Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

В настоящее время производства нефтеперерабатывающей отрасли ориентированы на выпуск бензинов и дизельных топлив в соответствии с категориями качества Евро 4 и Евро 5. Набор технологий, обеспечивающих выпуск перечисленных топлив, существенно влияет на рентабельность предприятий [5].

Компьютерные программы моделирования химико-технологических систем являются современным инструментом расчета оптимальных технологических параметров, что особенно актуально в ситуации изменения качества сырья. Возможность прогнозирования характеристик товарных продуктов позволяет осуществлять оптимальное управление качеством продуктов в режиме реального времени.

Обязательному контролю и указанию в паспорте продукции в соответствии с Техническим регламентом [9] подлежат следующие температурные характеристики: у дизельных топлив – температура вспышки в закрытом тигле, предельная температура фильтруемости (ПТФ); у топочного мазута – температура вспышки в открытом тигле ; у топлив для реактивных двигателей – температура начала кристаллизации tкрист, температура замерзания tзаст, , у авиационного бензина – tкрист; у судового топлива – . Температуру начала кристаллизации часто оценивают по температуре помутнения tпом. Расчёт перечисленных температурных характеристик посредством компьютерных программ либо недостаточно точен, либо невозможен, в связи с чем осложняется интерпретация результатов моделирования и оптимизации.

Согласно данным [11], существуют следующие взаимосвязи:

–

–

–

Авторами выполнен анализ существующих уравнений для расчёта температур вспышки, замерзания, фильтруемости, помутнения по плотности и фракционному составу. Целью данного исследования является выбор существующих и разработка новых адекватных методов расчёта эксплуатационных характеристик моторных топлив.

Существует несколько уравнений расчёта tвсп дизельного топлива.

Вычисления tвсп по линейной зависимости [10] от цетанового числа по формуле (1) свидетельствуют о большей погрешности расчётов для зимнего дизельного топлива (табл. 1) согласно значениям дисперсий воспроизводимости S, определяемым по формуле (2) [8]:

tвсп = 0,675∙A + 30,8, (1)

где А − цетановое число.

(2)

где n – число экспериментальных точек; – расчётное значение в точке i; – среднее арифметическое экспериментальное значение.

Таблица 1

Сравнительные значения температур вспышки (°С) для прямогонных дизельных фракций, полученных в летнем и зимнем режиме

Примечание. Здесь и далее ΔТ – абсолютная погрешность, °С.

Авторами сопоставлены результаты расчётов tвсп как функции плотности и отдельных характеристик фракционного состава несколькими способами [1, 2, 12].

1.

(3)

где tн.к – температура выкипания 1,5 % нефтепродукта по ИТК, °С.

Формула (3) используется для определения температуры вспышки в интервале от 20 до 300 °С по ГОСТ 6356-75 [5] и ГОСТ 4333-87 [2] для остатков перегонки сернистых и высокосернистых нефтей.

2.

(4)

где °R.

Здесь все температуры – в °R [10].

3. :

(5)

Здесь [t10 %, tвсп] = °F [10].

Сравнительный расчёт температур вспышки формулами (3)–(5) показал, что наиболее точные результаты (табл. 2) получены по уравнению (5).

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 [3], среднеквадратическая погрешность расчёта температуры вспышки жидкостей должна составлять не более 13 °С.

Таблица 2

Сравнительные результаты расчётов температур вспышки (°С) для прямогонных дизельных фракций, полученных в зимнем режиме

Авторами исследована взаимосвязь температуры фильтруемости с плотностью и температурами выкипания узких фракций. Установлено, что наибольшая достоверность аппроксимации характерна для математических выражений, описывающих зависимость вида ПТФ = f(t50–10 %) (рисунок).

Зависимость температуры фильтруемости от разности температур выкипания 50 и 10 % фракции

Для tзаст существует уравнение расчёта через вязкость [7]:

(6)

Таблица 3

Сравнительные значения температур застывания прямогонных дизельных фракций

Уравнение (6) справедливо для дизельных топлив, газойлей и керосинов (для последних – температура кристаллизации) с вязкостью ν50 от 1 до 30 мм2/с.

Для температур застывания и помутнения достоверными считаются результаты, имеющие 95 % уровень доверительной вероятности (ГОСТ 5066-91 [4]). Отклонение дисперсии воспроизводимости от среднеарифметического экспериментального значения температуры составляет 23 %. Таким образом, расчётные температуры застывания соответствуют экспериментальным на 77 %.

Авторами получены уравнения регрессии, описывающие зависимость tпом от плотности ρ, фракционного состава (t10 %, t50 %, t90 %) дизельного топлива с помощью МНК [6]. По результатам корреляционного анализа установлено, что связь между факторами и переменной состояния для зимних и летних данных различна.

В частности, для летних прямогонных дизельных фракций получены следующие 3-факторные уравнения регрессии:

(7)

(8)

здесь x1 – t10 %, °С; x2 – t50 %, °С; x3 – ρ, кг/м3; у – tпом, °С.

Выполнена проверка точности расчёта уравнениями (7), (8) температур помутнения летних прямогонных дизельных фракций (табл. 3).

Таблица 4

Результаты расчётов температур помутнения дизельных топлив

Примечание. Здесь , t10 %, t50 %, t90 %, = [°С]; ρ = [кг/м3].

Выполнен анализ уравнений расчета свойств дизельных топлив, определены адекватные уравнения расчета Тзаст и Твсп. Авторами разработаны адекватные уравнения расчета Тпом и ТПТФ.

Полученный набор уравнений может использоваться для экспресс-методов определения эксплуатационных свойств. Особую ценность данные методы расчета представляют для использования в компьютерных программах для моделирования и проектирования химико-технологических процессов переработки нефти и для разработки алгоритмов управления процессами, основанных на математических моделях.

Работа выполнена в рамках государственного задания «Наука» по теме 3.2702.2011.

Рецензенты:

Косинцев В.И., д.т.н., профессор-консультант кафедры общей химической технологии Института природных ресурсов, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;

Ивашкина Е.Н., д.х.н., доцент кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.