Снежко Даниил Николаевич. Разработка нового вида газового моторного топлива на основе легких углеводородов

Краткое описание

Снежко Даниил Николаевич. Разработка нового вида газового моторного топлива на основе легких углеводородов : диссертация... канд. техн. наук : 05.17.07 Москва, 2007 151 с. РГБ ОД, 61:07-5/3279

Наз^но-исследовательский институт
природных газов и газовых технологий
(ВНИИГАЗ)
На правах рукописи
Снежко Даниил Николаевич
РАЗРАБОТКА НОВОГО ВИДА ГАЗОВОГО МОТОРНОГО ТОПЛИВА
НА ОСНОВЕ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Специальность: 05.17.07 - Химия и технология топлив и специальных
продуктов
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: к.т.н., Мамаев А.В.
Москва-2007
Оглавление
Список сокращений 3
Введение 4
Глава 1 Литературный обзор 6
1.1. Общая характеристика газовых моторных топлив 6
1.2 Показатели качества сжиженных углеводородных газов, перспективные исследования в области
разработки новых видов моторных топлив в России и других странах 9
1.3. Современные принципы математического моделирования трехфазных многокомпонентных
систем 21
Глава 2 Экспериментальная часть 48
2.1 Приготовление углеводородных смесей и их лабораторные исследования 48
2.2 Пазначение экспериментального стенда, состав оборудования и методика проведения стендовых
испытаний 51
2.3. Проведение полигонных испытаний этан-бутанового топлива 60
Глава 3 Обсуждение результатов 64
3.1 Математическое моделирование состава смеси легких углеводородов и определение ее физико-
химических свойств при получении нового вида газового топлива 64
3.2 Экспериментальное изучение образцов нового вида топлива 91
3.3 Полигонные исследования нового видаГМТ 99
3.4 Технико-экономические расчеты возможности получения нового вида газового моторного
топлива на обьектах нефтегазопереработки 110
3.4.1 Проект организации производства нового вида ГМТна Оренбургском гелиевом заводе .111
3.4.2 Проект организации производства нового вида ГМТна Мыльдэкинском ГП 116
3.4.3 Технологические расчеты возможности получения нового газового моторного топлива на
примере Якутского газоперерабатывающего завода 127
3.5. Организация выпуска нового вида моторного топлива на Якутском ГПЗ 138
Заключение 139
Список используемой литературы 141
Приложение А 150
Список сокращений
АГЗС - автогазозаправочная станция
БТ - бутан технический
ВНР - внутренняя норма рентабельности
ГМТ - Газовое моторное топливо
ГП - установка промысловой подготовки газа
ГПЗ - газоперерабатывающий завод
ГРС - газораспределительная станция
две -двигатель внутреннего сгорания
ДНП -давление насыщенных паров
КИТ - комплексная испытательная трасса
ЛАТР - лабораторный автотрансформатор
МО - Министерство Обороны РФ
НДС - налог на добавленную стоимость
НПЗ -нефтеперерабатывающий завод
НПК - нефтеперерабатывающая компания
ОГЗ - Оренбургский гелиевый завод
ОГП - 0 0 0 «Оренбурггазпром»
ПА - пропан автомобильный
ПБА - пропан-бутан автомобильный
ПЕТ - пропан-бутан технический
ПБФ - пропан-бутановая фракция
ПТ - пропан технический
ПХЦ - пропановый холодильный цикл
СГПЗ - Сосногорский газоперерабатывающий завод
СЗСК - Сургутский завод стабилизации конденсата
СПБТ - сжиженный пропан-бутан технический
СУГ - Сжиженные углеводородные газы
УДСК - установка деэтанизации и стабилизации конденсата
УКПГ - установка комплексной подготовки газа к транспорту
УУПКТ - Уренгойское управление подготовки конденсата к транспорту
ЧДД -чистый дисконтируемый доход
ШФЛУ - щирокая фракция легких углеводородов
Введение
В настоящее время на рынке моторного топлива РФ особенно актуальной
является проблема эксплуатации штатных образцов газового моторного топлива в
условиях низких температур Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока.
В Российской Федерации в последние годы динамично развивается сегмент
рынка сжиженных углеводородных газов (СУГ), используемых в качестве моторного
топлива (ГМТ). Рост спроса на сжиженные углеводородные газы в автомобильном
секторе в настоящее время составляет 7-10% в год и обусловлен более низкими ценами
и лучшими экологическими показателями по сравнению с автобензинами.
Однако использование классических образцов ГМТ (марок ПА, ПБА) при
температуре ниже минус 30 °С в регионах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего
Востока имеет ряд технических ограничений. Это обусловлено низким давлением
насыщенных паров углеводородов, входящих в состав газового моторного топлива.
Предлагаемое к применению газовое моторное топливо допускается использовать при
температурах от минус 55 °С до плюс 45 °С. Новый вид газового моторного топлива,
содержащий до 90 % масс, бутановой фракции и 5-^17 % этана, по сравнению со
штатными образцами, обладает более высокой теплотой сгорания и, как следствие,
более экономичен в эксплуатации.
Основной целью исследования является разработка новой рецептуры газового
моторного топлива, удовлетворяющего следующим требованиям:
• использование в условиях низких температур на существующем оборудовании
автогазозаправочных станций и газобаллонном оборудовании автомобиля;
• обеспечение относительного постоянства физико-химических характеристик
моторного топлива как при подаче в двигатель внутреннего сгорания, так и в
автомобильном баллоне при эксплуатации автомобиля;
• взрывобезопасность и обеспечение показателей калорийности и расхода топливной
смеси в рабочих пределах классических топлив - пропана автомобильного и
пропан-бутана автомобильного.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие
основные задачи:
• исследование теплофизических и эксплуатационных характеристик газовых
моторных топлив;
• построение математической модели циклического изменения физико-химических
свойств нового вида ГМТ при эксплуатации действующего газобаллонного
оборудования;
• создание экспериментального стенда для проведения испытаний ГМТ;
• проведение стендовых и полигонных исследований нового вида ГМТ;
• проведение опытных пробегов, отработка режимов и наработка опытной партии
нового вида ГМТ на Якутском ГПЗ с целью последующей постановки на
производство данной продукции.
Научная новизна работы заключается в следующем:
По результатам теоретического анализа физико-химических свойств СУГ при
низких температурах, характерных для районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего
Востока, разработана рецептура нового вида ГМТ. С использованием уравнения
состояния Пател-Тея создана динамическая математическая модель, описывающая
циклическое изменение физико-химических свойств ГМТ в объеме автомобильного
баллона в процессе эксплуатации автотранспортного средства. Выполнено
экспериментально-аналитическое обоснование эксплуатационных характеристик и
возможности использования новой композиции СУГ в условиях низких температур.
На защиту выносится:
• Рецептура нового газового моторного топлива, применение которого возможно в
регионах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока в условиях низких
температур;
• Математическая модель, описывающая свойства нового вида ГМТ;
• Экспериментально-аналитическое обоснование эксплуатационных характеристик
нового вида ГМТ.
Эффективность предлагаемой рецептуры нового газового моторного топлива по
сравнению с традиционными топливами заключается в расширении температурного
диапазона эксплуатации и снижении расходных показателей.
Результаты работы могут быть использованы для производства нового вида
ГМТ на объектах нефтегазопереработки и на установках промысловой подготовки газа.
Практическое применение новый вид газового моторного топлива нащел в республике
САХА-Якутия. Проведенные исследования позволили организовать производство
нового вида моторного топлива на Якутском ГПЗ.

Список литературы

Заключение
1. Разработана новая композиция легких углеводородов на основе бутанов (80-85%
масс.) и этана (10-15% масс), которая при полном отсутствии пропана или его
уменьшенном содержании позволяет эксплуатировать автотранспортное средство при
температурах от минус 55 "С плюс 45 °С.
2. Разработана математическая модель, описывающая свойства нового топлива при
циклическом заполнении и опорожнении автомобильного баллона в процессе
эксплуатации. Выявлено относительное постоянство ДНП и состава жидкой фазы от
цикла к циклу в автомобильном баллоне в процессе эксплуатации двигателя на ГМТ.
3. Новое газовое моторное топливо превосходит существующие аналоги по таким
важнейшим физическим и эксплуатационным свойствам, как: низшая теплота сгорания
(на 12-24%), плотность (на 10-12%) и расходные показатели (расход топлива снижается
с 9,50 до 8,31 л/100 км при переходе с ПА на новый вид топлива).
4. Создан экспериментальный стенд для проведения испытаний газовых моторных
топлив на соответствие основным требованиям, предъявляемым к ГМТ российскими и
зарубежными нормативными документами. Проведенные исследования нового вида
ГМТ полностью подтвердили расчетные данные, полученные с использованием
динамической модели.
5. На экспериментальной трассе проведены полигонные испытания нового вида
ГМТ. Показано, что применение нового образца ГМТ приводит к улучшению
скоростных свойств и топливной экономичности автомобилей на 10-12%.
6. Проведены расчетные исследования возможности производства нового вида
ГМТ на Оренбургском ГЗ, Мыльджинской УКПГ и Якутском ГПЗ. На двух последних
объектах проведены опытно-промышленные испытания технологического процесса
производства нового вида ГМТ. Изменение режимов работы ректификационных
колонн позволило получить новый вид топлива заданного состава. Для получения
нового вида товарной продукции на Оренбургском ГЗ рассмотрена технологическая
схема установки смешения (компаундирования) этановой фракции и бутана
технического. Проведенные технико-экономические расчеты эффективности
производства нового вида газового моторного топлива на трех рассматриваемых
объектах показали коммерческую привлекательность проекта. Основные
экономические показатели производства нового вида ГМТ на Якутском ГПЗ составили:
Срок окупаемости 1,4 года
Чистый дисконтируемый доход 2,01 млн.$
139
Проведенные исследования позволили организовать производство нового вида
ГМТ на Якутском ГПЗ.
7. Учитывая положительные результаты испытаний, новый вид газового
моторного топлива рекомендуется к применению на автомобилях, оснащенных
газобаллонными установками.