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Diferencias entre gasolina, diésel y combustible para aviones
La gasolina es un combustible elaborado a partir de petróleo crudo y otros líquidos a base de petróleo, que contiene un número de carbonos generalmente entre 4 y 12, y exhibiendo puntos de ebullición de hasta 120 ° C. La gasolina se utiliza principalmente como combustible para vehículos. Las refinerías de petróleo y las instalaciones de mezcla producen gasolina de motor para la venta en estaciones de gas (o gasolina). La mayor parte de la gasolina que producen las refinerías de petróleo es inconcluso gasolina. Este producto sin terminar requiere mezclarse con otros líquidos para controlar parámetros como el índice de octanaje y la volatilidad para hacer que la gasolina cumpla con los requisitos básicos de combustible que es adecuado para su uso en motores de encendido por chispa.
El combustible diesel se refina a partir del petróleo crudo en las refinerías de petróleo. «Diesel» es el término común para el petróleo aceite combustible destilado vendido para su uso en vehículos de motor que utilizan el motor de encendido por compresión, inventado por el ingeniero alemán Rudolf Diesel (1858-1913). Él patentó su diseño original en 1892. Uno de los combustibles que Rudolf Diesel consideró originalmente para su motor fue el aceite de semilla vegetal, una idea que finalmente contribuyó a la proceso de producción de biodiesel de hoy. Antes de 2006, la mayor parte del combustible diesel contenía grandes cantidades de azufre. Las emisiones de azufre provenientes de la combustión de combustible diesel conducen a una contaminación del aire que es bastante dañina para la salud humana. Por lo tanto, EE. UU. La Agencia de Protección Ambiental emitió requisitos para reducir el contenido de azufre del combustible diesel a tan solo 15 mg / L. El combustible diesel contiene componentes con un número de carbono en el rango de 8 a 21 (aunque principalmente entre 16-20) y es la fracción que hierve entre 200 ° C y 350 ° C.
Los combustibles para aviones (o combustibles de aviación) son uno de los productos básicos utilizados por aeronave. El combustible para aviones está compuesto por productos refinados del petróleo con un número de carbonos entre 10 y 16 (aunque pueden oscilar entre 6 y 16) y hierve entre 150 ° C y 275 ° C. Este tipo de combustible está fuertemente regulado por organismos nacionales e internacionales. Hay dos tipos principales de combustible para aviones: Jet A y Jet B. La principal diferencia entre los dos es el punto de congelación. Jet B se usa generalmente para operaciones militares y ubicaciones con clima inclemente. Jet A se utiliza principalmente para alimentar aviones comerciales.
Espectroscopia de infrarrojo cercano: una herramienta compatible con ASTM para evaluar la calidad de la gasolina, el diésel y el combustible para aviones.
La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ha sido un método establecido para el control de calidad rápido y confiable dentro de la industria petroquímica durante más de 30 años. Sin embargo, muchas empresas aún no consideran de manera consistente la implementación de NIRS en sus laboratorios de QA / QC. Las razones podrían ser una experiencia limitada con respecto a las posibilidades de aplicación o una duda general sobre la implementación de nuevos métodos.
Existen varias ventajas de utilizar NIRS sobre otras tecnologías analíticas convencionales. Por un lado, NIRS puede medir múltiples parámetros en solo 30 segundos sin ninguna preparación de muestra. La interacción luz-materia no invasiva utilizada por NIRS, influenciada por las propiedades físicas y químicas de la muestra, lo convierte en un método excelente para la determinación de ambos tipos de propiedades.
En el resto de esta publicación, se describen las soluciones llave en mano disponibles para gasolina, diésel y combustible para aviones que se han desarrollado de acuerdo con las pautas de implementación de NIRS de ASTM E1655 (desarrollo de métodos), ASTM D6122 (validación del método), y ASTM D8340 (validación de resultados). A continuación, se analiza el retorno de la inversión (ROI) de utilizar NIRS como alternativa al motor CFR.
Lea nuestras publicaciones de blog anteriores para obtener más información sobre NIRS como técnica secundaria.
NIRS acelera y simplifica el control de calidad del combustible
Sin combustibles de alta calidad (por ejemplo, gasolina, diesel y combustible para aviones), nuestra vida diaria sería muy diferente. Al final del proceso de producción, así como en varios pasos de la cadena de distribución, es necesario determinar la calidad del producto. Normalmente, los parámetros de calidad clave como RON / MON (números de octanaje motor y de investigación), índice de cetano, y punto de inflamabilidad se determinan en el laboratorio por métodos químicos y físicos. Estos métodos no solo implican altos costos de funcionamiento, sino que también consumen bastante tiempo.
NIRS por otro lado no requiere productos químicos ni preparación de muestras. Esta técnica puede ser utilizada incluso por personas sin conocimientos técnicos (no es necesario un título en química) y proporciona resultados en menos de un minuto. Además, se pueden determinar simultáneamente múltiples parámetros químicos y físicos. Los beneficios combinados de esta tecnología hacen de NIRS la solución ideal para muchas mediciones diarias de QA / QC o análisis ad-hoc en línea.
Metrohm ofrece el analizador NIRS DS2500 Petro para el control de calidad y el análisis de rutina de combustibles y cumple con la norma ASTM D6122. Resistente al polvo, la humedad y las vibraciones, este instrumento no solo es adecuado para uso en laboratorio, sino también en entornos de producción directa. Aprende más en nuestra página web.
Soluciones llave en mano: precalibraciones disponibles para gasolina, diésel y combustible para aviones
tabla 1 enumera todos los componentes cubiertos por las precalibraciones para estos diferentes combustibles. Haga clic en el tipo de combustible en la tabla para obtener más información sobre las calibraciones previas que ofrece Metrohm.
| Tipo de combustible | Parámetros | Gama | SECV | R² |
| Gasolina | RON | 81–100 | 0,68 | 0,958 |
| LUN | 81–88 | 0,53 | 0,889 | |
| Índice antidetonante | 85–94 | 0,45 | 0,948 | |
| Aromáticos | 20–45% | 0,011 | 0,959 | |
| Benceno | 0,15–0,70 % | 0,0004 | 0,902 | |
| Densidad | 0,74–0,76 g / cm3 | 0,0024 g / cm3 | 0,797 | |
| Olefinas | 0–25 % | 0,013 | 0,909 | |
| Oxígeno | 0,2–2,0 % | 0,00045 | 0,994 | |
| Diesel | Índice de cetano | 46–77 | 0,62 | 0,987 |
| Número de cetano | 45–60 | 0,942 | 0,942 | |
| Densidad | 0,82 a 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 de inflamabilidad | 56–120 ° C | 2,7 °C | 0,97 | |
| Viscosidad | 2-5,5 cSt | 0,15 | 0,91 | |
| Queroseno / Combustible de aviación | Índice de cetano | 36–50 | 1,1 | 0,871 |
| Gravedad API | 38–48 ° | 0,56 ° | 0,931 | |
| Aromáticos | 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 | |
| Densidad | 0,78–0,83 g / cm3 | 0,003 g / cm3 | 0,936 | |
| Punto de inflamabilidad | 38–65 ° C | 4,3 °C | 0,62 | |
| Punto de congelación | -65 - (- 40) ° C | 3. 5 ° C | 0,576 | |
| Hidrógeno | 13,2–14,2 % | 0,0005 | 0,934 | |
| Saturados | 75–90 % | 0,009 | 0,888 | |
| Viscosidad a 20 ° C | 3-7 cSt | 0,33 cSt | 0,804 |
Obtenga más información sobre las posibilidades del análisis petroquímico con los analizadores Metrohm NIRS DS2500 en nuestra folleto gratis.
Ejemplo de aplicación: control de calidad de diésel con el analizador NIRS DS2500 Petro
El índice de cetano (ASTM D613), punto de inflamabilidad (ASTM D56), punto de obturación del filtro frío (CFPP) (ASTM D6371), D95 (ISO 3405) y viscosidad a 40 ° C (ISO 3104) se encuentran entre algunos de los parámetros clave para determinar la calidad del diésel. Los métodos de prueba principales para estos parámetros son laboriosos y desafiantes debido a la necesidad de múltiples métodos analíticos.
En esta solución llave en mano, las muestras de diesel se midieron en modo de transmisión con un analizador NIRS DS2500 Petro en todo el rango de longitud de onda (400–2500 nm). La cámara de muestras incorporada con control de temperatura se ajustó a 40 ° C para proporcionar un entorno de muestra estable. Por razones de conveniencia, se utilizaron viales desechables con una longitud de paso de 8 mm (Figura 1), lo que hizo innecesario un procedimiento de limpieza.
Figura 1. Control de calidad del combustible diesel realizado por Metrohm Analizador de petróleo NIRS DS2500.
Los espectros Vis-NIR obtenidos (Figura 1) se utilizaron para crear modelos de predicción para la determinación de parámetros clave del diésel. La calidad de los modelos de predicción se evaluó mediante diagramas de correlación que muestran la correlación entre la predicción Vis-NIR y los valores del método primario. Las respectivas cifras de mérito (FOM) muestran la precisión esperada de una predicción durante el análisis de rutina (Figura 2).
Esta solución demuestra que NIRS es excelente para el análisis de múltiples parámetros en combustible diesel, proporcionando resultados en menos de un minuto sin la necesidad de preparación de muestras o reactivos químicos.
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Retorno de la inversión: CFR Engine vs. NIRS
La gasolina requiere controles intensivos de varios parámetros de calidad que deben estar dentro de ciertas especificaciones antes de su comercialización. Estos parámetros que también pueden controlarse mediante análisis NIRS incluyen el índice de octano de investigación (ASTM D2699) y el octanaje del motor (ASTM D2700), también conocido como RON / MON.
La importancia de medir estos valores con precisión no es solo para cumplir con las regulaciones, sino también debido al potencial adicional de ahorrar costos para los fabricantes. Por ejemplo, el mercado seguirá aceptando valores de RON que superen los requisitos establecidos, pero estos productos incluirán una mayor cantidad de moléculas orgánicas lucrativas de cadena larga. Este llamado «sorteo de RON» se estima en aproximadamente 0,5 RON por barril, lo que da como resultado $ 2.25 millones de USD / mes en ingresos perdidos para un proceso de producción de 100.000 barriles por día.
El motor de clasificación de octanaje Combination Cooperative Fuel Research (CFR) (modelo F1 / F2) se utiliza para determinar la calidad del octanaje de la gasolina y los componentes de mezcla de combustible. Esta unidad está reconocida y aprobada por ASTM D2699 y D2700. El motor está equipado con un cárter de servicio pesado, un cilindro de compresión variable, un carburador con una relación de aire / combustible ajustable y un equipo de medición de detonaciones (figura 3).
Los sistemas NIRS listos para usar también están disponibles para monitorear varios parámetros de calidad de la gasolina que cubren rangos variados y sus respectivas precisiones (tabla 1). Además, los fabricantes de analizadores NIRS suelen ofrecer soporte de aplicaciones para ampliar estos rangos o mejorar la precisión.
En Tabla 2. La recuperación total se logra en dos años si se considera que solo el 50% del método de análisis primario (motor CFR) se reemplaza por NIRS. Este cálculo se basa en 2000 análisis por año (1000 RON + 1000 MON), con costos de funcionamiento totales de aproximadamente $ 32,50 por análisis (productos químicos, mantenimiento y mano de obra).
| Análisis totales RON + MON por año | 2000 | 2000 |
| Costo del operador por hora | $25,00 | $25,00 |
| Costo del analizador | Motor CFR | NIRS DS2500 Petro Analyzer |
| Instrumento de análisis | $500000,00 | $55000,00 |
| Costos iniciales totales | $0,001 | $55000,00 |
| Gastos de funcionamiento consumibles / productos químicos / mantenimiento | ||
| Productos químicos por año (ASTM D2699 / D2700) | $20000,00 | $0,00 |
| Costo de mantenimiento por año | $20000,00 | $1500,00 |
| Productos químicos más costo de mantenimiento por análisis | $20,00 | $0,75 |
| Costes totales de funcionamiento por año | $40000,00 | $1500,00 |
| Tiempo empleado por análisis | 30 minutos | & lt; 1 minuto |
| Coste laboral de 1000 análisis de RON (ASTM D2699) | $12500,00 | $416,50 |
| Coste laboral de 1000 análisis de MON (ASTM D2700) | $12500,00 | $416,50 |
| Costo laboral por análisis | $12,50 | $0,42 |
| Costos laborales totales por año | $25000,00 | $833,00 |
| Costes totales de funcionamiento por año | $65000,00 | $2333,00 |
Puede encontrar más información sobre el análisis de RON / MON y otros parámetros en la gasolina en nuestras Notas de aplicación gratuitas a continuación.
En este ejemplo, se usó el análisis RON / MON para mostrar ahorros de costos y ROI cuando se usa NIRS para complementar un método principal. Sin embargo, al expandir esto para considerar otros parámetros de calidad clave, como los indicados en tabla 1, los incentivos financieros para tal inversión son aún más convincentes.
Resumen
La espectroscopia de infrarrojo cercano es muy adecuada para el análisis de parámetros de calidad clave en gasolina, diesel y combustible para aviones. Las precalibraciones disponibles se desarrollan y validan de acuerdo con las pautas de ASTM. Los aspectos positivos del uso de NIRS como tecnología alternativa son los poco tiempo para el resultado (menos de un minuto), no se necesitan productos químicos ni otros equipos costosos, y Facilidad de manejo para que incluso los trabajadores por turnos y los no químicos puedan realizar estos análisis de manera segura.
Futuras cuotas de esta serie
Este artículo de blog se dedicó al tema de gasolina, diesel y combustible para aviones y cómo la espectroscopia NIR se puede utilizar como la herramienta de control de calidad ideal para la industria petroquímica / refinería.
Futuras cuotas
will be dedicated to other important applications in this industry. These topics will include:
- Pyrolysis gasoline (Pygas)
- Lubricants
- ASTM Norms
Sus conocimientos para llevar
Ofrecemos NIRS para laboratorio, NIRS para procesos y soluciones Raman
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