Blending strategies and process modification for the future gasoline production

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Date

2019-12-16

Department

Major/Subject

Industrial Energy Processes and Sustainability

Mcode

CHEM3044

Degree programme

Master’s Programme in Advanced Energy solutions (AAE)

Language

en

Pages

71

Series

Abstract

The amount of the registered gasoline cars increased 6.5 percentage unit in Europe in 2018 that will forecast the gasoline production to continue still several decades, even though its drawbacks are the harmful CO2 emissions that accelerate the global warming. Therefore, the research needs to concentrate on the development of the renewable feed-stocks for gasoline. However, their problem could be the different properties compared to fossil gasoline. This master has collected the wide property database for the existing gasoline blending components that the gasoline blending can utilize to optimize the high-quality of gasoline also from the renewable feedstocks in the future. With the help of the gasoline blending components and their properties in the database are identified the hydrocarbon structure, physical properties and octane numbers of each gasoline component. The octane number, especially research octane number (RON) is the main property that this master thesis concentrates because it defines the behaviour of gasoline in the engine. The database reports RONs for each gasoline blending components that differ from each other. The results of the thesis show that the gasoline consist of over 100 different hydrocarbon compounds such as aromatics and paraffins and possible also of alcohols and ethers. These compounds have the highest impact on the RON that depends on their reactivity differences. Higher reactivity decreases the RON and increases the probability of knocking that could destroy the engine parts. The results show that the most viable organic compounds to avoid knocking are aromatics and ethanol. There is noticed in the results of the thesis that positions of double bond and the side groups in the carbon backbone, the length of it and the OH-groups influence on the reactivity of compound. Especially, the positions of methyl groups in aromatics influence significantly on their RON. The methyl groups in the adjacent carbons decrease the RON of aromatics compared to those that have methyl groups further each other. These structural differences of the compounds are important to concern in the gasoline production, because they could affect to the properties of final product. In the master thesis is researched the octane blending of different compound groups and noticed that ethanol blends non-linearly, but synergistic with paraffins and olefins, while the blending with aromatics is antagonistic. There is noticed the increase of methyl groups in aromatics to shift the blending more linear and even synergistic with ethanol. Moreover, thesis provides the outlook for the renewable feedstocks like terpenes and furans that the existing gasoline upgrading units could modify to fill the requirements of FQD and simultaneously produce renewable gasoline.

Rekisteröityjen bensiiniautojen määrä kasvoi 6,5 prosenttiyksikköä Euroopassa vuonna 2018, mikä ennustaa bensiinintuotannon jatkuvan vielä useita vuosikymmeniä, vaikka sen haittapuolia ovatkin CO2 päästöt, jotka kiihdyttävät ilmaston lämpenemistä. Tämän vuoksi tutkimuksen pitääkin keskittyä bensiinin uusiutuvien raaka-aineiden tutkimiseen, joiden ominaisuudet voivat kuitenkin erota fossiilisista. Tässä diplomityössä on kerätty laaja ominaisuustietokanta nykyisille bensiinin komponenteille, jota voidaan hyödyntää bensiinin sekoittamisessa tulevaisuudessa myös uusiutuvista raaka-aineista tuotetuille komponenteille optimoidessa sen korkeaa laatua. Ominaisuustietokantaan kuuluvat bensiinin komponentit ja niiden ominaisuudet auttavat määrittämään jokaisen komponentin hiilivety rakenteen, fysikaaliset ominaisuudet sekä oktaaniluvut. Oktaaniluku, erityisesti tutkimusoktaaniluku (RON) on diplomityön pääominaisuus, johon keskitytään, koska se kuvaa bensiinin käyttäytymistä moottorissa. Tietokanta raportoi jokaisen bensiinin valmistuskomponentin RON:n, joissa huomataan eroavaisuuksia. Diplomityön tulokset osoittavat, että bensiini koostuu yli 100 erilaisesta hiilivety yhdisteestä, kuten aromaateista ja parafiineista, sekä mahdollisesti myös alkoholeista ja eettereistä. Näillä yhdisteillä on huomattu olevan vaikutus RON:n, mikä johtuu niiden reaktiivisuuseroista. Suurempi reaktiivisuus laskee RON:a ja voi kasvattaa nakutuksen todennäköisyyttä moottorissa, joka voi aiheuttaa sen osien vaurioitumisen. Tulokset osoittavat, että parhaimmat yhdisteet nakutuksen estoon ovat aromaattiset sekä hapelliset yhdisteet. Diplomityön tulosten pohjalta huomataan, että kaksoissidoksen ja sivuryhmän paikoilla hiilivetyketjussa, ketjun pituudella ja OH-ryhmillä on vaikutus yhdisteen reaktiivisuuteen. Työssä huomataan erityisesti aromaattisten yhdisteiden metyyliryhmien paikalla olevan merkittävä vaikutus niiden RON:n. Aromaattiset yhdisteet, joiden metyyliryhmät ovat vierekkäisissä hiilissä, omaavat selvästi alhaisemman RON:n kuin ne, joilla metyyliryhmät ovat kauempana toisistaan. Nämä yhdisteiden rakenteelliset eroavaisuudet on tärkeää ottaa huomioon bensiinin valmistuksessa, koska ne voivat vaikuttaa lopputuotteen ominaisuuksiin. Diplomityössä tutkitaan eri yhdisteryhmien oktaanien sekoittumista toistensa kanssa ja huomataan, että etanoli sekoittuu epälineaarisesti, mutta synergistisesti parafiinien ja olefiinien kanssa, mutta antagonistisesti aromaattien kanssa. Kuitenkin metyyliryhmien lisääntyessä aromaattisissa yhdisteissä, muuttuu sekoittuminen lineaarisemmaksi ja jopa synergistiseksi. Lisäksi diplomityössä esitetään uusiutuvia raaka-aineita, kuten terpeenejä ja furaaneja, joita olemassa olevat bensiinin jalostusyksiköt voisivat muokata tuottaakseen FQD:n mukaista ja samalla uusiutuvaa bensiiniä.

Description

Supervisor

Santasalo-Aarnio, Annukka

Thesis advisor

Karvo, Anna

Keywords

gasoline, blending of gasoline, synergistic, antagonistic, upgrading unit, reactivity

Other note

Citation