Мониторинг качества автомобильных бензинов по данным магнитного двулучепреломления и диэлькометрии Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

И. И. Табрисов, Р. Б. Султанова, В. Ф. Николаев

МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ ПО ДАННЫМ МАГНИТНОГО ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ И ДИЭЛЬКОМЕТРИИ

Ключевые слова: бензин, магнитное двулучепреломление, диэлькометрия, ароматические углеводороды, оксигенаты.

Предложены методы определения марок бензинов по магнитооптическому бензольному индексу и диэлектрической проницаемости. На основе данных построены графики зависимостей, по которым можно судить об октановом числе бензина.

Keywords: gasoline, magnetic birefringence, dielectric permittivity, aromatic hydrocarbons, oxygenates.

The methods of determining classes of gasoline in terms of the magnetoptic benzene index and dielectric permittivity. Based on data dependency graphs are constructed, which can be evaluated the octane number of gasoline.

Бензин - сложная многокомпонентная смесь, состоящая из различных групп углеводородов, в зависимости от состава автомобильного бензина его качество и эксплуатационные характеристики меняются. Одними из основных октанповышающих компонентов всех товарных бензинов являются ароматические углеводороды и оксигенаты. По принятым нормам в ЕС и РФ существуют ограничения по содержанию в бензинах суммарного количества ароматических углеводородов (не более 42% об. - по Евро-3, 35%об. - по Евро-4 и Евро-5) и оксигенатов -кислорода (не более 2,7% масс.). Избыток ароматических углеводородов в топливе ведет к нагарообразованию, ухудшению экологических свойств топлива, при избытке оксигенатов уменьшается мощность двигателя, идет быстрый износ неметаллических частей топливной системы автомобиля. В ходе Республиканского месячника контроля качества моторных топлив, проведенного Управлением по топливно-энергетическим ресурсам Республики Татарстан (ГУПТЭР РТ) совместно с ОАО «Ресурс-аудит», часть бензинов было дополнительно исследовано методами магнитного

двулучепреломления (эффект Коттона-Мутона) и диэлькометрии.

Магнитооптический бензольный индекс BIN. Ранее [1, 2, 3] было дано описание установки и возможностей использования магнитного

двулучепреломления (эффект Коттона-Мутона) в оценке качества бензина. В данной работе испытуемые бензины анализировались на переносной установке «МОБИН».

Рис. 1 - Анализатор углеводородных топлив

(светлых нефтепродуктов) «МОБИН»

Магнитное двулучепреломление обладает селективной чувствительностью к группе ароматических углеводородов, входящих в бензин и используется для количественной оценки суммарного содержания ароматических углеводородов в бензине.

Магнитооптический бензольный индекс BIN бензинов, определявшийся на анализаторе топлив «МОБИН», связан с объемной долей ароматических углеводородов соотношением [1, 2]:

иАР=0,934-Б/М+0,021.

(1)

Из всех магнитооптически исследованных бензинов превышение по суммарному содержанию ароматических углеводородов по Евро-3

наблюдалось у 2,8% образцов и по Евро-4 и -5 -12,8%. На рис. 2 приведен график распределения марок бензина в зависимости от магнитооптического бензольного индекса.

с 6.0

8 3.о

Нормаль-Ж ІЧгу.тяр- 92 ІІрсмііум-95

\/ /

°'5 BIN

Рис. 2 - Плотность нормального распределения бензинов марок Нормаль-80, Регуляр-92 и Премиум-95 по магнитооптическому

бензольному индексу

Диэлектрическая проницаемость

автомобильных бензинов. Измерения

диэлектрической проницаемости образцов проводились с использованием КЬС-измерителя Р5030 при 20°С и частоте 1 кГц.

Рис. 3 - Диэлькометр (RLC-измеритель Р5030)

На рис. 4 представлены зависимости

плотностей нормального распределения различных марок бензина по диэлектрической проницаемости.

п о

я 1 А Нормаль-КО /

\/

В 1.»»

Сип

5 ,,и Рсгулжр-92

■•70 \ 1- Прсмнум-95

Г

' V II

1 п

\/

1,0

1,9 $ 2,0 2,0$ 2 1 2, 15 2 2 2,25 2, 3 2.35 2, 4 2,45

Рис. 4 - Плотность нормального распределения бензинов марок Нормаль-80, Регуляр-92 и Премиум-95 по диэлектрической проницаемости

Из рис. 4 видно, что с ростом октанового числа диэлектрическая проницаемость растет. Однако, области пересечения кривых плотностей распределения значительны, что не позволяет однозначно оценивать октановые числа. Используя, два графика распределения для двух физикохимических свойств можно с 80% вероятностью определить марку бензина. Основной причиной повышения диэлектрической проницаемости бензинов с ростом октанового числа является повышенное содержание полярных присадок различного функционального назначения и ароматических углеводородов. В отсутствие полярных присадок между диэлектрической проницаемостью и показателем преломления выполняется соотношение Максвелла е = п2. Для смесей гептана с полярной антидетонационной присадкой МТБЭ в интервале объемной доли МТБЭ иМТБЭ=0+0,25 получено соотношение [4]

(е-П2)=0,0068+2,0858-иМТБЭ , (2)

которое может быть использовано для выявления бензинов с превышением норматива по содержанию оксигенатов. Предельное содержание МТБЭ в бензинах, согласно ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-2004) [5], составляет 15% об., поэтому автомобильные бензины с диэлько-

рефрактометрической характеристикой (е-П) >

0.3197.требуют дополнительной проверки на

превышение по оксигенатам (МТБЭ).

Выводы

1. Предложен магнитооптический метод

определения суммарного содержания

ароматических углеводородов в бензинах на

анализаторе светлых нефтепродуктов «МОБИН».

2. Предложен контроль превышения содержания МТБЭ в бензинах по их предельной диэлько-рефрактометрической характеристике.

3. Получены зависимости плотности нормального распределения различных марок бензинов по магнитооптическому бензольному индексу и диэлектрической проницаемости, по которым можно давать вероятностную оценку октанового числа исследуемого бензина.

Литература

1. Николаев В.Ф. Использование метода линейного

магнитного двулучепреломления при анализе светлых нефтепродуктов./ Николаев В.Ф., Дияров И.Н.,

Султанова Р.Б., Фахрутдинов М.Р., Багаутдинова Д.Б., Катаев В.Е. // Нефтехимия - 2002, т. 42 - №6 -С. 470-474.

2. Николаев В. Ф. Магнитооптический метод определения суммарного содержания ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах./ Николаев В.Ф., Дияров И.Н., Кутушев И.Р., Султанова Р.Б., Фахрутдинов М.Р., Катаев В.Е. // Заводск. лаб. Диагностика материалов, 2003, т. 69 - №10 - С. 20-23.

3. Табрисов И.И. Описание и прогнозирование физикохимических свойств псевдотернарных моделей товарного бензина на основе данных по псевдобинарным смесям / Табрисов И.И., Искоркин

А.Д., Султанова Р.Б., Николаев В.Ф. // Вестн. Казанск. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №10. - С. 143-147.

4. Николаев В.Ф. Методы определения состава и модели описания физико-химических и эксплуатационных свойств многокомпонентных смесей. / Николаев В.Ф., Султанова Р.Б., Пеньковский А.И., Гаврилов В.И. // Уч. пос. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2008. -180 с.

5. ГОСТ Р 51866-2002 Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия - Введ. 2002-0701 . - М.: Изд-во стандартов, 2002. -27 с.

© И. И. Табрисов - асп. каф. ТООНС КНИТУ, [email protected]; Р. Б. Султанова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры;

В. Ф. Николаев - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, ст. науч. сотр. лаб. оптической спектроскопии ИОФХ им. А.Е. Арбузова, [email protected].