Συγκριτική αξιολόγηση μεθόδων απόσταξης κλασμάτων πετρελαίου - Πανίτσα, Όλγα Ανδριάνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών, 2016)
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η εξέταση της νέας αυτόματης μεθόδου απόσταξης (ASTM D7344), μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων της με αυτά της κλασσικής μεθόδου απόσταξης (ASTM D86). Τα δείγματα που αναλύθηκαν και συγκρίθηκαν ήταν βενζίνες, ντήζελ, καύσιμα αεροπορίας και διαλύτες(white spirits). Η έρευνα βασίστηκε στη συμμετοχή του Εργαστηρίου σε διεργαστηριακό έλεγχο (round robin) και τα δείγματα που παρελήφθησαν ήταν άγνωστης σύστασης. Η πειραματική διαδικασία διακρίθηκε σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκαν οι αποστάξεις όλων των δειγμάτων χρησιμοποιώντας τις δύο μεθόδους απόσταξης: την κλασσική μέθοδο απόσταξης ASTM D86, και στη συνέχεια την αυτόματη μέθοδο απόσταξης ASTM D7344. Στο δεύτερο στάδιο, κρίθηκε σκόπιμο να γίνουν επιπρόσθετες μετρήσεις που θα μπορούσαν να δώσουν πληροφορίες για την σύσταση των δειγμάτων και τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών του ΕΜΠ μετρήθηκε, αρχικά, το ιξώδες και η πυκνότητα των δειγμάτων βενζίνης, καυσίμου αεροπορίας και διαλύτη στους 15οC και των δειγμάτων ντήζελ στους 15oC και 40oC , με τη μέθοδο ASTM D7042. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε το υπόλειμμα των δειγμάτων βενζίνης, με την εναλλακτική μέθοδο που βρίσκεται υπό διερεύνηση από τους ερευνητές του Εργαστηρίου. Ακολούθησε η μέτρηση της τάσεως ατμών των δειγμάτων βενζίνης με τη μέθοδο ΕΝ13016-1 και για τα ίδια δείγματα έγινε μια πρώτη αξιολόγηση της σύστασης τους με χρήση της συσκευής ERASPEC , η οποία έδωσε ενδεικτικά αποτελέσματα. Μετρήθηκε ο αριθμός κετανίου (DCN) των δειγμάτων ντήζελ, καυσίμου αεροπορίας και διαλύτη με τις μεθόδους EN 16144, ASTM D7170, με χρήση της συσκευής FIT. Ύστερα, με χρήση της συσκευής ANTEK και της μεθόδου ΕΝ ISO 20846 προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα σε θείο των δειγμάτων βενζίνης και ντήζελ. Οι μετρήσεις στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών του ΕΜΠ, ολοκληρώθηκαν με τη λήψη των φασμάτων διαπερατότητας στο υπέρυθρο όλων των δειγμάτων, μέσω της τεχνικής FTIR και τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας των δειγμάτων ντήζελ σε βιοντήζελ (FAME) με χρήση της συσκευής IROX. Στο Χημείο των ΕΛΠΕ Ασπροπύργου έγιναν χρωματογραφικές αναλύσεις για τον προσδιορισμό των αρωματικών στη σύσταση των δειγμάτων ντήζελ, με την μέθοδο ΕΝ 12916 (υγρή χρωματογραφία) και χρωματογραφικές αναλύσεις των δειγμάτων βενζίνης με τη μέθοδο ΕΝ ISO 22854 (αέρια χρωματογραφία) για τον ακριβέστερο προσδιορισμό της σύστασης τους. Με την ανάλυση των δειγμάτων και αναγνώριση της σύστασης τους έγιναν οι παρακάτω παρατηρήσεις: Οι καμπύλες απόσταξης των δειγμάτων βενζίνης συγκρίθηκαν μεταξύ τους και παρατηρήθηκαν αποκλίσεις από την ιδανική περίπτωση, που οι δύο μέθοδοι απόσταξης θα έδιναν ταυτόσημα αποτελέσματα. Διαπιστώθηκε πως τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων ανάλυσης δεν αποκλίνουν στα σημεία που σχετίζονται με την μετωπική και μέση πτητικότητα αλλά διαφέρουν στην πτητικότητα ουράς. Η ίδια παρατήρηση έγινε και κατά τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των δειγμάτων ντήζελ και λιγότερο κατά την εξέταση των δειγμάτων καυσίμων αεροπορίας/διαλύτη. Αυτές οι αποκλίσεις πιθανόν να οφείλονται στον ρυθμό αύξησης θερμοκρασίας κατά την απόσταξη με την αυτόματη μέθοδο ASTM D7344. Ανάμεσα στα δείγματα βενζινών και ντήζελ υπήρχαν τέσσερα δείγματα με αυξημένη περιεκτικότητα σε θείο. Ωστόσο, δεν υπήρξε ένδειξη κατά την σύγκριση των αποτελεσμάτων των αποστάξεών τους που υποδηλώνει την συσχέτιση των αποκλίσεων και της περιεκτικότητας των δειγμάτων σε θείο. Επίσης, από τα εννέα συνολικά δείγματα βενζίνης, τα τρία είχαν αιθανόλη στη σύστασή τους και τα δύο είχαν υψηλή περιεκτικότητα σε ETBE. Η αιθανόλη είναι γνωστό πως επηρεάζει την μετωπική πτητικότητα των βενζινών και συγκεκριμένα, μετατοπίζει τα σημεία της καμπύλης απόσταξης που την χαρακτηρίζουν προς τα κάτω. Η ίδια μετατόπιση παρουσιάστηκε στα αποτελέσματα και των δύο μεθόδων απόσταξης. Ακόμα, τρία δείγματα καυσίμου ντήζελ περιείχαν στην σύσταση τους ποσοστό βιοντήζελ. Συγκεκριμένα, η περιεκτικότητα των δειγμάτων σε βιοντήζελ (FAME) ήταν 6,5%, 19,6% και 29,2% αντίστοιχα. Όπως φάνηκε από τις καμπύλες απόσταξης που προήλθαν από την χειροκίνητη μέθοδο ASTM D86, με την αύξηση του ποσοστού βιοντήζελ στο καύσιμο ντήζελ η πτητικότητα ουράς μετατοπίζεται προς τα κάτω. Δεν έγινε η ίδια παρατήρηση κατά την απόσταξη των δειγμάτων χρήσει της αυτόματης μεθόδου απόσταξης. Η διαφορά αυτή είναι πιθανόν να οφείλεται στις προδιαγραφές της αυτόματης μεθόδου απόσταξης. Κατά την ισχύουσα έκδοση της, ορίζεται μέγιστη περιεκτικότητα σε βιοντήζελ περί τα 20%. Ανακεφαλαιώνοντας, από την διπλωματική εργασία που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών και εν μέρει στα Χημεία των ΕΛΠΕ, εξάγεται το συμπέρασμα ότι η αυτόματη συσκευή απόσταξης της μεθόδου ASTM D7344, δεν δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα. Αυτό αποδεικνύεται από την μεγάλη διαφορά που καταγράφηκε στα Τ90 και FBP (πτητικότητα ουράς) με τις δύο συσκευές απόσταξης, αυτήν της ASTM D7344 και της ASTM D86, η οποία είναι εκτός του ορίου αναπαραγωγησιμότητας της κλασσικής μεθόδου ASTM D86. Τέλος, προτείνεται ρύθμιση των παραμέτρων που συνθέτουν το σύστημα θέρμανσης της συσκευής, που χρησιμοποιείται στην αυτόματη μέθοδο απόσταξης και επανάληψη διεργαστηριακού ελέγχου από την κατασκευάστρια εταιρία για την εξασφάλιση της αξιοπιστίας της μεθόδου.