На сегодняшний день дизельное топливо является наиболее крупнотоннажным моторным топливом, производимым российскими нефтеперерабатывающими предприятиями. Объемы производства и потребления дизельного топлива растут с каждым годом (2017 г. – 76,8 млн. тонн; 2018 г – 77,5 млн. тонн), значительная часть производимого дизельного топлива поставляется на экспорт [1, 2].
Основными качественными показателями дизельного топлива, строго регламентируемыми требованиями [3, 4], являются цетановый индекс и низкотемпературные свойства (температура помутнения, предельная температура фильтруемости и температура застывания). Существенной сложностью при производстве дизельного топлива является тот факт, что данные характеристики связаны между собой обратной зависимостью, улучшение низкотемпературных свойств непременно ведет к снижению цетанового индекса дизельного топлива и наоборот [5]. Возможность оперативного контроля данных показателей является крайне важной для любого производителя топлива.
Вместе с тем, большинство способов экспериментального определения низкотемпературных свойств и цетанового индекса дизельных топлив являются длительными, трудоемкими и характеризуются высокими погрешностями. Учитывая тренд на цифровизацию актуальным является разработка расчетных методов определения данных параметров. Эффективным инструментом для решения данной задачи является использованием статистических методов анализа.
Объект и методы исследования
Объектом исследования в работе выступили дизельные фракции, вовлекаемые в производство дизельных топлив на российских нефтеперерабатывающих заводах:
· Дизельная фракция летняя гидроочищенная (ДФ Л ГО);
· Дизельная фракция зимняя гидроочищенная (ДФ З ГО);
· Дизельная фракция арктическая гидроочищенная (ДФ А ГО);
· Дизельная фракция зимняя гидроочищенная и депарафинизированная (ДФ З ГО ДПФ);
· Дизельная фракция летняя прямогонная (ДФ Л ПГ);
· Дизельная фракция зимняя прямогонная (ДФ З ПГ);
· Дизельная фракция арктическая прямогонная (ДФ А ПГ).
Предметом исследования выступили плотность, фракционный состав, цетановый индекс и низкотемпературные свойства перечисленных фракций, определенные в заводских лабораториях нефтеперерабатывающих предприятий.
Для разработки расчетных способов определения цетанового индекса и низкотемпературных свойств использован метод множественного регрессионного анализа и программное обеспечение «STATISTICA» [6].
Результаты и обсуждение
Расчетные способы определения низкотемпературных свойств дизельных топлив
С использованием программного обеспечения «STATISTICA» были разработаны уравнения множественной регрессии для расчета низкотемпературных свойств дизельных фракций. Уравнения представлены в Таблице 1.
Таблица 1 – Уравнения множественной регрессии для расчета низкотемпературных свойств дизельных фракций
Где Тп – температура помутнения, °С; ПТФ – предельная температура фильтруемости, °С; Тз – температура застывания, °С; ФС Тнк – температура начала кипения, °С; ФС10% – температура отгона 10%-ной по объему фракции, °С; ФС50% – температура отгона 50%-ной по объему фракции, °С; ФС90% – температура отгона 90%-ной по объему фракции, °С; ФС95% – температура отгона 95%-ной по объему фракции, °С; ФС Ткк – температура конца кипения, °С.
Коэффициент детерминации для всех уравнений превышает 99%, что свидетельствует о возможности использования разработанных уравнений для прогнозирования низкотемпературных свойств дизельных топлив на нефтеперерабатывающих производствах.
По разработанным формулам был осуществлен расчет низкотемпературных свойств дизельных фракций, результаты расчета сравнили с экспериментальными данными. Средние абсолютные погрешности расчета по разработанным формулам представлены на Рисунке 1.
Как можно видеть, из данных представленных на Рисунке 1, погрешность расчета Тп составляет 0,86 °С; средняя погрешность расчета ПТФ – 0,68 °С; Тз – 1,02 °С; средняя погрешность расчета всех низкотемпературных свойств – 0,88 °С, что сравнимо с точность экспериментальных методов определения низкотемпературных свойств и свидетельствует о возможности применения разработанных расчетных способов.
Рисунок 1 – Погрешность расчета низкотемпературных свойств по разработанным формулам
Расчетные способы определения цетанового индекса дизельных топлив
С использованием программного обеспечения «STATISTICA» были разработаны уравнения множественной регрессии для расчета цетанового индекса дизельных фракций. Уравнения представлены в Таблице 2.
Таблица 2 – Уравнения множественной регрессии для расчета цетанового индекса дизельных фракций
Где ЦИ – цетановый индекс, пункты; ρ – плотность при 15 °С, кг/м3.
Коэффициент детерминации для всех уравнений превышает 99%, что свидетельствует о возможности использования разработанных уравнений для прогнозирования цетанового индекса дизельных топлив на нефтеперерабатывающих производствах.
По разработанным формулам был осуществлен расчет цетанового индекса дизельных фракций, результаты расчета сравнили с экспериментальными данными. Средние абсолютные погрешности расчета по разработанным формулам представлены на Рисунке 2.
Как можно видеть, из данных представленных на Рисунке 2, средняя погрешность расчета цетанового индекса составляет 0,06 пункта, что сравнимо с точностью экспериментальных методов определения цетанового индекса и свидетельствует о возможности применения разработанных расчетных способов.
Рисунок 2 – Погрешность расчета цетанового индекса по разработанным формулам
Выводы
Разработаны расчетные способы определения низкотемпературных свойств (температура помутнения, предельная температура фильтруемости и температура застывания) и цетанового индекса дизельных топлив на основе данных о плотности и фракционном составе топлива, характеризующиеся точностью, сравнимой с точностью экспериментальных методов определения данных параметров (погрешность расчета Тп – 0,86 °С; ПТФ – 0,68 °С; Тз – 1,02 °С; ЦИ – 0,06 пункта).
Наличие точных и простых способов определения низкотемпературных свойств и цетанового индекса дизельных топлив позволит производителям осуществлять оперативный контроль качества выпускаемой продукции, а также избежать выхода некондиционных партий топлива.
Литература:
1. Презентация Министра Энергетики РФ Александра Новака «Итоги работы Минэнерго России и основные результаты функционирования ТЭК в 2018 году» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/14461.
2. Статистический сборник «ТЭК России – 2017, Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.ac.gov.ru.
3. ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru.
4. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту (с изменениями на 2 декабря 2015 года)» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru.
5. А.А. Алтынов, И. Богданов, М.В. Киргина, Разработка расчётных методов определения эксплуатационных характеристик и низкотемпературных свойств дизельных топлив // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2018. – № 2. – C. 5-12.
6. STATISTICA: Data Mining, анализ данных, контроль качества, прогнозирование. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://statsoft.ru/.
