Закономерности изменения физико-химических свойств бензинов в условиях подземного хранения

Хроматографическим анализом был определен состав проб бензина, отобранных с разного уровня из резервуаров Южного региона. Данные приведены в таблице 8. Из данных таблицы 8 можно отметить следующее, чтосодержание бензола в бензине уменьшается с 1,4 до 1,1 мас. % и наименьшее его значение у дна резервуара. Это может быть связано с двумя факторами:

- окислением бензола в гидропероксиды бензола, которые затем могут превращаться в фенол и гидроксид, которые взаимодействуя с н-ПрУВ образуют олефины;

- превращением бензола конденсацией в высококольчатые структуры при взаимодействии с молекулами кислорода и кислородсодержащими соединениями.

Значительный по объёму экспериментальный материал в диссертации представлен по изучению свойств бензинов, которые отбирали из резервуаров с верха, средины и низа Центрального, Западного (Морского) и Восточного регионов.

Таблица 8 - Распределение классов углеводородов по высоте резервуара в Южном регионе САР

Данные по физико-химическим свойствам бензина, хранимого в Центральном районе САР в течение 2 лет, регион с максимальной температурой окружающей среды, равной +44,0 оС, представлены в таблице 9.

Из данных таблицы 9 видно, что уже в течение 2-х лет хранения бензина в подземных хранилищах САР изменяется фракционный состав бензинов, в сторону его утяжеления, так температура н.к. бензина возрастает с 38 до 40 оС; 50 %-ная фракция с 94 до 99,4 оС. Снижается ИОЧ на 0,5 пункта. Растет остаток от перегонки бензина в 2 раза, что связано с образованием более тяжелых УВ при хранении бензина и кислородсодержащих соединений. Плотность бензина за 2-х летний период хранения не меняется.

Результаты хранения бензина с ИОЧ = 90 пунктов в морских условиях были получены при исследовании его после хранения в резервуарах в период с 2004 до 2006 года. Данные исследований приведены в таблице 10, из анализа которых следует, что при хранении бензина в морских условиях свойства бензина ухудшаются уже за 2-х летний период хранения.

Снижается ИОЧ на 2,0 пунктав. Изменяется фракционный состав, температура н.к. возрастает с 40 до 42 оС, 95%-ная фракция со 162 до 167 оС. Повышается температура кипения 90 и 95 об. % фракций вследствие накопления в нижних слоях БФ высокомолекулярных УВ.

Таблица 9 - Зависимость физико-химических свойств бензина от глубины отбора проб из резервуаров в Центральном регионе

Углеводородный состав слоёв БФ на разной глубине, представленных в таблице 10, приведен в таблице 11.

Таблица 10 - Свойства бензинов после двухлетнего хранения в подземном хранилище

Таблица 11 - Химический состав бензинов, хранимых в морском регионе

Из данных таблицы 11 следует, что с повышением глубины расположения слоя бензина в резервуаре снижается содержание бензола на 0,07 %, парафинов на 0,9 %, АрУВ на 1,9 %, растёт содержание олефинов на 0,3 %. Возрастает ОЧ бензина, вероятно, за счёт увеличения количества олефинов в нём и появления кислородсодержащих соединений. Данные по физико-химическим свойствам бензина с ИОЧ = 90, пробы которого взяли с разных уровней подземных хранилищ Восточного региона САР, хранимого в течение 2004ч2007годов приведены в таблице 12.

Из данных таблицы 12 следует, что за 3-х летний период хранения бензинов, свойства их меняются значительно по температурам выкипания фракций, которые понижаются, повышается содержание смол по глубине отбора проб бензина. Углеводородный состав бензинов, которые отбирали с разных уровней, представлен в таблице 13.

Таблица 12 - Физико-химические свойства бензинов с разных уровней

Таблица 13 - Состав бензинов с разных уровней, которые хранились в Восточном регионе

Распределение ИОЧ и содержания САр по глубине расположения слоёв бензина в резервуаре описываются следующими уравнениями матмоделей, с помощью которых можно оценить распределение АрУВ по глубине расположения слоёв, а затем можно рассчитывать ОЧ бензинов:

ln ,

ln =7,58?10.

С повышением глубины расположения уровня бензинов в хранилищах в них могут накапливаться более тяжелые УВ и продукты их превращения, что влияет на изменение температур выкипания фракций. Эти закономерности были выявлены по результатам изменения выкипания фракций по глубине расположения слоя бензина при построении графиков, на которых по оси ординат отложена величина , оС, а по оси абсцисс - глубина расположения слоя бензина в резервуаре, в процентах (условно), которые представлены на рисунках 12ч15.

Рисунок 12 - Изменение температуры выкипания фракций бензина от глубины расположения слоя в резервуаре для Северного региона САР: 1 - н.к., 2 - 10 %, 3 - 50 %, 4 - 90 %

Рисунок 13 - Изменение температуры выкипания фракций бензина от глубины расположения слоя в резервуаре для Морского региона САР: 1 - н.к., 2 - 10 %, 3 - 50 %, 4 - 90 %

Рисунок 14 - Изменение температуры выкипания фракций бензина от глубины расположения слоя в резервуаре для Центрального региона САР: 1 - н.к., 2 - 10 %, 3 - 50 %, 4 - 90 %

Глубина залегания определялась условно в процентах: вверх - 0, середина - 50, низ - 90, дно - 100. На основе анализа рисунков 12ч15 можно сформулировать следующие выводы - с увеличением глубины расположения бензина в резервуаре Морского, Южного, Северного и Центрального регионов САР величина бензиновых фракций непрерывно возрастает в следующем ряду: (М) > (Ю) > (С) > (Ц), tвыкоС < 39 < 48,5 > 44 > 34, где М - морской, Ю - южный, С - северный, Ц - центральный регионы.

Рисунок 15 - Изменение температуры выкипания фракций бензина от глубины расположения слоя в резервуаре для Южного региона САР: 1 - н.к., 2 - 10 %, 3 - 50 %, 4 - 90 %

Из этого ряда можно отметить, что при сравнении повышения температуры выкипания фракций (вык.) и температуры внешней среды ( tвнеш.) отмесчено параллельное увеличение этих параметров.

Анализ закономерностей изменения свойств и состава бензинов в подземных резервуарах Южного региона представлены на рисунках 16- 18.

Из анализа рисунка 16 можно отметить, что в течение 2-х летнего срока хранения бензина в подземном резервуаре ИОЧ и меняются незначительно. Но в период с 2-х до 4-х летнего периода резко снижается МОЧ, растёт плотность бензина, величины которой располагаются в ряду: (низ) >(средина) >(верх).

Распределение ИОЧ бензина по уровням отбора проб бензина и плотности проб бензинов представлены на рисунке 17.

Из рисунка 17 можно отметить закономерное снижение ИОЧ бензинов, как во времени, так и по глубине расположения слоёв бензинов в резервуаре. Плотность бензинов растёт как во времени, так и с увеличением глубины отбора его проб из резервуаров. Распределение АрУВ и ИОЧ для бензинов по глубине представлено на рисунке 18.

Рисунок 16 - Влияние времени хранения бензина в подземном резервуаре на следующие свойства ИОЧ (кривая 1) и плотность отобранных проб бензина с разных уровней 2 - верха, 3 - средины, 4 - низа

Рисунка 17 - Распределение ИОЧ в пробах бензина, взятых с уровней: 1 - верх, 2 - средина, 3 - низ и плотности: 1' - верх, 2' - средина, 3' - низ по годам хранения 1-2 года, 2-3 года, 3-4 года

Из рисунка 18 следует, что ИОЧ бензина, хранимого в подземном резервуаре в течение 3-х лет, увеличивается (кривая 1) и растёт по глубине расположения слоёв бензина (кривая 2). Увеличение ИОЧ по глубине бензина в резервуаре определяется повышением концентрации в нём АрУВ при переходе от верхнего слоя к нижнему (кривая 3).

С целью сравнения свойств бензинов, которые хранили в двух отдельных резервуарах в Восточном регионе в течение 5 лет, опытные закономерности приведены данные в таблице 14.

Рисунок 18 - Влияние времени хранения бензина в резервуаре в Северном регионе на увеличение ИОЧ (кривая 1), содержание (кривая 3), ИОЧ с увеличением глубины отбора проб из резервуара (кривая 2)

Таблица 14 - Данные по хранению бензинов в подземных резервуарах в Восточном регионе

Из данных таблицы 14 можно отметить, что в двух резервуарах, расположенных в одном и том же регионе качество бензина меняется приблизительно в одних и тех же пределах. На основе представленных исследований закономерностей изменения свойств бензинов при их хранении в подземных хранилищах рекомендовано перед передачей бензинов потребителю, отбирать их из резервуаров с разных уровней, перемешивать для придания им однородности и добавлять к ним «свежие» бензины в необходимом объёме или водить в них композиционную присадку.

В девятой главе представлены результаты по испытанию бензинов без присадки и с композиционной присадкой «0011» на стендовом двигателе внутреннего сгорания и на реальных автомобилях, сравнительные данные по испытанию бензинов стендовом двигателе приведены в таблице 15.

Таблица 15 - Сравнительное изменение параметров работы стендового бензинового двигателя внутреннего сгорания при применении штатного бензина и бензина с композиционной присадкой «0011»

Из таблицы 15 следует, что при повышении числа оборотов двигателя до 2000 об/мин. только при мощности работающего двигателя Ne=8,5 кВт снижается расход бензина Дg на 12,4 %, выход УВ снижается и снижается выход оксидов азота на 7,5 %, а с повышение Ne>8,5 кВт показатели работы двигателя понижаются. Обобщенные результаты испытания бензинов с присадкой «0011» и без неё для стендового ДВС представлены в таблице 16.

Таблица 16 - Состав выхлопных дымовых газов ДВС, полученных в сравнении бензинов с присадкой и без нее

По данным таблицы 16 можно отметить высокую эффективность влияния композиционной присадки, содержащейся в бензинах, на улучшение работы стендового двигателя.

В таблице 17 приведены данные по испытанию бензинов без и с присадкой на реальных двигателях автомобилей Опель омега и Мерседес. В испытаниях участвовали также автомобили с бензиновыми двигателями: Мерседес 500 (пробег 289185 км), Опель Омега (пробег 206395 км).

Таблица 17 - Влияние присадки «0011», введенной в бензин на состав ВДГ

Из данных таблицы 17 видно, что в присутствии присадки «0011» в эксплуатируемых бензинах двигатели автомобилей Опель Омега и Мерседес работают с улучшением состава выхлопных ДГ. В дымовом газе содержание СО снижается от 20 до 52 %, УВ от 15 до 55 % отн. Можно отметить, что повышение числа оборотов холостого хода работы ДВС также улучшает состав ВДГ.

На основе проведенных исследований рекомендовано в САР добавлять в бензины композиционную присадку в количестве 0,05ч0,1 мас. %.

ВЫВОДЫ

1. В литературном обзоре обсуждены свойства бензинов, структуры некоторых типов хранилищ и математическое описание вязкости, плотности и термических свойств бензинов. Отмечено отсутствие математического описания качества бензинов и его изменения при хранении в резервуарах длительное время.

2. Анализом расположения и конструкции резервуаров установлено, что экономически и экологически выгодно создавать вертикальные, цилиндрической формы, подземные хранилища, которые размещены в пяти регионах САР.

3. В экспериментальной части описаны методы анализа бензинов, пробы которого отбираются из резервуаров с разных уровней. В САР используются методы анализа бензинов по ASTM.

4. Одним из основных направлений в работе явилось исследование физико-химических свойств бензинов с созданием параметрических уравнений, связывающих между собою МОЧ и ИОЧ с концентрацией АрУВ и плотностью, МОЧ с концентрацией гидропероксидов углеводородов, МОЧ с содержание влаги.

5. Вторым направлением в работе явилось исследование присадок различной химической природы и назначения их применения. Созданные в работе параметрические и кинетические уравнения позволили более точно установить природу выявленных закономерностей, связывающих между собою концентрацию присадок и качество бензинов, выявить изменение свойств бензинов (проводимость бензина, концентрация присадок и другие) в зависимости от добавления присадок в бензины.

6. В пяти регионах САР: Южном, Северном, Центральном, Западном и Восточном бензины подвергают хранению в подземных хранилищах в течение от 4-х до 7 лет, установлены изменения состава и свойств со временем их хранения.

7. При хранении бензинов длительное время в подземных резервуарах происходит их электризация, накопление смол, повышение плотности и ароматических углеводородов. Закономерности этих процессов описаны с помощью кинетических и параметрических уравнений адекватных опытным данным.

8. Установлено, что закономерности изменения свойств и химического состава бензинов в подземных резервуарах в Южном, Северном, Центральном, Западном и Восточном регионах не меняются и следуют одним и тем же параметрическим и кинетическим уравнениям. Плотность бензинов в подземных хранилищах меняется в ряду: Ю>ВЦ=С.

9. При хранении бензинов в подземных хранилищах меняется фракционный состав, что отражается в изменении разности температур выкипания фракций со временем. Изменение Дt со временем хранения бензинов до 670 суток имеет полиэкстремальный вид.

10. Свойства и химический состав бензинов в подземных хранилищах при длительном их хранении меняются по глубине расположения слоёв бензинов. В резервуарах снижается содержание АрУВ, МОЧ и ИОЧ, растёт остаток, снижается плотность и содержание олефинов сверху вниз по глубине бензина. Созданы параметрические уравнения, связывающие свойства и состав бензинов с глубиной расположения слоёв бензина в резервуарах.

11. Получены параметрические уравнения для расчета ИОЧ=f(l) и CАрУВ= f(l), которые адекватны опытным закономерностям.

12. Показано, что водные растворы, накопленные в резервуарах, содержат растворенные соли, ионы железа и имеют кислотную среду.

13. Рекомендовано качество бензинов, выгруженных из подземных резервуаров, повышать с помощью композиционной присадки. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине с композиционной присадкой, понижают выбросы СО, УВ, канцерогенных веществ в окружающую среду, имеют более высокий КПД, снижается дымность выхлопных газов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М., Сваровская Н.А. Изменение свойств товарных бензинов во времени и по глубине слоя при хранении в резервуарах /Сб. тр. РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина «Основные направления научных исследований кафедры физической и коллоидной химии». - М.: Нефть и газ. - 2009. - С. 41- 44.

2. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М., Гусейнов Р.И., Герби А. Связь октанового числа бензиновой фракции с содержанием ароматических углеводородов //Химия и технология топлив и масел. - 2007. - № 6. - С. 45-47.

3. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М. Изменение свойств товарных бензинов в среде их хранения в подземных хранилищах /Тез. док. 7-ой НТК «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007. - С. 15-16.

4. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М. Закономерности изменения свойств бензинов при хранении //Химия и технология топлив и масел. - 2007. - №4. - С. 19-21.

5. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М., Сваровская Н.А., Винокуров В.А. Закономерности изменения свойств товарных бензинов при хранении в подземных хранилищах /Сб. тр. «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» - М.: Техника ТУМА ГРУПП, 2008. - С. 118-119.

6. Осман Бурхан Абд Аль Мажид Физико-химические свойства бензинов, их эксплуатация и хранение в подземных хранилищах (монография). - М.: ФГУП, Изд-во «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2008 - 212 с.

7. Осман Бурхан Абд Аль Мажид Изменение свойств бензинов при хранении в подземных хранилищах //Химия и технология топлив и масел. - 2008. - №5. - С. 10-12.

8. Бурхан Осман, Колесников И.М. Изменение физико-химических свойств товарных бензинов в условиях длительного хранения в подземных хранилищах //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006. - №12. - С. 24-25.

9. Осман Бурхан, Колесников И.М, Зубер В.И., Олтырев А.Г., Связь октанового числа с физико-химическими параметрами бензинов //Технологии нефти и газа. - 2008. - №6. - С. 21-25.

10. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М, Сваровская Н.А. Изменение основных эксплуатационных свойств бензинов в условиях подземного хранения //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2009. - №2. - С. 36-37.

11. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М, Сваровская Н.А. Закономерности изменения свойств бензинов при хранении в подземных хранилищах //Технологии нефти и газа. - 2009. - №6. - С.40-42.

12. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М. Кинетика накопления гидропероксидов в сухом и увлажненном бензине //Технологии нефти и газа. - 2009. - №4. - С. 35-38.

13. Осман Бурхан Абд Аль Мажид, Колесников И.М., Сваровская Н.А. Изменения свойств товарных бензинов во времени и по глубине слоя при хранении в резервуарах /Сб. тр. «Основное направление научных исследований кафедры физической химии». - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. - 2009. - В. 2. - С. 41-44.

Размещено на Allbest.ru