ОБРАБОТКА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ

Под воздействием внешних факторов молекулы углеводородов бензина начинают

взаимодействовать   друг   с   другом,   образуя   надмолекулярные   углеводородные   группы.
Данные   надмолекулярные   структуры   в   двигателе   внутреннего   сгорания   не   сгорают
полностью. В результате они выбрасываются в атмосферу в виде вредных компонентов
отработавших   газов   двигателя   и/или   накапливаются   в   виде   углеродно-шлаковых
отложений.   При   прохождении   топлива   через   микроволновое   поле   его   структура
меняется,   вследствие   чего   топливо   сгорает   более   быстро  и  эффективно.   В   работе
исследовано   изменение   эксплуатационных   характеристик   товарных   бензинов   при
воздействии   на   них   микроволнового   излучения,   и   подобраны   параметры   такого
воздействия.

Автомобильное топливо в двигателе внутреннего сгорания в короткий

промежуток времени, как правило, не может сгореть полностью. Одной из причин

является то, что под воздействием внешних факторов отдельные молекулы

углеводородов, которые являются основой топлива, начинают взаимодействовать

друг с другом, и таким образом образуют надмолекулярные углеводородные

группы - "ассоциаты". Данные надмолекулярные структуры в двигателе

внутреннего сгорания не сгорают полностью и в результате они выбрасываются в

атмосферу в виде вредных компонентов отработавших газов двигателя и/или

накапливаются в виде углеродно-шлаковых отложений. При прохождении топлива

через микроволновое поле структура топлива меняется, так как устройство

рассеивает образовавшиеся "ассоциаты" на отдельные молекулы, при этом

позитивно выстраивает их пространственную структуру, вследствие чего топливо

сгорает более быстро и эффективно.

Данная работа имеет целью исследовать поведение низкооктановой и

высокооктановой марок бензина при воздействии на них микроволнового

излучения и подобрать параметры такого воздействия. Для выбора параметров

микроволновой обработки были выбраны марки товарных бензинов А-76 и АИ-95

Рязанской нефтеперерабатывающей компании (РНПК), свойства которых

представлены в табл. 1 и 2. В исследованиях по поиску оптимальных параметров

_____________________________________________________________________________



обработки были взяты эти марки товарных бензинов, как крайние случаи наиболее

низко- и высокооктановых марок автомобильных бензинов, распространенных

сегодня на отечественном потребительском рынке.

Таблица 1

Автомобильный бензин А-76

Рязанской нефтеперерабатывающей компании по ГОСТ 2084-77

Показатель

Значение

Плотность при 20°С, кг/м

714

Детонационная стойкость:
ОЧМ

76,4

ОЧИ

80,2

Содержание свинца, г/дм

отсутствие

Фракционный состав:
температура начала перегонки бензина, °С

10 % бензина перегоняется при температуре, °С

50 % бензина перегоняется при температуре, °С

108

90 % бензина перегоняется при температуре, °С

172

Конец кипения бензина, °С

187

Остаток в колбе, %

0,7

Остаток и потери, %

2,8

Давление насыщенных паров бензина, кПа

66,0

Кислотность, мг КОН/100 м

0,4

Содержание фактических смол, мг/100 см

2,7

Содержание серы, % масс.

0,08

Индукционный период, мин

1240

Испытание на медной пластинке

выдерживает

Содержание водорастворимых кислот и щелочей,
механических примесей и воды

отсутствие

1. Исследование микроволновой обработки товарного бензина А-76

Микроволновая печь позволяла проводить исследования при различном

времени обработки и четырех мощностях излучения: 231, 385, 539 и 700 Вт. В

экспериментах нами ограничивались время контакта и мощность излучения таким

образом, чтобы не допустить нагрева образцов выше 50°С. Микроволновая

обработка проводилась в герметично закрытых бюретках с целью не допустить

испарения легких фракций бензина. Далее бюретки охлаждались в криостате до

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

температуры не выше 20°С, после чего отбиралась проба бензина для оценки

октанового числа. При выборе оптимальных параметров микроволнового

облучения в исследованиях мы руководствовались исключительно

происходящими изменениями в октановом числе автомобильного бензина.

Таблица 2

Автомобильный бензин АИ-95

Рязанской нефтеперерабатывающей компании по ГОСТ 2084-77

Показатель

Значение

Плотность при 20°С, кг/м

741

Детонационная стойкость:
ОЧМ

85,2

ОЧИ

95,1

Содержание свинца, г/дм

отсутствие

Фракционный состав:
температура начала перегонки бензина, °С

10 % бензина перегоняется при температуре, °С

50 % бензина перегоняется при температуре, °С

114

90 % бензина перегоняется при температуре, °С

177

Конец кипения бензина, °С

202

Остаток в колбе, %

1,2

Остаток и потери, %

3,3

Давление насыщенных паров бензина, кПа

65,9

Кислотность, мг КОН/100 м

1,7

Содержание фактических смол, мг/100 см

3,6

Содержание серы, % масс.

0,02

Индукционный период, мин

1120

Испытание на медной пластинке

выдерживает

Содержание водорастворимых кислот и щелочей,
механических примесей и воды

отсутствие

На рис. 1. показаны изменения октанового числа при мощности излучения

231 Вт. Время микроволновой обработки с целью не допустить перегрева образца

топлива составляло от 1 до 6 минут.

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Как видно из представленного рис. 1, рост октанового числа достигает 0,5

единиц по ОЧМ и 0,7 единиц по ОЧИ, что находится за пределами ошибки

прибора. При времени обработки 2 мин. графики выходят «на плато», т.е. не

происходит дальнейшего роста октанового числа при увеличении времени

микроволнового облучения.

без

бра

бот

ки

Время обработки, мин

кта

нов

ое

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 1. Изменение октанового числа товарного бензина А-76

при мощности облучения 231 Вт

На рис. 2, 3 и 4 представлены результаты исследований октанового числа

бензина при различных вариантах мощности микроволнового облучения: 385, 539

и 700 Вт соответственно. Время микроволновой обработки образцов бензина

побиралось таким образом, чтобы затраченная мощность (Вт*мин)

микроволновой обработки была одинакова.

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

бе

з о

бр

аб

от

ки

0,6

1,2

1,8

2,4

3,6

Время обработки, мин

кт

ан

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 2. Изменение октанового числа товарного бензина А-76

при мощности облучения 385 Вт

бе

з о

бр

аб

от

ки

0,4

0,9

1,3

1,7

2,1

2,6

Время обработки, мин

кт

ан

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 3. Изменение октанового числа товарного бензина А-76

при мощности облучения 539 Вт

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

бе

з о

бр

аб

от

ки

0,3

0,7

1,0

1,3

1,7

2,0

Время обработки, мин

кт

ан

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 4. Изменение октанового числа товарного бензина А-76

при мощности облучения 700 Вт

При сравнении графиков, представленных на рис. 1-4, можно заметить, что

наилучшие результаты по приросту октанового числа демонстрирует рис. 4, на

котором представлены результаты исследований с максимальной мощностью /

минимальным временем микроволновой обработки образца бензина.

Максимальный прирост октанового числа достигает 0,6 единиц по ОЧМ и 0,9

единиц по ОЧИ.

Представленные результаты сведены в табл. 3, в которой рассчитана

мощность микроволновой обработки образцов бензина, выраженная в Вт/л

топлива.

Как показано в табл. 3., оптимальная мощность, потраченная на обработку

бензина, составляет 231 Вт/л. При этом наилучшие результаты (выделены

подчеркиванием) показывает режим облучения с максимальной мощностью

излучения (700 Вт) и минимальным временем обработки (1 мин) образца бензина

(далее – Режим обработки 1).

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Таблица 3

Изменение октанового числа товарного бензина А-76

при различных вариантах микроволновой обработки

Мощность

на

обработку,

Вт/л

бензина

ОЧМ при мощности

излучения:

ОЧИ при мощности

излучения:

231

Вт

385

Вт

539

Вт

700

Вт

231

Вт

385

Вт

539

Вт

700

Вт

без

обработки

76,4

80,2

76,5

80,3

154

76,9

80,9

231

76,9

80,9

81,1

308

76,9

80,9

81,1

385

76,9

80,9

81,1

462

76,9

80,9

81,1

В следующей таблице показано влияние микроволновой обработки на

другие эксплуатационные свойства товарного бензина. Исследования по влиянию

микроволнового излучения на эксплуатационные свойства товарного топлива

проводились только при одном режиме микроволнового облучения – Режиме

обработки 1, показавшем наилучшие результаты по приросту октанового числа

товарного бензина.

Как показывает таблица 4, помимо изменения детонационной

характеристики бензина А-76, наблюдается небольшое изменение фракционного

состава (снижение температуры перегонки 50% фракции на 2°С), а также немного

растет давление насыщенных паров (ДНП) бензина. Эти явления связаны, по-

видимому, с разрушением надмолекулярных структур в товарном топливе и

упорядочением структуры топлива, в результате чего происходит высвобождение

легких фракций в структуре топлива и незначительный рост ДНП.

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Таблица 4

Влияние микроволновой обработки на эксплуатационные свойства товарного

бензина А-76 Рязанской нефтеперерабатывающей компании

Показатель

по ГОСТ

2084-77

для

летнего топлива

Фактическое значение

без

обрабо

тки

режим обработки 1

отклонение

Плотность при 20 °С, кг/м

не нормируется

714

нет

Детонационная стойкость:
ОЧМ

не менее 76

76,4

+0,6

ОЧИ

не нормируется

80,2

81,1

+0,9

Содержание свинца, г/дм

не более 0,013

отсутствие

Фракционный состав:
температура начала перегонки
бензина, °С

не ниже 35

нет

10 % бензина перегоняется при
температуре, °С

не выше 70

нет

50 % бензина перегоняется при
температуре, °С

не выше 115

108

106

-2

90 % бензина перегоняется при
температуре, °С

не выше 180

172

нет

конец кипения бензина, °С

не выше 195

187

нет

Остаток в колбе, %

не более 1,5

0,7

нет

Остаток и потери, %

не более 4

2,8

2,7

-0,1

Давление насыщенных паров
бензина, кПа

не более 66,7

66,0

66,2

+0,2

Кислотность, мг КОН/100 м

не более 1

0,4

нет

Содержание фактических смол,
мг/100 см

не более 5

2,7

нет

Содержание серы, % масс.

не более 0,1

0,08

нет

Индукционный период, мин

не менее 1200

1240

нет

Испытание на медной
пластинке

выдерживает

нет

Содержание водорастворимых
кислот и щелочей,
механических примесей и воды

отсутствие

нет

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

2. Исследование микроволновой обработки товарного бензина АИ-95

Условия проведения экспериментов с товарным бензином АИ-95

Рязанской нефтеперерабатывающей компании были такими же, как и в

предыдущих исследованиях. Аналогично в экспериментах нами ограничивались

время контакта и мощность излучения таким образом, чтобы не допустить

нагрева образцов выше 50°С. При выборе оптимальных параметров

микроволнового облучения в исследованиях мы руководствовались

исключительно происходящими изменениями в октановом числе автомобильного

бензина.

На рис. 5. показаны изменения октанового числа при мощности излучения

231 Вт. Время микроволновой обработки составляло от 1 до 6 минут.

бе

з о

бр

або

тки

Время обработки, мин

кт

ано

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 5. Изменение октанового числа товарного бензина АИ-95

при мощности облучения 231 Вт

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Как видно из представленного рис. 5, прирост октанового числа достигает

1,1 единиц как по ОЧМ, так и по ОЧИ, что находится за пределами ошибки

прибора. При времени обработки 3 мин. графики, так же как и в случае с

бензином АИ-91, выходят «на плато», т.е. не происходит дальнейшего роста

октанового числа при увеличении времени микроволнового облучения.

Сравнение результатов облучения бензина АИ-95

Рязанской

нефтеперерабатывающей компании с низкооктановыми марками товарных

бензинов и бензином марки АИ-91, представленных ранее, показывает, что

микроволновая обработка данного бензина при мощности сигнала 231 Вт

оказывает значительно более существенное влияние на бензин АИ-95 после 3-х

минутной обработки с позиции прироста октанового числа. Это, по-видимому,

связано с наличием, в первую очередь, ароматических компонентов в составе этой

марки бензина, поскольку базовыми компонентами данного бензина на Рязанской

нефтеперерабатывающей компании служит бензины каталитического крекинга и

риформинга. Более подробно влияние микроволновой обработки различных

компонентов товарных бензинов в зависимости от происхождения будет

рассмотрено в следующей главе.

На рис. 6, 7 и 8 представлены результаты исследований октанового числа

бензина АИ-95 при различных вариантах мощности микроволнового облучения:

385, 539 и 700 Вт соответственно. Время микроволновой обработки образцов

бензина побиралось таким образом, чтобы затраченная мощность (Вт*мин)

микроволновой обработки была одинакова.

При сравнении графиков, представленных на рис. 5-8, можно заметить, что

при проведенном исследовании с товарным бензином АИ-95 характер

зависимости прироста октанового числа от мощности/времени микроволновой

обработки образца бензина практически повторяет характер кривых, полученных

при исследованиях с бензином АИ-91 того же завода. Максимальный прирост

октанового числа достигает 1,1 единиц как по ОЧМ, так и по ОЧИ.

Представленные результаты сведены в табл. 5, в которой рассчитана

мощность микроволновой обработки образцов бензина, выраженная в Вт/л

топлива.

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

бе

з о

бр

аб

от

ки

Время обработки, мин

кт

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 6. Изменение октанового числа товарного бензина АИ-95

при мощности облучения 385 Вт

бе

з о

бр

аб

от

ки

0,4

0,9

1,3

1,7

2,1

2,6

Время обработки, мин

кт

ан

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 7. Изменение октанового числа товарного бензина АИ-95

при мощности облучения 539 Вт

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

бе

з о

бр

аб

от

ки

0,3

0,7

1,0

1,3

1,7

2,0

Время обработки, мин

кт

ан

чи

сл

ОЧМ
ОЧИ

Рисунок 8. Изменение октанового числа товарного бензина АИ-95

при мощности облучения 700 Вт

Таблица 5

Изменение октанового числа товарного бензина АИ-95

при различных вариантах микроволновой обработки

Мощность на

обработку,

Вт/л бензина

ОЧМ при мощности

излучения:

ОЧИ при мощности

излучения:

231

Вт

385

Вт

539

Вт

700

Вт

231

Вт

385

Вт

539

Вт

700

Вт

без обработки

85,2

95,1

85,2

95,1

95,2

154

85,2

95,2

231

86,3

96,2

308

86,3

96,2

385

86,3

96,2

462

86,3

96,2

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Как показано в табл. 5, минимальная мощность, потраченная на обработку

бензина, составляет 231 Вт/л для максимального прироста ОЧ как по

исследовательскому, так и по моторному методам (далее – Режимы обработки 2).

Наилучшие результаты выделены подчеркиванием.

В следующей таблице показано влияние микроволновой обработки на

другие эксплуатационные свойства товарного бензина. Исследования по влиянию

микроволнового излучения на эксплуатационные свойства товарного топлива

проводились только при одной мощности микроволнового облучения на единицу

объема топлива – Режиме обработки 2, показавшем наилучшие результаты по

приросту октанового числа товарного бензина АИ-95, при этом по аналогии с

предыдущими исследованиями с низкооктановыми марками автомобильных

бензинов был выбран режим с максимальной мощностью излучения 700 Вт и

минимальным временем обработки – 1 мин.

Как показывает таблица 6, помимо изменения детонационной

характеристики бензина АИ-95, так же как и с бензином АИ-92 того же завода,

наблюдается небольшое изменение фракционного состава (снижение температуры

перегонки 10 и 50% бензина на 1 и 4°С соответственно), а также немного растет

давление насыщенных паров (ДНП) бензина. Эти явления связаны, по-видимому, с

разрушением надмолекулярных структур в товарном топливе и упорядочением

структуры топлива, в результате чего происходит высвобождение легких фракций в

структуре топлива и незначительный рост ДНП.

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

Таблица 6

Влияние микроволновой обработки на эксплуатационные свойства

товарного бензина АИ-95 Рязанской нефтеперерабатывающей компании

Показатель

по ГОСТ 2084-77 для

летнего

топлива

Фактическое значение

без обработки

режим об

работки

отклонение

Плотность при 20°С, кг/м

не нормируется

741

нет

Детонационная стойкость:
ОЧМ

не менее 82,5

85,2

86,3

+1,1

ОЧИ

не менее 91

95,1

96,2

+1,1

Содержание свинца, г/дм

не более 0,013

отсутствие

Фракционный состав:
температура начала
перегонки бензина, °С

не ниже 35

нет

10 % бензина перегоняется
при температуре, °С

не выше 75

-1

50 % бензина перегоняется
при температуре, °С

не выше 120

114

110

-4

90 % бензина перегоняется
при температуре, °С

не выше 180

177

нет

конец кипения бензина, °С

не выше 205

202

нет

Остаток в колбе, %

не более 1,5

1,2

нет

Остаток и потери, %

не более 4

3,3

нет

Давление насыщенных паров
бензина, кПа

не более 66,7

65,9

66,0

+0,1

Кислотность, мг КОН/100 м

не более 3

1,7

нет

Содержание фактических
смол, мг/100 см

не более 5

3,6

нет

Содержание серы, % масс.

не более 0,1

0,02

нет

Индукционный период, мин

не менее 900

1120

нет

Испытание на медной
пластинке

выдерживает

нет

Содержание
водорастворимых кислот и
щелочей, механических
примесей и воды

отсутствие

нет

_____________________________________________________________________________



Нефтегазовое дело, 2007

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие

выводы:

1. Микроволновая обработка товарных автомобильных бензинов

оказывает влияние на их физико-химические и эксплуатационные свойства.

2. Микроволновая обработка оказывает более существенное влияние на

прирост октанового числа высокооктановых марок бензинов, нежели на

низкооктановые, что, по-видимому, связано с наличием углеводородных групп,

подверженных более сильному влиянию микроволнового поля.

3. Микроволновая обработка незначительно облегчает фракционный

состав товарных бензинов, снижая температуры перегонки 10 и 50% бензина.

4. Микроволновая обработка незначительно повышает давление

насыщенных паров товарных бензинов, что коррелируется со снижением

температуры перегонки бензина.

_____________________________________________________________________________

