Розробка технології одержання гомогенних бензино-етанольних композицій

Abstract

Дисертація присвячена питанням одержання гомогенних бензино-етанольних композицій, які є основою виробництва товарних сумішевих бензинів. Розроблено новий напрямок одержання гомогенних бензино-етанольних композицій із базового бензину та товарного етанолу з вмістом води 5-7 % мас. Встановлено, що бензин значно краще розчиняється в етанолі, ніж етанол – в бензині. Багатокомпонентна система “бензин–етанол–вода” в гомогенному стані описується трикутною діаграмою. Бінодальна крива, яка відділяє гомогенний стан системи від гетерогенного, для досліджуваної системи має специфічний характер. Ліва частина бінодальної кривої йде вздовж сторони трикутної діаграми, яка характеризує бінарну систему “умовний парафіно-нафтеновий вуглеводень –ароматичний вуглеводень”. Вода в багатокомпонентній системі в гетерогенній області виступає як четвертий компонент. Запропоновано технологію одержання гомогенної бензино-етанольної композиції створенням двофазної системи охолодженням. Одна із фаз є бензино-етанольною композицією з заданим вмістом етанолу, яка гомогенна до температури охолодження. З другої фази, яка містить приблизно 90 % етанолу, відділяють воду ректифікацією або адсорбцією на стаціонарному шарі модернізованого цеоліту КА або на кристалічному цеоліті КА, суспендованому в силіконовій рідині СПМ-300.Диссертация посвящена вопросам получения гомогенных бензино-этанольных композиций, которые могут служить основой товарных бензинов с содержанием 5-7 % об. этанола без применения антидетонаторов. Изучена взаимная растворимость индивидуальных углеводородов, их смесей и бензиновых фракций с этанолом в зависимости от молекулярной массы и природы углеводорода, а также бензиновых фракций с этанолом в зависимости от содержания в нем воды при температурах от –20 до +30 °С. Установлено, что углеводороды растворяются в этаноле в десятки раз лучше, чем этанол в углеводородах. Условно трехкомпонентная система «парафино-нафтеновый углеводород–ароматический углеводород–этанол (четвертый компонент – воду, и этанол принимаем за один компонент)» на треугольной диаграмме дает бинодальную кривую, разорванную на двух сторонах треугольника. Левая ветвь бинодальной кривой проходит при самой стороне треугольника, характеризующей бинарную систему углеводородов. Правая ветвь бинодальной кривой фактически разделяет концентрационное поле треугольной диаграммы на гетерогенное и гомогенное состояния системы. С уменьшением молекулярной массы углеводородных компонентов, уменьшением содержания воды в этаноле и увеличением температуры гомогенная зона увеличивается. Показано, что в гетерогенной зоне система, в отличие от классической схемы для трехкомпонентной системы, распадается на две фазы. Присутствие в гетерогенной области воды как четвертого компонента приводит к установлению равновесия между четырьмя компонентами – нафтено-парафиновым и ароматическим углеводородом, этанолом и водой. Из-за перераспределения воды и этанола, которые присутствуют в отдельных фазах, распад идет по правым ветвям бинодальных кривых, которые соответствуют системам с разным содержанием воды в этаноле, по правилу рычага. Установлено, что на состав сосуществующих фаз влияют температура и количество этанола в исходной смеси. Полученные данные о взаимной растворимости углеводородных смесей и этанола позволили создать процесс прямого получения гомогенной бензино-этанольной композиции из базового бензина и технического этанола и модернизировать существующие способы удаления воды из этанола. Процесс прямого получения гомогенной бензино-этанольной композиции заключается в том, что бензин и этанол (96 % об.) смешивают в определенных пропорциях и охлаждают до заданной температуры, в результате чего смесь распадается на две фазы. Одна из фаз – топливная композиция с заданным составом. Другая фаза – этанол (90–92 % об.) с примесью углеводородов, которую направляют на ректификацию для получения этанола (96 % об.) либо на адсорбционное осушивание. Предложено проводить модернизацию существующего адсорбционного процесса осушивания этанола путем добавления блока низкотемпературного фазового распределения бензино-этанольной смеси с получением гомогенной бензино-этанольной композиции заданного состава и этанольной фазы, обогащенной водой. Этанольную фазу направляют на адсорбционное осушивание, что обеспечит увеличение на 20-25 % рабочей емкости адсорбента (по воде). Предложен новый способ осушивания этанола суспензированным кристаллическим цеолитом КА, который работает по принципу абсорбции. В процессе азеотропной перегонки возможно также использование в качестве азеотропообразующего агента узких бензиновых фракций и даже товарного бензина. При использовании бензина получают не обезвоженный этанол, а бензино-этанольный концентрат, который можно использовать для приготовления товарных бензинов или как компонент бензина на автозаправочных станциях. The work deals with problems of homogeneous gasoline-ethanol compositions obtaining. These compositions form a basis for the production of commercial gasoline. This dissertation presents a new way of obtaining of homogeneous gasoline-ethanol compositions on the basic of gasoline and commercial ethanol containing 5-7 % of water. It is shown that gasoline dissolves much better in ethanol rather than ethanol in gasoline. It is established that multicomponent system gasoline-ethanol-water in homogeneous state can be described by triangle diagram. Binodal curve cut the system into two parts. The left part is located very close to the triangle line which characterizes a conventional binary system “paraffin-naphthene hydrocarbon-aromatic”. Water in heterogeneous area becomes a fourth component and is dissociated in two phases according to other rules than in the system of three components. The technology of homogeneous gasoline-ethanol two-phase composition is proposed using cooling of composition. If gasoline is appropriately prepared, first phase is a product. From the second phase containing 90 % of ethanol water is rectificated or adsorbed over stationary layer of KA modified zeolite or KA crystal zeolite suspended in SPM-300 silicone liquid.