Автомобильные бензины

Бензины автомобильные представляют собой смесь углеводородов различного строения, преимущественно С₄-С₁₂, с температурой кипения 30-205°С и плотностью 0,70-0,78 г/см³. Они получаются смешением прямогонного бензина и продуктов вторичной переработки фракций прямой перегонки, например каталитического крекинга керосино-газойлевых и тяжелых дистиллятных фракций, каталитического риформинга бензиновых фракций коксования, алкилирования и т.д.
Выпускают бензины летние, зимние, этилированные и неэтилированные.

Это прозрачная маловязкая жидкость со специфическим запахом, она быстро испаряется, не растворяется в воде и при соответст­вующих условиях сгорает без остатка.

Производство автобензина в РФ по состоянию на 2006 г. составило 34,37 млн. т/год. В них доля высокооктановых бензинов 53,3%. В России с 2003 г. полностью прекращена выработка и применение этилированных автобензинов. Объем экспорта в 2006 составил 6302, 2 тыс. тонн, объем импорта - 7,4 тыс. тонн.

Базовой эксплутационной характеристикой и одновременно основ­ным ценообразующим параметром автомобильного бензина является его детонационная стойкость, выраженная октановым числом. Именно октано­вое число автомобильного бензина и рядом стоящая соответствующая цена за один литр в первую очередь интересует водителя при въезде на АЗС.

Детонационная стойкость. Это показательбензинов должен обеспечивать бездетонационную работу двигателей в самых напряженных режимах. Детонационная стойкость топлива определяет его способность противостоять нарушению нормального протекания сгорания в двигателе, возникающего в результате взрывного сгорания и образования детонационных и ударных волн. Чем выше детонационная стойкость, тем эффективнее и экономичнее работает двигатель автомобиля. При детонационном сгорании топлива скорость распространения пламени примерно в 100 раз превышает скорость распространения пламени при нормальном сгорании. Сильная детонация приводит к перегреву двигателя, прогоранию колец, поршней и клапанов, разрушению подшипников и т.д.

Детонационное горение определяется химическим составом топлива, т. е. его склонностью к образованию пероксидов. Наиболее детонационно стойкими являются ароматические углеводороды, причем с увеличением длины боковых алкильных цепей в них снижается детонационная стойкость.

К ароматическим углеводородам по детонационной стойко­сти приближаются изоалканы, причем, чем они разветвленнее, тем выше эта стойкость.

Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное поло­жение, и для них, как и для ароматических углеводородов, уве­личение алкильных цепей уменьшает детонационную стойкость, а разветвление этих цепей — увеличивает. Олефины по детона­ционной стойкости близки к нафтенам. Уменьшение длины цепи увеличивает их стойкость.

Мерой детонационной стойкости топлива является октановое число (ОЧ) по условно принятой шкале. В этой шкале за 100 при­нята детонационная стойкость изооктана (2,2,4-триметилпентана) С₈Н₁₈, а за 0 принята детонационная стойкость н -гептана С₇Н₁₆.

Октановым числом испытуемого бензина называют количе­ство изооктана (в % об.) в его смеси с н-гептаном (эталонная смесь), при котором детонационная стойкость такой смеси эк­вивалентна детонационной стойкости испытуемого бензина в стандартных условиях испытания. Существует три стандартных метода определения детонаци­онной стойкости автомобильных бензинов.

Исследовательский метод определения октанового числа (ГОСТ 8226—82) состоит в том, что детонационную стойкость испытуемого бензина сравнивают с детонационной стойкостью эталонной смеси подбором соотношения в ней изооктана с геп­таном. Сравнительное испытание проводят на стандартной одноцилиндровой установке УИТ-65, позволяющей изменять сте­пень сжатия, а начало детонации фиксировать электронным дат­чиком. Испытание проводят с частотой вращения вала двигателя 600 ± 6 об/мин с постоянным углом опережения зажигания 13°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор, 52 ± 1 °С. Получаемое исследовательским методом октановое число (ОЧ_И) соответствует относительно мягким условиям работы двигателя (городская езда автомобилей с небольшими нагрузками).

Моторный метод определения октанового числа (ГОСТ 511—82) реализуют также на установке УИТ-65 и определяют сравнением детонационных стойкостей бензина с эталонной смесью, состав которой подбирают в процессе испытания; по содержанию в ней изооктана находят искомое октановое число. Однако условия испытания в этом случае жестче: частота враще­ния вала 900 ± 9 об/мин, угол опережения зажигания от 26 до 15°, температура воздуха на входе в карбюратор 50 ± 5 °С, а температура ТВС на входе в цилиндр 149 ± 1 °С.

Полученное этим методом значение октанового числа (ОЧ_М) соответствует работе двигателей с повышенной нагрузкой (заго­родная езда нагруженных автомобилей) и всегда ниже, чем ОЧ_И.

Разность ОЧ_И- ОЧ_М называют чувствительностью бензина. В за­висимости от химического состава бензинов она составляет от 1-2 до 8-12.

Методы детонационных испытаний полноразмерных серий­ных двигателей в стендовых и дорожных условиях по ГОСТу 10373—75 значительно сложнее исследовательского и моторного методов, требуют больших трудозатрат и расхода эталонных сме­сей, поэтому они предназначены для квалификационной оценки серийных двигателей или для определенных исследований пара­метров их работы.

По результатам определения этими методами октанового числа строят серию графиков его зависимости от важнейших па­раметров двигателя — угла опережения зажигания, частоты вра­щения вала, мощности двигателя и др.

Для прямогонных бензинов предложена формула:

ОЧ_М= 250,9-281ρ₄²⁰,

где ρ₄²⁰— относительная плотность бензина.

Для таких же прямогонных бензинов с концом кипения до 200 °С:

ОЧ_М =100А + 70Н + 50ИП -12НП

где А, Н, ИП и НП — массовые доли ароматических, нафтено­вых, изопарафиновых и н-парафиновых углеводородов в бензине.

Существует также расчетный метод, основанный на хроматографическом анализе бензина.

Достоинство расчетных методов состоит в том, что они не требуют для анализа больших количеств бензина, что важно при проведении лабораторных исследовательских работ. Недостаток их — в большой погрешности, достигающей иногда 10 % и более.

Высокая детонационная стойкость товарных автобензинов достигается тремя способами. При первом способе в качестве базовых бензинов применяются наиболее высокооктановые вторичные продукты переработки нефти или же увеличивается их доли в товарных бензинах.

Второй способ предусматривает широкое использование высокооктановых компонентов, вовлекаемых в товарные бензины, - ароматических и изопарафиновых углеводородов.

Третий способ состоит в применении антидетонационных присадок. В настоящее время широко используют все три направления повышения детонационной стойкости.

Наиболее эффективным и экономически выгодным, а
потому широко применяемым является способ использования
антидетонаторов.

Кроме детонационной стойкости автомобильных бензинов к важнейшим детонационным характеристикам относятся: фракционный состав, давление насыщенных паров, плотность, содержание серы, водорастворимых кислот и щелочей, фактических смол, соединений свинца, железа, марганца.

До недавнего времени основная масса автомобильных бензинов в России вырабатывалась по ГОСТ 2084-77 и ТУ 38.001165-97 (заменен в 2003 году). В зависимости от октанового числа этот ГОСТ предусматривал пять марок автобензинов: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Для первых двух марок цифры указывают октановые числа, определяемые по мотор­ному методу, для остальных - по исследовательскому. По ТУ вырабатыва­лись марки А-80, А-92 и А-96 с октановыми числами по исследователь­скому методу. Эти бензины в основном предназначались для поставки на экспорт.

Основная масса автомобильных бензинов в настоящее время выраба­тывается по ГОСТ Р 51105-97, применение которых обеспечивает надеж­ную эксплуатацию автомобилей с нормами Евро-2 по токсичности отрабо­тавших газов. По этому ГОСТу выпускаются автобензины марок: Нор­маль-80, Регуляр-91, Регуляр-92, Премиум-95 и Супер-98 (см. табл.).

В последние годы автомобильный парк страны пополняется совре­менными импортными машинами, удовлетворяющими требованиям Евро-3 и Евро-4, эксплуатация которых требует применения соответствующих топлив. В связи с этим возникает необходимость организации промыш­ленного производства бензинов для автомобилей класса Евро-3 и Евро-4.

Таблица

Характеристика неэтилированных автомобильных бензинов (ГОСТ Р 51105-97)

Нормативной базой для выпуска таких автобензинов являются ГОСТ Р 51866-2002 «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия», являющийся аутентичным переводом EN 228:1999 (Евро-3) и ТУ 38.401-58-350-2005 на бензины для автомобилей класса Евро-4. По ГОСТу предполагается выпускать автобензины марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95 и Супер Евро-98, а по ТУ - Регуляр Евро-92/4, Премиум Евро-95/4 и Супер Евро-98/4. Технология производства бензинов для автомобилей, отвечающих требованиям Евро-3 и Евро-4, должна обеспечить нормы на содержание в них серы не более 150 и 50 ррm, ароматических углеводоро­дов не более 42 и 35% об. соответственно. Кроме того, некоторые произво­дители продвигают на рынок свои марки автобензинов, отвечающие тре­бованиям Евро-3 и Евро-4. Так ОАО «ЛУКОЙЛ» в 2006 году начало про­изводство новых автомобильных бензинов с улучшенными эксплуатаци­онными свойствами под брендом «ЭКТО» (экологическое топливо): «ЭК-ТО-92» и «ЭКТО-95». Новые автомобильные бензины «ЛУКОЙЛа» -«ЭКТО» по своим свойствам соответствуют стандартам Евро-3 и превы­шают требования государственных стандартов. Для улучшения эксплуата­ционных свойств в новые автомобильные бензины «ЛУКОЙЛа» дополни­тельно вводится многофункциональный пакет присадок, способствующий улучшению моющих, антикоррозионных и других свойств.

Практика получения брендовых (фирменных) топлив путем добавле­ния на нефтебазах присадок в базовое топливо является общепризнанной в странах Западной Европы. По данной технологии работают такие компа­нии как Shell, BP, Neste, Teboil и многие другие.

«ЛУКОЙЛ» получил допуск на использование присадок на террито­рии РФ, сертификат соответствия на присадки, гигиенический сертификат, а также паспорт безопасности вещества (материалов). Испытания автобен­зинов «ЭКТО» провело ЗАО «Нами-Хим».

Компания «ТНК-ВР» объявила о запуске в продажу нового неэтили­рованного бензина ВР Ultimate с октановым числом 95 и 98, реализация которого началась с 2006 г. на всех автозаправочных комплексах ВР. ВР Ultimate содержит значительно меньше основных компонентов загрязне­ния окружающей среды. В нем содержится меньше серы, чем в обычном бензине, что позволяет сократить серные выбросы в атмосферу на 66%.

По октановому числу российские бензины достигают таких же пока­зателей, как в Европейском Союзе.

Но следует подчеркнуть, что российские автобензины в настоящее время не полностью соответствуют европейским стандартам по ряду пока­зателей.

Например, из табл. 1 видно, что по российскому ГОСТу допустимое содержание бензола 5%, однако по стандартам Евро - 4 - 1%; серы -0,05%, тогда как в ЕС - 0,0050%; ароматики - 55%, а в ЕС - 30%.

Таблица

Основные требования к качеству автомобильных бензинов в России и государствах – членах ЕС

*Нормы комплекса методов квалификационной оценки

** По ГОСТ Р 51105-97 указано до 180 ˚С

Рассматривая технические характеристики российских бензинов, и сравнивая основные показатели с требованиями международных и евро­пейских стандартов следует подчеркнуть, что российские автобензины в настоящее время не соответствуют европейским стандартам по ряду пока­зателей, а именно, по октановому индексу, по содержанию сернистых со­единений, по соединению ароматических углеводородов и содержанию бензола.

Для достижения российской нефтепереработки требованиям миро­вых и европейских стандартов по антидетонационным и экологическим характеристикам необходимо повысить октановые характеристики, суще­ственно снизить содержание серы, олефинов, ароматики (в частности бен­зола).

С этой целью в российской нефтепереработке осуществляются и планируются многозатратные научно-технологические решения. А имен­но, разработка и строительство таких процессов, как:

1) изомеризация, каталитический риформинг, алкилирование и дру­гие процессы облагораживания.

2) планируется увеличение доли бензина каталитического крекинга в товарных автобензинах.

3) разрабатываются и внедряются новые эффективные и экологически безопасные антидетонаторы оксигенаты и др.

Дизельные топлива

Современные дизели устанавливаются практически на всех видах транспортных средств (кроме самолетов), а также используют в качестве стационарных установок (дизель-генераторы, дизель-насосы и т.д.). По частоте вращения коленчатого вала дизели подразделяются:

выше 1500 мин^-1 -высокооборотные (быстроходные дизели);

250-1500 мин^-1 -среднеоборотные;

менее 250 мин^-1 (тихоходные дизели). На автомобили устанавливают высокооборотные дизели.

Работа дизельного двигателя основана на самовоспламенении топлива. Топливо для дизелей должно легко воспламеняться при температуре, развиваемой при сжатии воздуха в камере сгорания. Бензин, например, для этих целей не годится. Температура его самовоспламенения слишком высока. Самовоспламенение - это способность топлива самопроизвольно воспламеняться без поднесения к нему пламени.

Топливо для дизельных двигателей представляет собой смесь углеводородов керосиновой, газойлевой и соляровой фракций прямой перегонки (для быстроходных дизелей) и более тяжелых фракций или остаточных нефтепродуктов (для тихоходных дизелей).

Дизельное топливо с температурой кипения 180-360 °С, плотностью 0.790-0.860 г/см³ получают из прямогонной нефти с последующей гидроочисткой и депарафинизацией (для зимних марок); в некоторые сорта добавляют до 20% газойлевых фракций каталитического крекинга.

Лучшим дизельным топливом можно считать легкое моторное топливо с температурой кипения 230-350°С, состоящее из 60/о керосиновых фракций, выкипающих до 300 С, и 40% более тяжелых - соляровых фракций, выкипающих в интервале 290- 350°С.
В соответствии с назначением (использованием), условиями хранения и транспортировки в топливах для дизельных двигателей нормируются следующие физико-химические и эксплуатационные показатели качества /1,4-9/.

Воспламеняемость. Исходя из принципа работы дизелей, главным требованием к топливу для них является способность легко воспламеняться при сжатии, образуя предварительно горючую смесь с воздухом. На смесеобразование и воспламенение в дизеле отводится очень мало времени, причем тем меньше, чем выше частота вращения коленчатого вала дизеля. Способность топлива к самовоспламенению выражается условным показателем - цетановым числом (ЦЧ).

Цетановое число – показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный процентному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которая по воспламеняемости в стандартном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.

ЦЧ определяет жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива, дымность газов. Чем выше ЦЧ, тем ниже скорость нарастания давления и температуры и тем менее жестко работает двигатель. Оптимальное для современных дизелей значение ЦЧ составляет 45-55 единиц.

Если ЦЧ выше оптимального, топливо воспламеняется, еще не успев перемешаться с воздухом, и самовоспламенение еще до конца такта сжатия, что будет противодействовать ходу поршня. Мощностные характеристики дизеля при этом снижаются. В среднем с повышение значения ЦЧ сверх нормы на одну единицу ухудшаются экономичность расхода на 0,2-0,3 % и дымность на 10-15 %.

ЦЧ определяется экспериментально "методом совпадением вспышек" по ГОСТ 3122 на одноцилиндровой установке ИТ9-3. В США, Англии, Франции и странах Латинской Америки для определения ЦЧ применяется установка ASTM-CFR (Вокеш) дизельной головкой. В этих странах наряду с ЦЧ воспламеняемость и горючесть дизельных топлив оценивают дизельным индексом ДИ (в западных спецификациях дизельный индекс обозначается как цетановый индекс ЦИ).

ДИ более точно отражает связь воспламеняемости топлива с его углеводородным составом. Величина дизельного индекса для различных типов дизелей колеблется от 9 до 65. Для тихоходных дизелей применяется топливо с дизельным индексом от 30 до 40 единиц, для быстроходных 45-65. ДИ определяется не экспериментально, а рассчитывается исходя из плотности и характеристик углеводородного состава (анилиновой точки).

Для оценки ЦЧ дизельных толлив можно воспользоваться несколькими эмпирическими зависимостями. Для продуктов прямой перегонки наиболее точным является определение ЦЧ по ГОСТ 27768 исходя из плотности и температуры 50% об. отгона по формуле:

ЦЧ=45474-1641,41* +774,74*()²-0,55*t_50%+97,80*(Lgt_50%)², где

t_50%- температура 50% отгона с учетом поправки на нормальное барометрическое давление;

-плотность топлива при 15˚С отнесенная к плотности воды при 15˚С

Для товарных дизельных топлив цетановое число можно оценить по формуле:

ЦЧ=

Испаряемость. Этот показатель нормируется фракционным составом, температурами 50, 90 и 96 % (принимают как конец перегонки) отгона. Чем выше эти температуры, тем тяжелее топливо. Пусковые свойства оценивают по температуре 50% отгона.

Низкотемпературные свойства. Низкотемпературные свойства - одни из важнейших эксплуатационных показателей. В современных технических документах на дизельное топливо низкотемпературные свойства нормируют тремя показателями:

- температурой застывания, от которой зависит прокачиваемость топлива по трубопроводам, легкость проведения сливных-наливных операций, то есть температурный порог использования;

- предельной температурой фильтруемое™ и температурой помутнения, от которых зависит прокачиваемость через холодные фильтры, надежность работы дизеля;

- содержанием воды.

Однако весьма сильное влияние на температуру плавления углеводородов оказывает строение углеводородов: углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения могут иметь значительные расхождения, в температурах плавления. Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Именно эти углеводороды в первую очередь выпадают при понижении температуры. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах, однако те из них, которые имеют длинную неразветвленную боковую цепь, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается.

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания в дизельные топлива вводят депрессорные присадки. Добавление сотых «долей присадки позволяет снизить предельную температуру фильтруемости на 10-15°С, а температуру застывания - на 15-20 С. Введение присадок не влияет на температуру помутнения. Это связано с механизмом действия депрессорных присадок, заключающемся в модификации структуры кристаллизующихся парафинов, уменьшении их размеров. При этом общее количество н-парафинов не снижается. Также образование кристаллов при низких температурах может быть вызвано присутствием воды, которая попадает в дизельное топливо в результате наливных операций.

К другим важнейшим эксплуатационным характеристикам дизельных топлив относятся:

- плотность

- вязкость

- содержание воды и механических примесей

- химическая стабильность

- коррозионная активность

- температура вспышки

- склонность к нагарообразованию

- содержание серы и др.

НПЗ России производят несколько видов дизельных топлив: для быстроходных мало- и среднеоборотных дизелей. Для быстроходных дизелей (автомобильных) производят летнее, зимнее, арктическое, экспортное с депрессорными присадками, экологически чистые и городские.

Дизельные топлива летнее, зимнее, арктическое вырабатываются по ГОСТ 305-82 (см. табл.)

Эти предназначены для применения при следующих температурах окружающего воздуха: Л -при 0˚С и выше; 3 - до минус 20°С (с температурой застывания не выше -35°С и помутнения не выше -25°С) и до минус 30°С (с темпе­ратурой застывания не выше -45°С и помутнения не выше -35°С); А - до минус 50°С.

Разрешаются (по согласованию с потребителем) выработка и применение топлива с температурой застывания 0°С без нормирова­ния температуры помутнения.

Согласно ГОСТ 305-82 предусмотрена маркировка дизельного топлива: летнего Л-0,2-62 (содержание серы и температура вспыш­ки), зимнего 3-0,2-минус 40 (содержание серы и температура засты­вания), арктического А-0,2 (содержание серы). Дизельные топлива Л, 3 и А обычно получают компаундированием прямогонных и гид­роочищенных газойлезых фракций. Сырьем для гидроочистки явля­ются как прямогонные дистилляты, так и продукты вторичных про­цессов, например, легкий газойль каталитичекого крекинга.

Дизельные экспортные топлива (ТУ 38.401-58-110-94) для по­ставки на экспорт вырабатываются с содержанием серы не более 0,2% (табл. 3.5). Экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных газойлевых фракций.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками произво­дят на основе летнего топлива: марку ДЗп с температурой застыва­ния – З0˚ С по ТУ 38.101889-81, для районов с холодным климатом вырабатывают топлива ДЗп-15/-25 и ДАп-35/-45 с температурами застывания соответственно -35 и - 55˚ С по ТУ 38.401-58-36-92 (табл. 3.6).

Экологически чистые дизельные топлива (ТУ 38.1011348-89) про­изводят с помощью гидроочистки газойлевых фракций прямой перегонки и вторичных процессов табл. Городские дизельные топлива (ТУ 38.401-58-170-96) с улучшенными экологическими свойствами предназначены для применения в г. Москве (табл. 3.8). В топлива добавляют присадки: летом - антидымную (отечествен­ную ЭФАП-Б или импортную Любризол 8288), зимой - депрессорную (импортную сополимер этилена с винилацетатом). Городские
топлива обладают улучшенными экологическими свойствами (дымность и токсичность отработавших газов меньше на 30-50 % по срав­нению с топливами без присадок). Топлива отвечают европейским требованиям на содержание серы (не более 0,05 %) в дизельных топливах.

Сравнение некоторых показателей качества наиболее массовых марок дизельных топлив, выпускаемых в России и требований европейских стандартов свидетельствуют о том, что европейские спецификации более жесткие.

Таблица

Поиск по сайту: