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Differenze tra benzina, diesel e carburante per jet
La benzina è un carburante ottenuto dal petrolio greggio e da altri liquidi a base di petrolio, contenente numeri di carbonio generalmente compresi tra 4 e 12, e con punti di ebollizione fino a 120 °C. La benzina viene utilizzata principalmente come carburante per i veicoli. Le raffinerie di petrolio e gli impianti di miscelazione producono benzina per motori da vendere nelle stazioni di servizio (o benzina). La maggior parte della benzina prodotta dalle raffinerie di petrolio è incompiuto benzina. Questo prodotto non finito richiede la miscelazione con altri liquidi per controllare parametri come il numero di ottano e la volatilità per far sì che la benzina soddisfi i requisiti di base per il carburante adatto all'uso nei motori ad accensione comandata.
Il carburante diesel viene raffinato dal petrolio greggio nelle raffinerie di petrolio. «Diesel» è il termine comune per il petrolio olio combustibile distillato venduto per l'uso in autoveicoli che utilizzano il motore ad accensione spontanea, inventato dall'ingegnere tedesco Rudolf Diesel (1858–1913). Ha brevettato il suo progetto originale nel 1892. Uno dei combustibili che Rudolf Diesel inizialmente considerava per il suo motore era l'olio di semi vegetali, un'idea che alla fine contribuì alla processo di produzione del biodiesel di oggi. Prima del 2006, la maggior parte del carburante diesel conteneva elevate quantità di zolfo. Le emissioni di zolfo dalla combustione del carburante diesel portano a un inquinamento atmosferico abbastanza dannoso per la salute umana. Pertanto, gli Stati Uniti L'Environmental Protection Agency ha emesso requisiti per ridurre il contenuto di zolfo del carburante diesel a un minimo di 15 mg/L. Il gasolio contiene componenti con un numero di atomi di carbonio compreso tra 8 e 21 (sebbene principalmente tra 16-20) ed è la frazione che bolle tra 200 °C e 350 °C.
I carburanti per aerei (o carburanti per aviazione) sono uno dei prodotti di base utilizzati da aereo. Il carburante per jet è composto da prodotti petroliferi raffinati con numero di carbonio compreso tra 10 e 16 (sebbene possano variare da 6 a 16) e bolle tra 150 °C e 275 °C. Questo tipo di carburante è fortemente regolamentato da organismi nazionali e internazionali. Esistono due tipi principali di carburante per aerei: Jet A e Jet B. La principale differenza tra i due è il punto di congelamento. Jet B viene solitamente utilizzato per operazioni militari e luoghi con condizioni meteorologiche avverse. Jet A è utilizzato principalmente per alimentare gli aerei commerciali.
Spettroscopia nel vicino infrarosso: uno strumento conforme ad ASTM per valutare la qualità di benzina, diesel e carburante per aerei
La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è un metodo consolidato per un controllo di qualità rapido e affidabile nell'industria petrolchimica da oltre 30 anni. Tuttavia, molte aziende ancora non considerano coerentemente l'implementazione del NIRS nei loro laboratori QA/QC. Le ragioni potrebbero essere un'esperienza limitata riguardo alle possibilità di applicazione o un'esitazione generale sull'implementazione di nuovi metodi.
Ci sono diversi vantaggi nell'usare NIRS rispetto ad altre tecnologie analitiche convenzionali. Per uno, NIRS è in grado di misurare più parametri in soli 30 secondi senza alcuna preparazione del campione! L'interazione luce-materia non invasiva utilizzata dal NIRS, influenzata dalle proprietà fisiche e chimiche del campione, lo rende un metodo eccellente per la determinazione di entrambi i tipi di proprietà.
Nel resto di questo post vengono descritte le soluzioni chiavi in mano disponibili per benzina, diesel e carburante per aerei sviluppate secondo le linee guida di implementazione NIRS di ASTM E1655 (sviluppo del metodo), ASTM D6122 (convalida del metodo), e ASTM D8340 (convalida dei risultati). Segue una discussione sul ritorno sull'investimento (ROI) dell'utilizzo di NIRS come alternativa al motore CFR.
Leggi i nostri precedenti post sul blog per saperne di più sul NIRS come tecnica secondaria.
NIRS accelera e semplifica il controllo della qualità del carburante
Senza combustibili di alta qualità (ad es. benzina, diesel e carburante per aerei), la nostra vita quotidiana sarebbe molto diversa. Alla fine del processo produttivo, così come nelle varie fasi della catena di distribuzione, è necessario determinare la qualità del prodotto. In genere, parametri di qualità chiave come RON/MON (ricerca e numero di ottano motore), indice di cetano, e punto d'infiammabilità sono determinati in laboratorio con metodi chimici e fisici. Questi metodi non solo comportano costi di gestione elevati, ma richiedono anche molto tempo.
NIRS d'altra parte non richiede né prodotti chimici né preparazione del campione. Questa tecnica può essere utilizzata anche da persone non tecniche (non è necessaria una laurea in chimica) e fornisce risultati in meno di un minuto. Inoltre, è possibile determinare contemporaneamente più parametri chimici e fisici. I vantaggi combinati di questa tecnologia rendono NIRS la soluzione ideale per molte misurazioni QA/QC quotidiane o analisi in linea ad hoc.
Metrohm offre l'analizzatore NIRS DS2500 Petro per il controllo di qualità e l'analisi di routine dei combustibili ed è conforme a ASTM D6122. Resistente a polvere, umidità e vibrazioni, questo strumento non è adatto solo per l'uso in laboratorio, ma anche in ambienti di produzione diretta. Scopri di più sul nostro sito web.
Soluzioni chiavi in mano: disponibili pre-calibrazioni per benzina, diesel e jet fuel
Tabella 1 elenca tutti i componenti coperti dalle precalibrazioni per questi diversi combustibili. Clicca sul tipo di carburante nella tabella per saperne di più sulle sue pre-calibrazioni offerte da Metrohm.
| Tipo di carburante | Parametri | Gamma | SECV | R² |
| Benzina | RON | 81–100 | 0,68 | 0,958 |
| LUN | 81–88 | 0,53 | 0,889 | |
| Indice anti-colpi | 85–94 | 0,45 | 0,948 | |
| aromatici | 20–45% | 0,011 | 0,959 | |
| Benzene | 0,15–0,70 % | 0,0004 | 0,902 | |
| Densità | 0,74-0,76 g/cm3 | 0,0024 g/cm3 | 0,797 | |
| olefine | 0–25 % | 0,013 | 0,909 | |
| Ossigeno | 0,2–2,0 % | 0,00045 | 0,994 | |
| diesel | Indice di cetano | 46–77 | 0,62 | 0,987 |
| Numero di cetano | 45–60 | 0,942 | 0,942 | |
| Densità | 0,82–0,89 g/cm3 | 0,0021 g/cm3 | 0,968 | |
| CFPP | -22–(+19) °C | 2,8 °C | 0,963 | |
| T95 | 325–410 °C | 7,04 °C | 0,799 | |
| Punto d'infiammabilità | 56–120 °C | 2,7 °C | 0,97 | |
| Viscosità | 2-5,5 cSt | 0,15 | 0,91 | |
| Cherosene / carburante per jet | Indice di cetano | 36–50 | 1,1 | 0,871 |
| Gravità API | 38–48 ° | 0,56 ° | 0,931 | |
| aromatici | 10–25 % | 0,01 | 0,851 | |
| T10 | 158–200 °C | 4,1 °C | 0,801 | |
| T20 | 165–205 °C | 3,1 °C | 0,88 | |
| T50 | 180–220 °C | 4,1 °C | 0,789 | |
| Densità | 0,78–0,83 g/cm3 | 0,003 g/cm3 | 0,936 | |
| Punto d'infiammabilità | 38–65 °C | 4,3 °C | 0,62 | |
| Punto di congelamento | -65–(-40) °C | 3. 5°C | 0,576 | |
| Idrogeno | 13,2–14,2 % | 0,0005 | 0,934 | |
| saturi | 75–90 % | 0,009 | 0,888 | |
| Viscosità a 20 °C | 3–7 cSt | 0,33 cSt | 0,804 |
Scopri di più sulle possibilità dell'analisi petrolchimica con gli analizzatori Metrohm NIRS DS2500.
Esempio di applicazione: controllo qualità del diesel con NIRS DS2500 Petro Analyzer
L'indice di cetano (ASTM D613), punto d'infiammabilità (ASTM D56), punto di intasamento filtro freddo (CFPP) (ASTM D6371), D95 (ISO 3405), e viscosità a 40 °C (ISO 3104) sono tra alcuni dei parametri chiave per determinare la qualità del diesel. I metodi di prova primari per questi parametri sono laboriosi e impegnativi a causa della necessità di più metodi analitici.
In questa soluzione chiavi in mano, i campioni di diesel sono stati misurati in modalità di trasmissione con un analizzatore NIRS DS2500 Petro sull'intero intervallo di lunghezze d'onda (400–2500 nm). La camera del campione a temperatura controllata incorporata è stata impostata su 40 °C per fornire un ambiente campione stabile. Per motivi di praticità, sono state utilizzate fiale monouso con una lunghezza del percorso di 8 mm (Figura 1), che ha reso superflua la procedura di pulizia.
Figura 1. Controllo di qualità del gasolio eseguito dal Metrohm Analizzatore NIRS DS2500 Petro.
Gli spettri Vis-NIR ottenuti (Figura 1) sono stati utilizzati per creare modelli di previsione per la determinazione dei parametri chiave del diesel. La qualità dei modelli di previsione è stata valutata utilizzando diagrammi di correlazione che mostrano la correlazione tra previsione Vis-NIR e valori del metodo primario. Le rispettive figure di merito (FOM) mostrano la precisione attesa di una previsione durante l'analisi di routine (figura 2).
Questa soluzione dimostra che NIRS è particolarmente adatto per l'analisi di più parametri nel carburante diesel, fornendo risultati in meno di un minuto senza la necessità di preparazione del campione o reagenti chimici.
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Ritorno sull'investimento: motore CFR vs. NIRS
La benzina richiede controlli intensivi su diversi parametri di qualità che devono rientrare in determinate specifiche prima della commercializzazione. Questi parametri che possono essere controllati anche dall'analisi NIRS includono il numero di ottano di ricerca (ASTM D2699) e numero di ottano del motore (ASTM D2700), noto anche come RON/MON.
L'importanza di misurare con precisione questi valori non è solo per rispettare le normative, ma anche per l'ulteriore potenziale di risparmio sui costi per i produttori. Ad esempio, i valori di RON che superano i requisiti indicati saranno comunque accettati dal mercato, ma questi prodotti includeranno una quantità maggiore di redditizie molecole organiche a catena lunga. Questo cosiddetto «omaggio RON» è stimato a circa 0,5 RON per barile, con conseguente 2,25 milioni di dollari al mese di mancati guadagni per un processo produttivo di 100.000 barili al giorno.
Il motore con numero di ottano della Combination Cooperative Fuel Research (CFR) (modello F1/F2) viene utilizzato per determinare la qualità del numero di ottano della benzina e dei componenti di miscelazione del carburante. Questa unità è riconosciuta e approvata da ASTM D2699 e D2700. Il motore è dotato di basamento per impieghi gravosi, cilindro a compressione variabile, carburatore con rapporto carburante/aria regolabile e attrezzatura per la misurazione della detonazione (Figura 3).
Sono inoltre disponibili sistemi NIRS pronti all'uso per il monitoraggio di diversi parametri di qualità della benzina che coprono diverse gamme e le rispettive precisioni (Tabella 1). Inoltre, i produttori di analizzatori NIRS di solito offrono supporto applicativo per estendere questi intervalli o migliorare la precisione.
Una panoramica dei costi stimati per l'analisi di RON e MON con un motore CFR rispetto all'analizzatore Metrohm NIRS DS2500 Petro è mostrata nella Tabella 2. Il rimborso completo viene raggiunto entro due anni se si considera che solo il 50% del metodo di analisi primaria (CFR Engine) viene sostituito dal NIRS. Questo calcolo si basa su 2000 analisi all'anno (1000 RON + 1000 MON), con costi di esercizio totali di circa $ 32,50 per analisi (prodotti chimici, manutenzione e manodopera).
| Analisi totali RON + MON all'anno | 2000 | 2000 |
| Costo dell'operatore per ora | $25,00 | $25,00 |
| Costo dell'analizzatore | Motore CFR | Analizzatore NIRS DS2500 Petro |
| Analizzatore | $500 000,00 | $55 000,00 |
| Costi iniziali totali | $0,001 | $55 000,00 |
| Costi di esercizio materiali di consumo / prodotti chimici / manutenzione | ||
| Prodotti chimici all'anno (ASTM D2699/D2700) | $20 000,00 | $0,00 |
| Costo di manutenzione all'anno | $20 000,00 | $1 500,00 |
| Sostanze chimiche più costo di manutenzione per analisi | $20,00 | $0,75 |
| Costi di esercizio totali all'anno | $40 000,00 | $1 500,00 |
| Tempo impiegato per l'analisi | 30 minuti | < 1 minuto |
| Costo del lavoro di 1000 analisi di RON (ASTM D2699) | $12 500,00 | $416,50 |
| Costo del lavoro di 1000 analisi di MON (ASTM D2700) | $12 500,00 | $416,50 |
| Costo del lavoro per analisi | $12,50 | $0,42 |
| Costo totale del lavoro all'anno | $25 000,00 | $833,00 |
| Costi di esercizio totali all'anno | $65 000,00 | $2 333,00 |
Maggiori informazioni sull'analisi di RON/MON e altri parametri nella benzina sono disponibili nelle nostre note applicative gratuite di seguito.
In questo esempio, l'analisi RON/MON è stata utilizzata per mostrare i risparmi sui costi e il ROI quando si utilizza NIRS per integrare un metodo principale. Tuttavia, quando si espande questo per considerare altri parametri di qualità chiave come quelli indicati in Tabella 1, gli incentivi finanziari per un tale investimento sono ancora più convincenti.
Riassunto
La spettroscopia nel vicino infrarosso è molto adatta per l'analisi di parametri di qualità chiave in benzina, diesel e carburante per aerei. Le pre-calibrazioni disponibili sono sviluppate e convalidate in conformità con le linee guida ASTM. Gli aspetti positivi dell'utilizzo di NIRS come tecnologia alternativa sono i poco tempo per il risultato (meno di un minuto), non sono necessarie sostanze chimiche o altre attrezzature costose, e maneggevolezza in modo che anche i turnisti e non chimici possano eseguire queste analisi in modo sicuro.
Le prossime puntate di questa serie
Questo articolo del blog è stato dedicato al tema di benzina, diesel e carburante per aerei e come la spettroscopia NIR può essere utilizzata come strumento di controllo qualità ideale per l'industria petrolchimica/di raffineria.
Le tue conoscenze "take-aways"
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