CC BY
77
УДК 621.43.019.862
К. И. Подъячева (студ.), В. В. Тузова (магистрант), И. И. Гарипов (магистрант), С. В. Дезорцев (к.т.н., доц.)
К определению октановых чисел нефтепродуктов
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1; e-mail: [email protected]
K. I. Podyacheva, V. V. Tuzova, I. I. Garipov, S. V. Dezortsev
To the octane number determination
Ufa State Petroleum Technical University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; e-mail: [email protected]
Методами однофакторного корреляционного анализа на примере бензина АИ-92 показано отсутствие связи между фундаментальным физическим показателем «плотность при 15 0С» и такими эксплуатационными характеристиками автомобильных бензинов, как октановые числа по моторному и исследовательскому методам. Анализ технических решений показывает, что наибольшую перспективу при определении ОЧ имеют электромагнитные и спектроскопические методы.
Ключевые слова: октановое число; относительная плотность.
С точки зрения физической химии нефти, автомобильные бензины являются многокомпонентными системами со сложным групповым и химическим составом (более 200 отдельных химических соединений, в том числе ге-тероатомных) 1. Регламентируемые Техническим регламентом на моторные топлива 2, эмпирические эксплуатационные показатели качества бензинов не могут дать точную физико-химическую характеристику процессов, происходящих при их производстве, транспортировке и хранении.
Учитывая число определяемых по Регламенту 2 показателей, наиболее удачным решением будет поиск физико-химического параметра, имеющего достоверные корреляции с основными эксплуатационными характеристиками. Единственным фундаментальным физическим показателем в стандартах качества бензинов является плотность при 15 0С.
Для бензинов наиболее важной эксплуатационной характеристикой является детонационная стойкость, которую оценивают по октановым числам (ОЧ), определяемым исследовательским (ОЧИМ, ГОСТ 8226-82) и моторным (ОЧММ, ГОСТ 511-82) методами.
By methods of the single-factor correlation analysis on example of petrol AI-92 noninteraction between fundamental physical index «density by 15 oC» and such operating characteristics as the motor and exploratory octane numbers is shown. Technical decision analysis shows, that electromagnetic and spectroscopic methods have the best prospects in determination of the octane number.
Key words: octane number; relative density.
Целью работы является исследование взаимосвязи между эксплуатационными характеристиками бензинов и их основными физико-химическими свойствами. В задачи работы входит анализ патентов из доступной базы данных ФИПС РФ 3 по методам определения октановых чисел и рассмотрение однофактор-ных корреляционных зависимостей первой и шестой степени ОЧММ и ОЧИМ от плотности бензина при 15 0С.
В качестве объектов исследования взяты полученные в свободном доступе базы данных ФИПС РФ патенты и заявки на методы и/или приборы для определения ОЧ, а также результаты определения качества бензинов марки АИ-92 в аккредитованной лаборатории контроля качества нефтепродуктов, полученные прямым измерением соответствующих показателей. В качестве основного метода исследования использован однофакторный корреляционный анализ. Обработку данных проводили методом наименьших квадратов.
За обследованный период времени с 1992 по 2009 гг. выявлено 20 патентов на способ определения октанового числа и/или устройство для его осуществления.
Дата поступления 07.05.13
Традиционно, много внимания уделяется совершенствованию стандартных методов определения путем сжатия в цилиндре (4 патента) 4_7. В одном способе использовано ультразвуковое воздействие 8.
Из физико-химических показателей, применяемых для оценки детонационной стойкости, наиболее часто используют электромагнитные методы (8 патентов) 9_16. Определяют диэлектрическую проницаемость, индуктивность, характер колебаний, вызванных СВЧ-излучени-ем, tg угла диэлектрических потерь, результаты индуктивного возбуждения лазером, магнитооптический индекс, удельную проводимость и др.
Из оптических свойств (2 патента) 12,17 определяют показатель преломления и оптическую плотность образца.
Хроматографические методы (1 патент) 18 используются в сочетании с математической моделью, основанной на расчете ОЧ смешения по известным концентрациям отдельных химических веществ.
Методы, основанные на определении показателей, характеризующих Ван-дер-Вааль-совы взаимодействия, представлены в 2 патентах 9'19. В качестве индикаторов используют относительную плотность и поверхностное натяжение.
Интенсивно развиваются спектроскопические методы определения ОЧ (5 патентов) 20-24. Один патент основан на определении характеристик ЯМР-линий ароматических протонов, остальные — на определении поглощения в УФ- и ближней ИК-области. Общим признаком является определение поглощения образца на характеристических длинах волн, соответствующих поглощению маркерных химических веществ и дальнейший расчет по математической модели с использованием результатов оптических измерений.
Можно сделать общий вывод о том, что за последние 20 лет физико-химические методы определения ОЧ нефтепродуктов продвинулись далеко вперед, а стандартные методы остаются примерно на том же техническом уровне.
На рис. 1 и 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие взаимосвязь между плотностью бензинов марки АИ-92 и их ОЧММ и ОЧИМ.
Анализ полученных диаграмм показывает, что прямая связь между эксплуатационными характеристиками и относительной плотностью автомобильных бензинов при 15 °С отсутствует. Для уравнения первой степени коэффи-
циенты корреляции изменяются в интервале от 0.04 до 0.34. Для полинома шестой степени 11=0.1—0.45. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции наблюдаются для ОЧММ (табл. 1 и 2).
Рис. 1. Диаграмма связи ОЧММ и относительной плотности бензина
93,5 -|-
93--♦-
92,5--♦-♦♦-♦-♦—♦-
^ 91,5 - »- V»Г* ^ 91--
° 90,5--
90--♦-♦-♦—♦-
89,5 -I-.-1-.-1-1
730 735 740 745 750 755 Плотность, кг/м3
Рис. 2. Диаграмма связи ОЧИМ и относительной плотности бензина
Таким образом, методами однофакторно-го корреляционного анализа на примере бензина АИ-92 показано отсутствие выраженной связи между фундаментальным физическим показателем «плотность при 15 °С» и такими эксплуатационными характеристиками автомобильных бензинов, как октановые числа по моторному и исследовательскому методам.
Если судить по количеству патентов, то наибольшую перспективу при определении ОЧ имеют электромагнитные и спектроскопические методы.
При оценке характера межмолекулярных взаимодействий в многокомпонентных системах бензинов можно сделать предварительный вывод о том, что эксплуатационные характеристики бензинов слабо зависят от ван-дер-ва-альсовых сил.
Таблица 1
Значения коэффициентов корреляционного уравнения вида ОЧ=А0+А1р
Эксплуатационная характеристика, у Корреляционное уравнение
Коэффициенты уравнения Коэффициент корреляции
Ао А1
Октановое число по моторному методу 50.122 0.0437 0.34
Октановое число по исследовательскому методу 73.769 0.0242 0.17
Таблица 2
Значения коэффициентов корреляционного уравнения вида ОЧ=Аo+Агp+A2•p2+Aз•p3+A4•p4+A5•p5+A6•p3
Эксплуатационная Корреляционное уравнение
характеристика, у Коэффициенты уравнения Коэффициент
А0 А1 А2 Аз А4 А5 Аб корреляции
Октановое число 41011 -3-109 107
по моторному -20449 20.64 —0.0111 210—6 0.45
методу
Октановое число
по исследова- 1011 -9-108 3106 -5117.8 5.0814 —0.0027 610-7 0.32
тельскому методу
Примечание: р — относительная плотность бензина при 15 оС, кг/м3.
Литература
1. Химия нефти /Под ред. д.т.н., проф. З. И. Сю-няева.— Л.: Химия, 1984.— 360 с.
2. Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 г.
3. Электронный ресурс http://www.fips.ru.
4. Патент №2369868 РФ Способ определения октанового числа автомобильных бензинов и их компонентов исследовательским методом / Князьков А. Л., Никитин А. А., Кириллов Д. В. и др. //Опубл. 10.10.2009.
5. Патент №2412438 РФ Способ оценки детонационной стойкости газомоторного топлива /Семе-нюга В.В., Попов В.П., Федотов И.В. и др.// Опубл. 20.02.2011.
6. Патент №2121668 РФ Способ и устройство для измерения октанового числа /Ванс Р. Копп // Опубл. 10.11.1998.
7. Патент №2339037 РФ Способ оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов / Скворцов В. Н., Бакалейник А. М., Манаенков В. М. и др.// Опубл. 20.11.2008.
8. Патент №2189039 РФ Способ определения октанового числа автомобильных бензинов / Пащенко В. М., Чуклов В. С., Ванцов В. С. и др.// Опубл. 10.09.2002.
9. Патент №2305283 РФ Способ определения октанового числа бензинов /Астапов В. Н. // Опубл. 27.08.2007.
10. Заявка 92007848/25 А от 18.11.1992, МПК G01N27/22, G01N33/22. Способ относительного определения октанового числа и устройство для его осуществления / Носаль В. Н., Федоров Е. В.
References
1. Himiya nefti /pod red. d.t.n., prof. Z. I. Sunya-eva.— L.: Himiya, 1984.— 360 s.
2. Tehnicheskiy reglament «О trebovaniyah k avtomobilnomu i aviatsionnomu benzinu, dizel-nomu i sudovomu toplivu, toplivu dlya reaktivnih dvigateley i topochnomu mazutu» ot 27 fevralya 2008 g.
3. http://www.fips.ru.
4. Patent RU2369868 Sposob opredeleniya oktanovogo chisla avtomobilnih benzinov i ih komponentov issledovatelskim metodom / Knyazkov A.L., Nikitin А.А., Kirillov D.V. i dr. // Opubl. 10.10.2009.
5. Patent RU2412438 Sposob otsenki detonatsionnoy stoykosti gazo-motornogo topliva /Semenuga V. V., Popov V. P., Fedotov I.V. i dr. // Opubl. 20.02.2011.
6. Patent RU2121668 Sposob i ustroystvo dlya izmereniya oktanovogo chisla /Bans R. Kopp // Opubl. 10.11.1998.
7. Patent RU2339037 Sposob otsenki detonatsionnoy stoykosti avtomobilnih benzinov /Skvortsov V. N., Bakaleynik A. M., Manaenkov V. M. i dr. // Opubl. 20.11.2008.
8. naTeHT RU2189039 Sposob opredeleniya oktanovogo chisla avtomobilnih benzinov / Pashenko V. M., Chuklov V. S., Vantsov V. S. i dr. // Opubl. 10.09.2002.
9. Patent RU2305283 Sposob opredeleniya oktanovogo chisla benzinov /Astapov V. N. // Opubl. 27.08.2007.
10. Zayavka 92007848/25 A ot 18.11.1992, MPK G01N27/22, G01N33/22. Sposob otnosi-telnogo opredeleniya oktanovogo chisla i ustroystvo dlya ego osushestvleniya / Nosal V. N., Fedorov Е. V.
11. Патент №2231780 РФ Способ определения октанового числа бензина / Кавтарадзе А. И. // Опубл. 27.06.2004.
12. Патент №2226268 РФ Способ определения детонационной стойкости углеводородных топлив /Николаев В. Ф., Дияров И. Н., Султанова Р. Б. и др. //Опубл. 27.03.2004.
13. Заявка RU 97120661/28 от 22.12.1997, МПК G01N1/00. Способ определения октанового числа бензина и устройство для его осуществления / Растопов С. Ф., Агеев В. Г. Опубл. 27.09.1999.
14. Патент №66542 РФ Устройство измерения показателей детонационной стойкости и достоверности углеводородных топлив /Скворцов Б. В., Скворцов Д. Б., Борминский С. А. и др.// Опубл. 10.09.2007.
15. Патент №2196321 РФ Способ определения октанового числа автомобильных бензинов / Пащенко В. М., Ванцов В. И., Чуклов В. С. и др. //Опубл. 10.01.2003.
16. Патент №2110790 РФ Способ сравнения октанового числа моторного топлива / Бекирбаев Т. О., Загородний В. Г., Пузакин Ю. М. и др. / /Опубл. 10.05.1998.
17. Патент №2286379 РФ Способ повышения октанового числа бензинов / Денисов А. Г. Зубарев А. Н. ШШ, Грядунов А. В. ШШ и др. // Опубл. 27.10.2006.
18. Патент №2148826 РФ Способ определения антидетонационной характеристики бензина / Мещеряков С. В., Вишнецкая М. В., Рудык Е. М. и др. // Опубл. 10.05.2000.
19. Патент №2231051 РФ Способ определения октанового числа автомобильных бензинов / Ильясов Л. В., Жосану Н. В., Филинова Г. А.// Опубл. 20.06.2004.
20. Патент №2331058 РФ Способ определения октанового числа бензинов и устройство для его реализации / Акчурин Г. Г., Акчурин А. Г., Ак-чурин Г. Г. и др. // Опубл. 10.08.2008.
21. Патент №2094776 РФ Способ определения октанового числа топлива / Кольцов Ю. В., Королев В. Н., Кусакин С. А. // Опубл. 27.10.1997.
22. Заявка 95110676/25 А1, МПК G01N21/35. Способ определения октанового числа отдельных углеводородных смесей / Стивен М. Маг-гард (US); Эшланд Ойл Инк. (US). Опубл. 10.04.1995.
23. Патент №2085919 РФ Способ определения октанового числа компонентов моторного топлива / Кавыев А.Г., Глазунов В.И. // Опубл. 27.07.1997.
24. Патент №2310830 РФ Способ определения октанового числа бензинов / Мурадов В.Г., Санников Д.Г. // Опубл. 20.11.2007.
11. Pаtеnt RU2231780 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа bеnzina / Каvtаrаdzе АЛ. // Оpubl. 27.06.2004.
12. Pаtеnt RU2226268 Spоsоb оprеdеlеniya dеtоnаtsiоnnоy stоykоsti uglеvоdоrоdnih tоpliv / Nikоlаеv V. F., Diyarоv I. Sultаnоvа R. B. 1 dr.; Nikоlаеv V. F. // Оpubl. 27.03.2004.
13. Zаyavkа 97120661/28 оt 22.12.1997, MPКG01N1/00. Spоsоb оprеdеlеniya оИа-nоvоgо chislа bеnzina i ustrоystвvо dlya еgо оsushеstvlеniya / Rаstоpоv S. F., Аdееv V. G. Оpubl. 27.09.1999.
14. Pаtеnt RU66542 Ustrоystvо dlya izmеrеniya pоkаzаtеlеy dеtоnаtsiоnnоy stоykоsti i dоstоvеmоsti uglеvоdоrоdnih tоpliv /Skvоrtsоv B. V., Skvоrtsоv D. B., Bоrminskiy S. А. ! dr. //Оpubl. 10.09.2007.
15. Pаtеnt RU2196321 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа аvtоmоbilnih bеnzinоv/ Pаshеnkо V. М., Vаntsоv V. I., Chuklоv V. S. i dr. // Оpubl. 10.01.2003.
16. Pаtеnt RU2110790 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа mоtоmоgо tоplivа / Bеkirbаеv Т.О., Zаgоrоdniy V.G., Puzakin U.М. i dr. // Оpubl. 10.05.1998.
17. Pаtеnt RU2286379 Spоsоb pоvishеniya оktаnоvоgо chislа bеnzinоv / Dеnisоv А.G. , Zubаrеv А.N., Gryadunоv А.V. i dr. // Оpubl. 27.10.2006.
18. Pаtеnt RU2148826 Spоsоb оprеdеlеniya аntidеtо-nаtsiоnnоy hаrаktеristiki bеnzinа / Меshеryakоv S.V., Vishnеtskay М^., Rudik Е.М. i dr. // Оpubl. 10.05.2000.
19. Pаtеnt RU2231051 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа аvtоmоbilnih bеnzinоv / Ilyasov L. V., Jоsаnu N. V., Filinоvа G. А. // Оpubl. 20.06.2004.
20. Pаtеnt RU2331058 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа bеnzina i ustrоystvо dlya еgо оsushеstvlеniya/ Аkchurin G. G., Аkchurin А. G., Аkchurin G. G. i dr. // Оpubl. 10.08.2008.
21. Pаtеnt RU2094776 Spоsоb оprеdеlеniya
оktаnоvоgо chislа tоplivа / Коlchоv U. V.,
Коrоlеv V. N., К^а^ S. А. // Оpubl. 27.10.1997.
22. Zayavka 95110676/25 А1, МPК G01N21/35. Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа оtdеlnih uglеvоdоrоdnih smеsеy / Stiven М. Маggаrd (Ш); Eshlаnd ОН Ink. (US). Оpubl. 10.04.1995.
23. Pаtеnt RU2085919 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа kоmpоnеntоv mоtоrnоgо tоplivа / Каviеv А. G., Glаzunоv V. I. // Оpubl. 27.07.1997.
24. Pаtеnt RU2310830 Spоsоb оprеdеlеniya оktаnоvоgо chislа bеnzinоv/ Мurаdоv V. G., Sаnnikоv D. G. // Оpubl. 20.11.2007.
Статистическая обработка лабораторных данных и первичных материалов ФИПС проведена в учебно-исследовательской лаборатории Базовой кафедры технологии нефти и газа при ГУП ИНХП РБ.
