Возросший в конце XX века интерес к экологической безопасности и увеличение количества автотранспорта в странах Европы побудило Евросоюз ужесточить требования к моторному топливу. В 1992 году вводится первый экологический стандарт Евро-1 регулирующий содержание вредных веществ в выхлопных газах. На данный момент в странах Евросоюза действует требования стандарта Евро-5 введенные в 2009 году. Новые стандарты в области экологической безопасности были одним из требований при вступление РФ в ВТО которое произошло в 2012 году. Этому предшествовал большой объем работы связанный с перевооружением НПЗ и введением новых стандартов на моторные топлива. С 1 января 2009 года на территории РФ был введен стандарт Евро-3, а с 1 января 2013 года Евро-5. Новый технический регламент предусматривает переходный период, в рамках которого в течение 3 лет со дня вступления в силу документа допускается продажа бензина с октановыми числами 80 и 92, однако для этого необходимо, чтобы остальные характеристики топлива соответствовали требованиям регламента. Таким образом с 1 января 2016 года в продаже не должно находится моторного топлива с октановым числом ниже 95, а ожидаемое введение в 2015 году стандарта Евро-6 дополнительно повысит требования к моторному топливу. В этой связи становится ясно что перед НПЗ стоит задача по увеличению объемов и качества присадок к моторному топливу для обеспечения внутреннего рынка и эффективной конкуренции с другими странами ВТО. Наибольшее применение среди октан повышающих добавок нашел метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ — компонент, наиболее эффективно повышающий октановое число неэтилированных бензинов. МТБЭ не токсичен и в ~ 2 раза эффективнее, чем сернокислотный алкилат. Применение МТБЭ эфира в качестве компонента автомобильного бензина обеспечивают следующие свойства:
1) температура кипения, которая находится в пределах, соответствующих интервалу минимальной детонационной стойкости бензина;
2) плохая растворимость в воде;
3) полное смешение с любыми углеводородами;
4) низкая плотность.
Добавка МТБЭ в бензин обеспечивает большую полноту сгорания и не требует изменений в конструкции двигателя.
Бензины, содержащие МТБЭ, обладают лучшей детонационной стойкостью, нетоксичны и не оказывают вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. В выхлопных газах снижается содержание окиси углерода на 20 % объемных, полициклической ароматики — на 70 % объемных, уменьшается количество несгоревших углеводородов.
Синтез МТБЭ состоит из трех основных процессов:
- подготовка углеводородной шихты;
- синтез МТБЭ;
- дебутанизация продуктов реакции;
Синтез МТБЭ осуществляется в присутствии высокоактивного макропористого сульфокатионита по обратимой реакции.
Равновесие реакции сдвинуто вправо условиями проведения процесса.
Реакция протекает в жидкой фазе с выделением тепла. Тепловой эффект реакции составляет 10 ккал/моль.
В процессе образуется небольшое количество побочных продуктов: димеры изобутилена, триметилкарбинол, диметиловый эфир.
Образование данных продуктов происходит по следующим реакциям:
Димеризация изобутилена:
Гидратация изобутилена:
Межмолекулярная дегидратация метанола.
Конверсия изобутилена — 92,5 %
Конверсия метанола — 87,7 %
Выход МТБЭ на превращенный изобутилен — 98,6 % мол
Выход МТБЭ на превращенный метанол — 99,3 % мол.
Для определения экономических затрат необходимых до доведения процесса синтеза МТБЭ до современных стандартов качества производится ряд расчетов в которых следует учесть современные патентные решения в области нефти-химической промышленности. Производится разработка автоматизированной системы управления процессом синтеза МТБЭ. В ходе работы будет разработано математическое описание объекта управления, спроектирована система автоматического управления процессом, произведён монтаж системы автоматического управления. Для этого необходимо сформировать систему управления на базе типизированных и унифицированных проектных решений. С целью унификации применяются типовые конфигурации технических средств, серийно выпускаемые датчики температуры, давления, расхода, преобразователи частоты, двигатели, исполнительные механизмы. Для развития отечественных предприятий в области автоматизации желательно закупать и использовать оборудование отечественного производства. При разработке системы управления необходимо стремиться к полной автоматизации процесса синтеза МТБЭ. Полная автоматизация процесса позволит снизить вероятность инцидента и аварии на производстве связанных с неправильными действиями обслуживающего персонала. Статистика аварий на предприятиях нефти-химической отрасли называет главной причиной нарушений производственного процесса человеческий фактор. Система автоматического управления позволит повысить безопасность процесса за счет снижения вмешательства человека в процесс принятия решений.
Мною разработана система автоматического управления, где в качестве контролирующего и регулирующего устройства используется контроллер S7–400 — модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации высокой и средней степени сложности.
В качестве контроля температуры были выбраны термопреобразователи типа ТХАУ-205-Ех используются для работы с жидкими, и газообразными средами неагрессивных, а также агрессивных, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими к материалу, из которого изготовлен корпус прибора.
Для измерения давления применяются микропроцессорные 8-диапазонные датчики давления бизнес-класса. Одни из самых популярных датчиков в линейке НПП «ЭЛЕМЕР». Датчики предназначены для непрерывного преобразования избыточного давления в унифицированный выходной токовый сигнал, имеют высокую перегрузочную способность до 300 % от верхнего предела измерений.
Для контроля работы электронасоса применяется датчик давления типа СВД-И. Предназначен для непрерывное преобразование, в цифровой сигнал, значения измеряемого параметра давления избыточного. В датчике давления реализован ряд конструктивных защит от негативных воздействий во время эксплуатации: чувствительный элемент с 3-х кратным запасом прочности; двухмембранная конструкция чувствительного элемента, исключающая прорыв измеряемой среды; наличие встроенных элементов погашения импульсных сетевых помех.
Для измерения уровня в колонне и емкости применяется преобразователи Сапфир-22МП-ДУ-Ех. Предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами, в том числе со взрывоопасными условиями производства и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого уровня жидкости или уровня границы раздела двух жидких фаз, в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Для учета расхода были выбраны ультразвуковые расходомеры РУС-1 1ExibIIBT5х. Предназначены для коммерческого или оперативного учета в автоматизированных системах управления технологическими процессами транспортирования, хранения.
В качестве исполнительного механизма выбраны запорно-регулирующие клапаны РУСТ серии 410. Предназначены для автоматического управления потоками жидких и газообразных сред, включая агрессивные и пожароопасные, а также для перекрытия трубопроводов.
Для управления клапанами был выбран электропневматический позиционер ЭПП 300. Является регулятором в следящей системе, который обеспечивает заданную координацию положения пневматического исполнительного механизма поступательного или поворотного действия.
Для питания датчиков выбраны блоки питания Метран-608М. Предназначены для преобразования сетевого напряжения 220 B в стабилизированное выходное напряжение постоянного тока для питания датчиков с унифицированным выходным сигналом. Контроль значения напряжения каждого канала с выводом его на цифровой четырехразрядный индикатор передней панели. Разработанная мною система автоматизированного управления технологическим процессом по сравнению с существующей системой регулирования, обладает многими преимуществами. Например:
- повышение уровня автоматизации производства;
- повышение КПД;
- улучшение качества производимой продукции;
- уменьшение затрат на обслуживание системы.
Использование полученного по данной схеме МТБЭ в качестве присадки к позволит отечественному моторному топливу успешно конкурировать с зарубежными производителями, расширить рынок сбыта. Снизит загрязнение окружающей среды и улучшит общую экологическую обстановку в крупных городах. Позволит увеличить срок службы автотранспорта.
Литература:
1. Технологический регламент производственного процесса МТБЭ № 6ТР-И6
2. Контрольно-измерительные приборы НПП ЭЛЕМЕР URL: http://www.elemer.ru/news/104/960/
3. Модульный программируемый контроллер SIMATIC S7–400
