RU2196321C2

RU2196321C2 - Method establishing octane number of motor gasoline

Info

Publication number: RU2196321C2
Application number: RU2000122691/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Пащенко; В.И. Ванцов; В.С. Чуклов; Д.В. Синицын
Original assignee: Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. П.А.Костычева
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: study and analysis of motor gasoline. SUBSTANCE: proposed method deals with examination of motor gasoline by means of electric and electromagnetic means, it can be utilized in petroleum refining industry, in process of transportation, storage and realization of fuels in all branches of economy where operational control over quality of gasoline is required. Analyzed gasoline is fed into cell of capacitor and into inductance coil. Frequency is being changed till resonance occurs. Resonance frequency ν of oscillations in oscillatory circuit is found under established resonance. Resonance frequencies of standard motor gasoline with known octane numbers are conducted in advance and dependence of resonance frequency ν on octane number is determined. Determined dependence is presented in the form of graph, table or analytical formula. While examining gasoline with unknown octane number resonance frequency ν corresponding to it is found and its octane number is established by determined dependence. EFFECT: increased accuracy of determination of octane number of gasoline. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение касается исследования или анализа топлив, в частности автомобильных бензинов, с помощью электрических и электромагнитных средств и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, при транспортировке, хранении и реализации топлив во всех областях промышленности, где необходим оперативный контроль качества автобензина. The invention relates to the study or analysis of fuels, in particular automobile gasolines, using electrical and electromagnetic means and can be used in the oil refining industry, during transportation, storage and sale of fuels in all areas of industry where operational quality control of gasoline is necessary.

При использовании в двигателях бензинов различных марок основным фактором, определяющим мощностные и экономические показатели двигателя, является детонационная стойкость бензина. Стойкость бензина к возникновению детонационного сгорания зависит от его группового химического состава, количества в нем стойких к детонации соединений и наличия антидетонационных присадок. When using gasoline of various brands in engines, the main factor determining the power and economic performance of the engine is the detonation resistance of gasoline. The resistance of gasoline to the occurrence of detonation combustion depends on its group chemical composition, the amount of compounds resistant to detonation, and the presence of antiknock additives.

На практике детонационную стойкость бензинов оценивают октановыми числами (ОЧ). In practice, the detonation resistance of gasolines is evaluated by octane numbers (OR).

Разработан и стандартизирован ряд методов определения ОЧ. В частности, для автомобильных марок бензина применяют моторный и исследовательский методы, которые отличаются различными режимами работы моторной установки для определения ОЧ. Для бензинов А-72, А-76 ОЧ определяют по моторному методу (ОЧМ). Для бензинов АИ-93, АИ-95, АИ-98 ОЧ определяют обоими указанными методами (ОЧМ и ОЧИ). Оценка одновременно двумя методами дает возможность определить чувствительность топлива к изменению режима. Чувствительность оценивают разностью ОЧ, полученных исследовательским моторным методами. A number of methods for the determination of PF have been developed and standardized. In particular, for automotive grades of gasoline, motor and research methods are used, which differ in various operating modes of the motor unit for determining the OR. For gasoline A-72, A-76 OCH determined by the motor method (OCHM). For gasoline AI-93, AI-95, AI-98, the OHP is determined by both of these methods (OHM and OCH). Evaluation simultaneously by two methods makes it possible to determine the sensitivity of the fuel to a change in mode. The sensitivity is estimated by the difference in the NR obtained by research motor methods.

Недостатком этого наиболее распространенного способа является значительная длительность испытаний (не менее 120 мин), дороговизна самой установки и эталонных топлив. Кроме того, этот способ может быть использован только на стационарной крупногабаритной установке, что делает затруднительным его широкое применение [1, 2]. The disadvantage of this most common method is the significant duration of the tests (at least 120 minutes), the high cost of the installation itself and the reference fuels. In addition, this method can only be used on a stationary large-sized installation, which makes it difficult to widely use it [1, 2].

Известен способ определения октанового числа бензинов, основанный на измерении инфракрасных спектров (ИК-спектров), т.е. спектров электромагнитного излучения с длиной волны λ≥800 нм. При контроле октанового числа или цетанового числа комплексной смеси, содержащей углеводороды и(или) замещенные углеводороды, измеряют величину поглощения в ближней ИК-области спектра на одной длине волны в одном или нескольких диапазонах, выбранных из группы, состоящей из следующих диапазонов: 1572-1698, 1700-1726, 824-884, 2058-2130 нм. Осуществляют математическое преобразование этого сигнала в выходной сигнал, определяющий октановое число или цетановое число смеси [3]. A known method for determining the octane number of gasolines, based on the measurement of infrared spectra (IR spectra), i.e. spectra of electromagnetic radiation with a wavelength of λ≥800 nm. When controlling the octane number or cetane number of a complex mixture containing hydrocarbons and (or) substituted hydrocarbons, the absorption value in the near infrared region of the spectrum at one wavelength in one or more ranges selected from the group consisting of the following ranges is measured: 1572-1698 , 1700-1726, 824-884, 2058-2130 nm. Carry out the mathematical conversion of this signal into an output signal that determines the octane number or cetane number of the mixture [3].

Существенным недостатком спектрального метода является отсутствие чувствительности к добавлению присадок, повышающих октановое число бензинов. Это приводит к низкой точности измерений. A significant drawback of the spectral method is the lack of sensitivity to the addition of additives that increase the octane number of gasolines. This leads to poor measurement accuracy.

Известен также способ определения октанового числа топлив, по которому подают воздух и топливо в сферический реактор, нагретый до 280-320^oC. После окончания реакции холоднопламенного окисления октановое число определяют по максимальному значению температуры реакции холоднопламенного окисления топлива [4].There is also a method for determining the octane number of fuels, by which air and fuel are supplied to a spherical reactor heated to 280-320 ^o C. After the end of the cold flame oxidation reaction, the octane number is determined by the maximum temperature of the cold flame fuel oxidation reaction [4].

К недостаткам определения октанового числа бензинов способом холоднопламенного окисления следует отнести необходимость предварительной калибровки. В процессе работы на установке сложно добиться устойчивой работы, и как следствие, определения октанового числа осуществляется с большой погрешностью. The disadvantages of determining the octane number of gasolines by the method of cold flame oxidation include the need for preliminary calibration. In the process of working on the installation it is difficult to achieve stable operation, and as a result, the determination of the octane number is carried out with a large error.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения октанового числа (ОЧ) топлив, заключающийся в определении значения ОЧ по зависимости ОЧ от диэлектрической проницаемости 6 бензина, плотности бензина ρ, температуры бензина Т [5]. В этом случае устройство для определения октанового числа содержит емкостной датчик, включенный в частотно-зависимую цепь автогенератора. Параллельно емкостному датчику подключены элементы компенсации с датчиками температуры и плотности. Теоретической основой данного способа служит известная взаимосвязь электрофизического параметра нефтепродуктов (диэлектрическая проницаемость) со структурными и фазовыми превращениями [6]. The closest in technical essence is a method for determining the octane number (RN) of fuels, which consists in determining the RN value by the dependence of the RN on the dielectric constant of 6 gasoline, gasoline density ρ, gasoline temperature T [5]. In this case, the device for determining the octane number contains a capacitive sensor included in the frequency-dependent circuit of the oscillator. Parallel to the capacitive sensor, compensation elements with temperature and density sensors are connected. The theoretical basis of this method is the well-known relationship of the electrophysical parameter of oil products (dielectric constant) with structural and phase transformations [6].

К недостаткам данного способа следует отнести использование в качестве основной характеристики ОЧ бензина только диэлектрическую проницаемость ε, что снижает точность определения ОЧ при исследовании бензинов с различными химическими примесями. The disadvantages of this method include the use of the dielectric constant ε as the main characteristic of the HF gasoline, which reduces the accuracy of the determination of HF in the study of gasolines with various chemical impurities.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ определения ОЧ бензинов, связана с созданием более эффективной технологии проведения измерений, так как наряду с диэлектрической проницаемостью учитывается и магнитная проницаемость μ бензинов. The problem to be solved by the claimed method is aimed at determining the RN of gasolines, is associated with the creation of a more efficient measurement technology, since along with the dielectric constant, the magnetic permeability μ of gasolines is also taken into account.

Технический результат от использования способа заключается в том, что достигается тем, что повышается точность определения ОЧ бензина в процессе измерений. The technical result from the use of the method is that it is achieved by the fact that the accuracy of determination of the OHP of gasoline in the measurement process is increased.

Технический результат достигается тем, что в способе определения ОЧ автомобильных бензинов, включающем предварительное построение зависимости (графика, таблицы и др. ) информационного параметра, например, диэлектрической проницаемости бензина от ОЧ эталонных бензинов, в качестве информационного параметра используют резонансную частоту колебательного контура, в элементах емкости и индуктивности которого размещены пробы анализируемого автомобильного бензина. The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the OCh of automobile gasolines, including preliminary construction of the dependence (graph, table, etc.) of an information parameter, for example, the dielectric constant of gasoline from the OCh of reference gasolines, the resonant frequency of the oscillatory circuit is used as an information parameter, in elements the capacitance and inductance of which the samples of the analyzed gasoline are placed.

В процессе измерений бензин служит диэлектрической средой в измерительном конденсаторе С и магнитной средой в измерительной катушке индуктивности L. Измерительный конденсатор С и катушка индуктивности L образуют колебательный контур, резонансная частота ν которого определяется диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ исследуемого сорта бензина. Как известно, при внесении диэлектриков в электрическое поле, происходит явление поляризации, которое характеризуется электрическими дипольными моментами молекул Р. Если напряженность поля Е быстро изменяется, то между колебаниями векторов Р и Е появляется разность фаз σ, которая обуславливает электрические потери и зависимость диэлектрической проницаемости ε от частоты поля ν.. Магнитная проницаемость бензина μ в переменном поле также будет зависеть от частоты ν поля, так как в переменном поле магнитная проницаемость диэлектриков определяется обратимыми процессами намагничивания и необратимыми процессами рассеяния энергии магнитного поля (потери на вихревые токи, магнитную вязкость и др.) [7]. Бензины - смеси, содержащие в различных пропорциях ароматические, нафтеновые, нормальные парафиновые и непредельные углеводороды. Поэтому зависимость резонансной частоты ν колебательного контура от сорта бензина имеет сложный, но вместе с тем и индивидуальный для данного сорта бензина характер. In the measurement process, gasoline serves as the dielectric medium in the measuring capacitor C and the magnetic medium in the measuring inductor L. The measuring capacitor C and the inductor L form an oscillating circuit, the resonant frequency ν of which is determined by the dielectric constant ε and magnetic permeability μ of the studied type of gasoline. As is known, when dielectrics are introduced into an electric field, a polarization phenomenon occurs, which is characterized by the electric dipole moments of the molecules P. If the field strength E changes rapidly, then a phase difference σ appears between the oscillations of the vectors P and E, which causes electric losses and the dependence of the dielectric constant ε on the field frequency ν .. The magnetic permeability of gasoline μ in an alternating field will also depend on the frequency ν of the field, since in the alternating field the magnetic permeability of dielectrics is edelyaetsya reversible and irreversible magnetization processes of the processes of scattering of the magnetic field energy (eddy current loss, the magnetic viscosity, and others.) [7]. Gasolines are mixtures containing aromatic, naphthenic, normal paraffinic and unsaturated hydrocarbons in various proportions. Therefore, the dependence of the resonant frequency ν of the oscillatory circuit on the type of gasoline has a complex, but at the same time individual character for this type of gasoline.

Возможная техническая реализация предлагаемого способа показана на установке, приведенной на фиг.1. Установка включает измеритель импеданса 1 с возможностью определения реактивного сопротивления Z и сдвига фаз φ между током и напряжением в колебательном контуре, конденсатор 2, индуктивность 3 и частотомер 4. В ячейку конденсатора 2 и в катушку индуктивности 3 заправляется исследуемый бензин. Меняют частоту задающего генератора на измерителе импеданса 1 до получения резонанса в колебательном контуре, которому соответствует сдвиг фаз φ между током и напряжением, равный нулю, и минимальное значение реактивного сопротивления Z. Оба параметра φ и Z определяют по измерителю импеданса 1. При установившемся резонансе по частотомеру 4 определяют резонансную частоту колебаний ν в колебательном контуре. Определение резонансных частот предварительно проводят для эталонных автомобильных бензинов с известными ОЧ и устанавливают зависимость резонансной частоты ν от ОЧ бензина. Установленная зависимость представляется в виде графика, таблицы или аналитической формулы. При исследовании бензина с неизвестным ОЧ определяют соответствующую ему резонансную частоту ν и по установленной зависимости определяют его ОЧ. A possible technical implementation of the proposed method is shown in the installation shown in figure 1. The installation includes an impedance meter 1 with the ability to determine the reactance Z and the phase shift φ between current and voltage in the oscillatory circuit, a capacitor 2, an inductance 3 and a frequency counter 4. The gasoline under test is charged into the cell of the capacitor 2 and into the inductor 3. The frequency of the master oscillator is changed on the impedance meter 1 until a resonance is obtained in the oscillatory circuit, which corresponds to a phase shift φ between current and voltage, equal to zero, and the minimum reactance Z. Both parameters φ and Z are determined by the impedance meter 1. With steady-state resonance, frequency counter 4 determine the resonant frequency of oscillations ν in the oscillatory circuit. The determination of resonant frequencies is preliminarily carried out for reference automobile gasolines with known OCh and the dependence of the resonant frequency ν on the OCh of gasoline is established. The established dependence is presented in the form of a graph, table or analytical formula. In the study of gasoline with an unknown OF, the resonant frequency ν corresponding to it is determined and its OF is determined from the established dependence.

Для экспериментальной установки выявленная зависимость резонансных частот ν эталонных автомобильных бензинов от их ОЧ представлена в таблице. For the experimental setup, the revealed dependence of the resonant frequencies ν of standard automobile gasolines on their OR is presented in the table.

Проведенные исследования и приведенные в таблице результаты позволяют сделать выводы. The studies and the results in the table allow us to draw conclusions.

1. Отмечаются высокая стабильность результатов измерений и малая среднеквадратичная погрешность измерений. На каждый вариант число измерений получено не менее 150. 1. High stability of the measurement results and a small root mean square error of measurements are noted. For each option, the number of measurements obtained is not less than 150.

2. Выявлена закономерность: с повышением октанового числа бензинов резонансная частота ν в колебательном контуре снижается. Это позволяет создать калибровочные кривые и выдавать результаты измерений непосредственно в октановых числах. 2. A pattern was revealed: with an increase in the octane number of gasolines, the resonant frequency ν in the oscillatory circuit decreases. This allows you to create calibration curves and display the measurement results directly in octane numbers.

3. Время измерений при прогретой аппаратуре не превышает 10 с, что выгодно отличает предлагаемый способ от уже известных. Применение заявленного электромагнитного способа определения октанового числа бензинов в народном хозяйстве не представляет значительных трудностей, не связано с большими затратами на его осуществление и может иметь большое значение при создании новых технологических устройств для определения октановых чисел бензинов. 3. The measurement time with heated equipment does not exceed 10 s, which distinguishes the proposed method from the already known. The application of the claimed electromagnetic method for determining the octane number of gasolines in the national economy does not present significant difficulties, is not associated with high costs for its implementation and can be of great importance when creating new technological devices for determining the octane numbers of gasolines.

Источники информации
1. Покровский Г.П., Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. -М.: Машиностроение, 1985, с.35-37.Sources of information
1. Pokrovsky GP, Fuel, lubricants and coolants. -M .: Mechanical Engineering, 1985, p. 35-37.

2. Авт. свид. СССР 1416909, кл. G 01 N 33/22, Москва, 1986. 2. Auth. testimonial. USSR 1416909, class G 01 N 33/22, Moscow, 1986.

3. Патент США 5349188, G 01 N 21/35. 3. US patent 5349188, G 01 N 21/35.

4. Авт. свид. СССР 1245975, кл. G 01 N 25/20, Москва, 1983. 4. Auth. testimonial. USSR 1245975, class G 01 N 25/20, Moscow, 1983.

5. Патент РФ 2100803, кл. G 01 N 27/22, 33/22, Москва, 1997. 5. RF patent 2100803, cl. G 01 N 27/22, 33/22, Moscow, 1997.

6. Авт. свид. СССР 1673945, кл. G 01 N 27/02, 1989. 6. Auth. testimonial. USSR 1673945, class G 01 N 27/02, 1989.

7. Физический энциклопедический словарь, М., "Большая Российская энциклопедия", 1995, с. 176-177, с.366-367. 7. Physical Encyclopedic Dictionary, M., "Big Russian Encyclopedia", 1995, p. 176-177, p. 366-367.

Claims

A method for determining the octane number (OCh) of automobile gasolines, including preliminary construction of the dependence of the information parameter of gasoline on the OCh of reference gasolines, characterized in that the resonant frequency of the oscillating circuit, in which capacity and inductance samples of the analyzed automobile gasoline are placed, is used as an information parameter.