости нефти и нефтепродуктов. К тому же длительное использование ультразвукового генератора с такой выходной мощностью почти наверняка приведет к выходу из строя сопутствующего оборудования и небезопасно для персонала.

Известен также способ [3] повышения октанового числа прямогонных бензинов, заключающийся в воздействии на бензин с водным раствором спирта ступенчатой кавитацией. Принцип повышения октанового числа аналогичен предыдущему примеру - локальный разогрев, только источником локального повышения температуры является кавитация. Ультразвуковое воздействие на бензин с водным раствором спирта приводит к образованию кавитационных пузырьков, внутри которых при высоких давлениях и температурах могут осуществляться пиролитические реакции. Авторы предполагают контролировать процесс изменением ультразвукового поля, однако не приводят данных о результатах такой регуляции, как, впрочем, и о результатах применения такого способа. К тому же способ предполагает довольно громоздкую схему работы, включающую рекуперативные теплообменники, холодильники, эжекторы и сепараторы. Собственно кавитатор представляет ультразвуковой генератор, в котором ультразвук создается за счет сверхвысоких скоростей вращения центробежного насоса со специальными насадками, требующего при эксплуатации особого внимания и мер предосторожности, существенно затрудняющих управление процессом изменения генерации режима кавитации. Ко всему прочему все упомянутые способы требуют значительных энергозатрат на производство единицы продукции, что не ведет к повышению их конкурентноспособности по сравнению с традиционными.

Предлагаемый нами способ повышения октанового числа устраняет вышеуказанные недостатки и направлен на уменьшение затрат и повышение эффективности облагораживания бензинов. Предлагаемый способ повышения детонационной стойкости топлив основан на воздействии на топливо собственного спонтанного электромагнитного излучения, преобразованного в киральной среде с предварительной подсветкой маломощным лазером (L=890 nm, P=1 Wt) no схеме Фиг.1. Такая обработка инициирует за счет резонансного интеркомбинационного поглощения процессы спинового катализа реакций углеводородов, аналогичных происходящим при каталитическом риформинге. Однако весь процесс происходит при комнатной температуре. Детонационная стойкость повышается при этом на десять и более единиц.

Устройство, реализующее предложенный способ, представляет собой оптическую систему каскадного типа. Каждый каскад представляет собой киральный объект, в основе которого оптические киральные сборки, аналогичные описанным в [4]. Световодные сборки и квазифрактальные дифрешетки, составляющие основу устройства киральных систем, обладают свойствами фотонного кристалла. Особенностью таких объектов является способность менять физико-химические свойства обрабатываемой жидкости при пропускании последней через объект.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена блок-схема каскада по реализации способа.

На фиг.2 - характерный состав ароматики до обработки бензина по данным оптической хроматографии в УФ диапазоне.

Хроматограмма исходного бензина АИ-80. 1-безол, 2-толуол, 5- м- и - n-ксилолы, 7,8,9-метил-этилбензолы. Таблица пиков:

Таблица 1НаименованиеПлощадь абс% содержания1.бензол22.015.062.толуол119.3227.415. м и п-ксилолы106.7524.52

На фиг.3 - характерные изменения в углеводородном составе после обработки по данным оптической хроматографии в УФ диапазоне.

Хроматограмма образца 2. 1-безол, 2-толуол, 5- м- и -n-ксилолы, 7,8,9-метил- этилбензолы. Таблица пиков

Октановое чило по м-, n-ксилолам - 97+-2

Таблица 2НаименованиеПлощадь абс% содержания1. бензол24.452.892. толуол190.2122.513. м и п-ксилолы224.1126.53

На фиг.4 - Таблица 3 - фрагменты сравнительных данных газовой хроматографии до и после обработки.

Способ осуществляется следующим образом.

Низкооктановый бензин 4 из резервуара 8 прогоняется с помощью насоса (на Фиг.1. не обозначен) по кварцевой трубе 7. Перед попаданием непосредственно в рабочую область кирального объекта происходит прогонка через участок трубы, которая подсвечивается излучением маломощного лазера 1, работающего в ИК диапазоне, излучение которого пропускается через специально подготовленный киральный объект 2 для создание решетки поляризации, обеспечивая накачку колебательных переходов в жидкости. Дальше бензин прогоняется под ускорением сквозь киральный объект 6, обеспечивающий электронные переходы в видимой и УФ области для инициации спинового катализа. С целью повышения области обработки жидкость прогоняется в распыленном виде. Обработанный бензин 5 уходит в емкость для хранения 3 и на рекуперацию (на Фиг.1 не обозначена).

Степень воздействия можно провести из следующих качественных оценок. Попадающее в киральный объект излучение при комнатной температуре имеет максимум интенсивности на частотах ˜10¹³ Гц, суммарная мощность порядка микроватта. В этом же частотном диапазоне находятся резонансные частотные характеристики материала кирального объекта. В силу эффекта Ферстерлинга [5] в киральном объекте наводится поляризационный ток, приводящий к появлению переменного магнитного поля малой интенсивности (примерно ˜1 мА/м). В силу того что киральный объект является поляризационным фильтром в данном частотном диапазоне, в жидкость попадает только излучение одной поляризации, а это приводит при поглощении фотона с определенной спиральностью к перевороту спина поглотившего фотон электрона, участвующего в образовании ковалентной связи, вызывая в силу сильной кулоновской корреляции пространственную перестройку электронной плотности, что, в свою очередь, приводит к молекулярной перестройке. Скорость такой обработки определяется только временем молекулярной перестройки, которое порядка 10^-7-9 с, глубина переработки лимитируется интенсивностью спонтанного излучения в нужном диапазоне, поэтому для более глубокой обработки требуется цикличность или мультипликация идентичных каскадов.

Для подтверждения эффективности заявляемого способа были проведены эксперименты в лабораторных условиях, подтвердившие работоспособность способа.

Пример 1.

В качестве исходного продукта брался бензин Аи-80 Рязанского НП3. Изменения октанового числа контролировались экспресс-анализатором "Октанометр" ЭП7300 [6]. Последующее хроматографическое исследование подтвердило изменение в химическом составе Фиг.2 (до обработки) и Фиг.3 (после обработки): повышается количество разветвленной ароматики, уменьшение доли ароматики связано с изменением углеводородного состава - происходит резкое повышение доли разветвленных алканов и алкенов, подтверждение Фиг.4 - в Таблице 3, где представлены фрагменты данных газовой хроматографии.

В предлагаемом способе по сравнению с прототипом не используется энергоемкого оборудования, процесс происходит при комнатной температуре, намного проще контроль и управление процессом с помощью возможности встроить экспресс-анализатор октанового числа непосредственно в трубопровод, подающий обработанный бензин в накопительную емкость.

Список литературы

1. Справочник нефтепереработчика / Под ред. Г.А.Ластовкина и др. -Л.: Химия, 1986, с.106-135.

2. Патент РФ №2149886, С 10 G 32/00.

3. Патент РФ №2186825, С 10 G 15/00, 32/00 - прототип.

4. УФН, т 167, №11, Киральные электродинамические объекты. Б.З.Каценеленбаум, Е.Н.Коршунова, А.И.Сивов, А.Д.Шатров.

5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц. Электродинамика сплошных сред. Стр.423.

6. Измеритель октанового числа "Октанометр" ПЭ-7300, Зав. №2443, ТУ.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для повышения детонационной стойкости моторных топлив, в частности бензинов. Способ включает воздействие на поток бензина сначала излучения лазера, излучение которого модулируется первым киральным объектом. Затем бензин ускоряют перед попаданием в рабочую область второго кирального объекта, в которой бензин подвергают воздействию собственного спонтанного излучения, преобразованного вторым киральным объектом на частотах, соответствующих резонансному поглощению бензина, и, попадая обратно в поток бензина, вызывает молекулярную трансформацию бензина, изменяя химический состав бензина. Это обеспечивает изомеризацию и, увеличивая долю ароматических углеводородов, повышает тем самым октановое число. Способ осуществляют при комнатной температуре, что сокращает необходимое оборудование и энергозатраты. Скорость процесса облагораживания зависит исключительно от времени молекулярных трансформаций, происходящих в бензине, кроме того, улучшаются эксплуатационные характеристики бензинов и упрощается контроль и управление процессом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

1. Способ повышения октанового числа бензинов, включающий воздействие на бензин электромагнитным полем, отличающийся тем, что на поток бензина сначала воздействуют излучением лазера, излучение которого модулируется первым киральным объектом, затем бензин ускоряют перед попаданием в рабочую область второго кирального объекта, в которой бензин подвергают воздействию собственного спонтанного излучения, которое преобразовано вторым киральным объектом на частотах, соответствующих резонансному поглощению бензина, и, попадая обратно в поток бензина, вызывает молекулярную трансформацию бензина, изменяя химический состав бензина, обеспечивая изомеризацию и увеличивая долю ароматических углеводородов, повышая тем самым октановое число.2. Способ по п.1 отличающийся тем, что бензин прогоняют в распыленном виде.