СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА Н-АЛКАНОВ

Изобретение относится к области определения эксплуатационных характеристик веществ и материалов, в частности октановых чисел углеводородов, а также к области нефтепереработки, нефтехимии и химической технологии. Правильное и быстрое определение эксплуатационных характеристик вещества, основанное на результатах прямого измерения, резко сокращает время технических расчетов; делает возможным создание продуктов с заданными свойствами. Определение эксплуатационных характеристик моторных топлив, основанное на полученных ранее и проверенных данных, может быть эффективно использовано в компьютерных моделях производств нефтепереработки, нефтехимии и химической технологии.

Повсеместно применяется способ определения октанового числа бензинов исследовательским методом по ГОСТ 8226-82 «ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА» в диапазоне 100-110 пунктов, включающий испытание исследуемого продукта на установке, состоящей из карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, устройства измерения интенсивности детонации, сравнения интенсивности детонации исследуемого топлива с двумя эталонными топливами с известным октановым числом при степени сжатия, обеспечивающей средний уровень детонации при прочих равных условиях, причем в качестве эталонных топлив с известным октановым числом используют смеси толуола с изооктаном. Недостатками данного метода являются: обязательное использование эталонных образцов, дополнительное количество времени, затраченное на приготовление эталонных образцов, и неточное определение их детонационной стойкости, а также возможность различного рода ошибок, в том числе связанных с работой лабораторных установок типа УИТ-65, которые могут возникнуть в результате сравнения одного исследуемого образца с двумя эталонными, высокая стоимость специализированного аналитического оборудования.

Известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНА (2002131395/28; 22.11.2002; МПК G01N 27/22; автор: Кавтарадзе Альберт Иванович), относящийся к измерительной технике, который включает измерение температуры бензина и его диэлектрической проницаемости при этой температуре. Октановое число определяют в соответствии с зависимостью

где А - октановое число бензина,

X - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально,

ε - диэлектрическая проницаемость бензина,

α - температурный коэффициент, равный 2,5·10^-2, °С^-1,

Δt=(T-20)°C, где Τ - температура бензина, °С.

Данный способ обеспечивает снижение трудоемкости и уменьшение времени определения. Главным недостатком данного метода можно считать зависимость результата определения диэлектрической проницаемости от частоты сигнала, при которой производится измерение.

Также известны способы определения октановых чисел автомобильных бензинов, в которых в качестве информационных параметров для определения октанового числа образца используют диэлектрическую проницаемость (RU 2100803 С1; 22.12.1997; МПК G01N 27/22, G01N 33/22; авторы: Шатохин В.Н., Чечкенев И.В., Скавинский В.П. и др.) и резонансную частоту, которая зависит от диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости образца (RU 2196321 С2; 10.01.2003; МПК G01N 27/22; авторы: Пащенко В.М., Ванцов В.И., Чуклов B.C. и др.). Главным недостатком данных методов можно считать зависимость результата определения октанового числа как минимум от трех самостоятельных факторов.

При создании изобретения ставилась задача определения октанового числа н-алканов с помощью данных об удельной магнитной восприимчивости, что позволит сократить время определения параметра, сэкономить средства, а также обеспечить определение данных характеристик для ряда н-алканов С₂-С₁₀.

Вышеуказанная задача решается способом определения октанового числа н-алканов по исследовательскому методу, включающим измерение такого информационного параметра, как удельная магнитная восприимчивость и последующий расчет соответствующего значения октанового числа по эмпирической зависимости вида

где Ζ - октановое число по исследовательскому методу, ед;

χ - удельная магнитная восприимчивость, 10⁶, г^-1.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

- на первом этапе определяется значение удельной магнитной восприимчивости прямым измерением на приборе;

- на втором этапе по зависимости (2) определяется соответствие октановому числу измеренного значения удельной магнитной восприимчивости.

В рамках заявленного способа возможно решение обратной задачи - расчет удельной магнитной восприимчивости н-алканов по данным измерения октановых чисел. В этом случае будет наблюдаться следующий порядок действий:

- на первом этапе производят прямое измерение октанового числа стандартным исследовательским методом;

- на втором этапе по выражению (2) с известными эмпирическими коэффициентами рассчитывают значение удельной магнитной восприимчивости при нормальных условиях (давление атмосферное, температура 293 К).

Данный способ имеет универсальное применение для прогнозирования октановых чисел и удельной магнитной восприимчивости при получении продуктов с заданными свойствами, в том числе моторных топлив на основе углеводородов.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа. Самым удобным объектом для примера являются углеводороды ряда н-алканов с числом атомов углерода от 2 до 10, для которых октановые числа изучены наиболее полно [Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа: изд.-во «Гилем». - 2002. - 670 с.; Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов / Под ред. проф. В.М. Татевского /. - М.: Гостоптехиздат. - 1960. - 412 с.; Нефтепродукты. Свойства, качество, применение. Справочник. / Под ред. Лосикова Б.В. /. - M.: Химия, 1966. - 776 с.; Ергин Ю.В., Яруллин К.С. Магнитные свойства нефтей. - М.: Наука, 1979. - 200 с.]. Метан по некоторым показателям является исключением из общего ряда н-алканов из-за своих особенностей строения молекулы и связанных с этим специфических свойств, выбивающихся из общей корреляции. Ниже приводится расчет октанового числа по полученной зависимости (2) для н-гексана.

На первом этапе определяют удельную магнитную восприимчивость прямым измерением на приборе (таблица 1). На втором этапе по зависимости (2) рассчитывают значение октанового числа по исследовательскому методу.

Ζ=-8·10¹¹·0,8586⁵+3·10¹²·0,8586⁴-6·10¹²·0,8586³+5·10¹²·0,8586²-2·10¹²·0,8586+4·10¹¹=24,79

В таблице 1 приведены справочные данные по энергиям ионизации и некоторым эксплуатационным характеристикам углеводородов ряда н-алканов от метана до н-гептана.

Исследуя различия между экспериментальными и расчетными значениями в таблице 1, можно сделать вывод о том, что уравнение (2), описывающее корреляционную связь между ОЧИМ и удельной магнитной восприимчивостью с помощью полинома пятой степени, адекватно для требуемой математической модели.