СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНОВ Российский патент 2007 года по МПК G01N33/22 

Предлагаемое изобретение относится к исследованию физико-химических свойств бензинов и может быть использовано для идентификации типа бензинов и экспрессного определения их октанового числа как в лабораторных условиях, так и в потоке, непосредственно на технологической установке.

Известен способ для определения октанового числа бензинов [Патент РФ №2091758. Бюл. №27. 1997], который заключается в том, что через кювету с анализируемым образцом бензина и контрольную кювету пропускают ИК-излучение в заданном диапазоне длины волн и регистрируют интенсивности прошедшего излучения на выходе из обеих кювет. Октановое число рассчитывают по разности сигналов, полученных на выходе из кюветы с бензином и контрольной кюветы, при этом используют корреляционные зависимости, полученные для образцов с известными октановыми числами.

Известно устройство для измерения октанового числа бензинов [Патент РФ №2206085. Бюл. №16. 2003], в котором способ измерения основан на изменении частоты генерации RC-генератора, в задающей цепи которого включен емкостной датчик с пробой бензина. Емкость которого зависит от диэлектрической проницаемости бензина, которая в свою очередь коррелированна с октановым числом. Результат октанового числа определяют по калибровочной кривой образцовых бензинов.

Общий недостаток данных способов - это невозможность создания универсальной калибровочной модели для всех типов бензинов. При использовании известных способов откалиброванный октанометр по эталонным бензинам одного типа при измерении октанового числа бензина, приготовленного из другой нефти или по другим ТУ, покажет результат с большой погрешностью. При анализе бензина нельзя определить, к какому типу принадлежит анализируемая проба, и каких-либо априорных количественных оценок для принятия решения у известных способов не существует.

Известно устройство для измерения октанового числа бензинов [Патент РФ, №2207557. Бюл. №18. 2003]. Способ, используемый в данном октанометре, наиболее близок к предлагаемому техническому решению. В нем предусмотрена разбивка бензина на классы по плотности. Однако исследования показали, что кластеризация только по плотности оказалась недостаточной, 30% бензинов не вписываются ни в один класс и требуется перекалибровка октанометра для измерения октановых чисел таких бензинов.

В основу изобретения положена задача - создать способ определения октанового числа бензинов, принадлежащих одному типу, и осуществления идентификации типа бензина, который позволил бы повысить точность определения октанового числа бензина и позволил бы иметь стационарную калибровочную модель по типам бензинов с самостоятельным (по предлагаемым в изобретении факторам) выбором по программе калибровочной модели.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения октанового числа бензинов, заключающемся в разбивке бензинов на классы, согласно изобретению, по факторам, связанным с электрофизическими параметрами, которые характерны для данного типа анализируемой пробы, согласно приведенной схеме алгоритма на фиг.1 и измерении параметров данных факторов. Для чего измеряют плотность бензина, поглощение акустической энергии в бензине, активную проводимость бензина в емкостном датчике, соотношение диэлектрической проницаемости бензина при различных частотах

,

f₁<f₂, и температуру бензина, а величину октанового числа определяют по диэлектрической проницаемости бензина на частоте f₂, по калибровочной модели расположенной в ячейках памяти, согласно алгоритму, приведенному на фиг.1, маршрутом к которой являются вышеперечисленные значения параметров. Все измеренные параметры предварительно корректируются по измеренной температуре.

На фиг.2 изображена функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Установка содержит технологический трубопровод 1, в котором коаксиально закреплен емкостной датчик 2, ультразвуковой излучатель 4, ультразвуковой приемник 5, генератор синусоидальной частоты f₁ 6, генератор синусоидальной частоты f₂ 7, генератор постоянного напряжения 8, коммутатор 9, блок усиления и преобразования сигналов 10, АЦП 11, вычислительное устройство 12, усилитель 14, блок измерения времени прохождения сигнала в бензине 15, блок измерения поглощения акустической энергии 16, блок памяти 17, блок индикации 18, выход генератора 6 подключен к первому входу коммутатора 9, выход генератора 7 подключен ко второму входу коммутатора 9, выход генератора 8 подключен к третьему входу коммутатора 9, выход которого подключен к входу емкостного датчика 2, выход которого подключен к блоку усиления и преобразования сигналов 10, выход которого подключен к входу АЦП 11, выход которого подключен к информационным входам вычислительного устройства 12, первый выход генератора импульсных сигналов 13 подключен к входу УЗ-излучателя 4, второй выход подключен к первому входу блока измерения времени Δt прохождения ультразвука через бензин 15, выход УЗ-приемника 5 подключен к входу усилителя 14, выход которого подключен ко второму входу блока 15 и к входу блока измерения поглощения акустической энергии 16, выходы блока 15 и 16 подключены к информационным входам вычислительного устройства 12, выход температурного датчика подключен к информационным входам вычислительного устройства, вход блока памяти 17 и вход блока индикации 18 соединены с информационными выходами вычислительного устройства 12.

Способ осуществляется следующим образом.

Через емкостной датчик 2, установленный в технологической трубе 1, и байпас, который является частью технологической трубы, протекает контролируемый бензин, в байпасе друг против друга установлены ИК-излучатель 4 и УЗ-приемник 5, таким образом, ультразвук проходит через исследуемый бензин, время прохождения которого пропорционально плотности бензина, началом отсчета времени прохождения ультразвука через среду является сигнал от генератора 13, импульсы которого возбуждают ультразвуковой излучатель 4, и концом отсчета времени является импульс, пришедший с УЗ-приемника 5, через усилитель 14 импульс поступает на блок измерения времени (Δt) прохождения ультразвука через среду, зная расстояние между УЗ-излучателем и УЗ-приемником (Δl) и Δt, определим скорость ультразвука

[м/с],

так как на скорость прохождения акустического сигнала влияют вязкость и температура бензина, то в общем случае плотность бензина определится выражением:

ρ=F(c, θ, α)

[Патент №2210764 РФ. Бюл. №23, 2003],

где с - скорость акустического сигнала в контролируемом бензине,

θ - температура контролируемого бензина,

α - поглощение акустической энергии в контролируемом бензине.

По измеренной плотности бензина, определяем класс исследуемого бензина (для плотности предлагается 4 класса для высокооктановых бензинов и 3 класса для низкооктановых бензинов).

В ходе измерения и расчета плотности был получен еще один требуемый параметр, поглощение акустической энергии в блоке 6, согласно формуле [Некрасова Т.А., Астапов В.Н. Акустический метод измерения вязкости жидких нефтепродуктов. Вестник СГАУ. Выпуск 9. Самара. 2004. - С.54-58].

где ΔА - изменение амплитуды в децибелах,

Δl - расстояние между УЗ-излучателем и УЗ-приемником [см],

α - коэффициент поглощения [см^-1],

где U_0Прм - амплитуда напряжения, возникающая на УЗ-приемнике без поглощения т.е. Δl=0,

U_срПрм - амплитуда напряжения, возникающая на УЗ-приемнике при прохождении акустического сигнала через среду, т.е. через бензин.

По коэффициенту поглощения α определим подкласс бензина (предлагается для каждого класса два подкласса, первый с малыми добавками, служащими для повышения октанового числа бензина. Объем таких добавок не превышает 0,25%, а малые добавки одних жидких веществ в другие, именно в диапазоне 0,25% от основной жидкости, влияют очень сильно на поглощение звука в сторону значительного уменьшения коэффициента поглощения α, даже в том случае если добавка имеет больший коэффициент поглощения α, чем основная жидкость [Кудрявцев Б.Б. Применение ультраакустических методов в практике физико-химических исследований. Гос. издат. технико-теоретической литературы. М., Л. 1952. 323 с.]. Второй подкласс - без добавок.

Пропуская через емкостной датчик 2 ток постоянного стабилизированного напряжения, определим удельную проводимость бензина. Наличие проводимости очень сильно влияет на результат измерения диэлектрической проницаемости, что приводит к погрешности измерения октанового числа. По удельной проводимости определим группу бензина (предлагается три группы по проводимостям: G₀=0...10 нСм/м; G₀=10...100 нСм/м; G₀=100...200 нСм/м; при G₀>200 нСм/м - явный брак). Для этого через коммутатор подключают к датчику 2 генератор постоянного напряжения 8 и через блок усиления и преобразования 10 получаем напряжение, пропорциональное проводимости, это напряжение через АЦП 11 в цифровой форме поступает в вычислительное устройство 12, где вычисляется значение проводимости.

Группы делятся на подгруппы, в качестве основного фактора идентификации необходимо использовать соотношения диэлектрических проницаемостей при частотах f₁<f₂ (где, например, f₁=1 кГц; f₂=100 кГц)

Фактор η характеризует принадлежность бензина к одной из подгрупп. Изменение диэлектрической проницаемости бензина от частоты синусоидальных сигналов свидетельствует о наличии в бензинах электрически асимметричных сравнительно больших инерционных соединений, с повышением частоты поля они не успевают смещаться, что проявляется уменьшением диэлектрической проницаемости. То есть полученные частотные зависимости для диэлектрической проницаемости отражают отличающуюся для каждого бензина совокупность общих и частных признаков, отождествляющих состав нефти, из которой сделан бензин, и в конечном итоге компонентный состав бензина [Скворцов Б.В., Конюхов Н.Е., Астапов В.Н. Приборы и системы контроля качества углеводородных топлив. М.: Энергоатомиздат, 2000. С.140-147].

Для этого через коммутатор 9 поочередно подключают генераторы синусоидальных сигналов 6 с частотой f₁ и 7 с частотой f₂ на вход датчика 2, сигналы с датчика 2 через блок усиления и преобразования 10, через АЦП 11 поступают в вычислительное устройство 12, где рассчитываются соотношения диэлектрических проницаемостей и выбирается конкретная калибровочная модель, и по результатам измерения диэлектрической проницаемости на частоте f₂ по калибровочной модели, которая хранится в блоке памяти 17, определяют (вычисляют) октановое число бензина, которое высвечивается на цифровом индикаторе 18. Так как все перечисленные параметры зависят от температуры, поэтому измеряем температуру бензина и проводим температурную коррекцию всех измеряемых параметров в процессе их измерения.

Калибровка производится на образцовых бензинах с известным значением плотности и октанового числа.

Использование: для определения октанового числа бензинов. Сущность: способ заключается в том, что осуществляют измерение плотности бензина и диэлектрической проницаемости на одной частоте, отличающийся тем, что дополнительно измеряют поглощение акустической энергии в бензине, измеряют удельную проводимость бензина и диэлектрическую проницаемость на второй частоте и определяют величину соотношения диэлектрических проницаемостей при двух разных частотах, проводят температурную коррекцию измеренных параметров и по значениям плотности, поглощения акустической энергии, удельной проводимости и величине соотношения диэлектрических проницаемостей при двух разных частотах осуществляют процесс идентификации типа бензина, а октановое число бензина рассчитывают по калибровочной модели, относящейся к данному типу бензина. Технический результат: повышение точности определения октанового числа бензина. 2 ил.

Способ определения октанового числа бензина, включающий измерение плотности бензина и диэлектрической проницаемости на одной частоте, отличающийся тем, что дополнительно измеряют поглощение акустической энергии в бензине, измеряют удельную проводимость бензина и диэлектрическую проницаемость на второй частоте и определяют величину соотношения диэлектрических проницаемостей при двух разных частотах, проводят температурную коррекцию измеренных параметров и по значениям плотности, поглощения акустической энергии, удельной проводимости и величине соотношения диэлектрических проницаемостей при двух разных частотах осуществляют процесс идентификации типа бензина, а октановое число бензина рассчитывают по калибровочной модели, относящейся к данному типу бензина.