Об этом сообщила пресс-служба вуза.
При переработке нефти сырье нагревают в колоннах, чтобы разделить на фракции: легкие вещества испаряются при низких температурах, тяжелые - при высоких. Из одного барреля (примерно 159 л) получают бензин, керосин, дизельное топливо, а также пластик, асфальт и даже помаду.
Традиционно границы между фракциями определяют методом XIX века с погрешностью до 10-15°C. Способ основан на нагреве нефтепродукта в лабораторной колбе и фиксации температуры выкипания определенного объема жидкости - 10%, 50%, 90%. При этом точно измерить температуру начала кипения сложно: первые пузырьки появляются нестабильно, приборы часто ошибаются. Температуру конца кипения во многих случаях невозможно определить напрямую, поскольку легкие фракции, такие как бензин, испаряются слишком быстро до начала измерения, а тяжелые (дизель, мазут) начинают коксоваться при перегреве, не успевая полностью перейти в пар.
Из-за этих неточностей тяжелые компоненты попадают в бензин, а легкие уходят в дизель или мазут. Заводы теряют сотни тысяч тонн сырья ежегодно. У водителей затрудняется запуск двигателя зимой и растет расход топлива.
Разработанный математический метод рассчитывает эти показатели с точностью до 3°C, опираясь на надежно измеряемые заводские данные середины разгонки - точки выкипания 10%, 50% и 90% объема.
Как пояснил С. Кобелев, магистрант кафедры «Автоматизация технологических процессов» ПНИПУ и специалист Промышленной кибернетики, на заводе всегда точно знают, при какой температуре выкипает 10%, 50% и 90% топлива. По этим точкам математическая формула вычисляет температуру начала и конца кипения.
Применив метод к реальным образцам, ученые впервые рассчитали температуру появления первых паров: для керосина - 144,1°C, для дизеля - 202,3°C. Также определили температуру конца кипения. Например, для бензина конец испарения ранее был недостижим из-за слишком быстрого перехода в пар, для дизеля - из-за риска коксования при перегреве. Теперь эти данные стали доступны.
Исследователи построили графики, показывающие не объем выкипевшего топлива, а скорость этого процесса. Это позволило определить, насколько сильно керосин и дизель перемешиваются при перегонке. Чем больше их пересечение, тем больше примесей попадает из одной фракции в другую, что означает неэффективную работу колонны и снижение качества топлива. Так пояснила А. Кобелева, доцентка кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидатка технических наук.
Если традиционные приборы определяют граничные параметры с погрешностью до 10-15°C, то новый подход сводит ошибку к 3°C. Такая разница критична: ошибка в 10°C на стыке фракций может означать, что тысячи тонн бензина, керосина или дизеля ежегодно уходят не в тот продукт.
Разработка позволяет настраивать процессы нефтепереработки быстро, точно и с минимальными рисками брака. Инженеры могут самостоятельно рассчитывать температуры начала и конца кипения, используя только стабильные данные середины разгонки. Построенные дифференциальные кривые наглядно показывают, насколько чисто колонна разделяет разные виды топлива.
Для простых потребителей это означает более стабильное качество топлива на заправках: в бензин не будут попадать излишние тяжелые компоненты, ухудшающие запуск двигателя, а дизельное топливо сохранит нужные смазывающие свойства.
В долгосрочной перспективе предложенный метод может применяться не только в нефтепереработке, но и в других отраслях промышленности, где требуется определение законов распределения, - от химической технологии до фармацевтики.
Автор: А. Шевченко
