Снижение содержания ароматических углеводородов в автомобильном бензине согласно евростандартам

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕ-СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

БУХАРСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 665.66

5А 321302 - «Переработка нефти и газа и ее химическая технология»

МАГИСТРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание академической степени магистра

СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В АВТОМОБИЛЬНОМ БЕНЗИНЕ СОГЛАСНО ЕВРОСТАНДАРТАМ

Джумаев Улугбек Русланович

Научный руководитель: к.х.н. Хайитов Р.Р.

Бухара - 2014



Содержание

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Химический состав нефтяных бензинов

1.2 Детонационная стойкость углеводородов и топлив

1.3 Современные и перспективные автомобильные бензины

1.4 Требования к автомобильным бензинам, рекомендуемые всемирной топливной хартией и Европейским Экономическим Сообществом

Глава 2. Методы и объекты исследования

2.1 Методы исследования

2.2 Объекты исследования

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1 Физико-химическая характеристика автомобильного бензина АИ-80

3.2 Групповой углеводородный состав бензинов

3.3 Определение емкости адсорбентов из жидкой фазы в динамических условиях

3.4 Анализ ароматических углеводородов бензина АИ-80 методом ГЖХ

3.5 Укрупненный опыт по доведению автомобильного бензина до норм Евростандартов

Заключение

Литература



Введение

Актуальность работы. В Узбекистане в 2007 г. создано СП «GM-Uzbekistan», которое выпускает более 200 тысяч легковых автомобилей в год, способных конкурировать с зарубежными аналогами по комфортабельности, безопасности, надежности и экономичности. Стратегия развития этой промышленности в условиях жесткой конкуренции на мировом рынке требует улучшения качеств производимой продукции до уровня мировых стандартов, в частности автомобильных топлив.

Мировые производители автомобилей и двигателей, представленные ассоциациями Америки, Западной Европы и Японии завершили согласование рекомендаций по качеству перспективных автомобильных топлив. Итогом этой работы является опубликованная недавно Всемирная топливная хартия, которая предусматривает улучшение их качеств.

Начиная с внедрения производства бензина в промышленном масштабе и по сей день изменения требований к качеству бензина обуславливались развитием техники и ростом требований к детонационной стойкости бензинов, а в последнее время - также и к экологическим требованиям. Последние ограничивают вредное воздействие бензина на окружающую среду и здоровье людей при применении его в автомобильной технике, а также при транспортировке и хранении.

Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработанные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака. Экологическая безопасность бензинов обеспечивается ограничениями содержания отдельных токсичных веществ, группового углеводородного состава, низкокипящих углеводородов, серы и бензола.

Европейские экологические программы в области автомобильных бензинов определяются Европейской нормалью (стандартом) EN 228, где четко обозначены основные требования для обеспечения норм по Евро-3,4,5, основными из которых являются снижение содержания ароматических углеводородов, в т.ч. бензола. В частности, по Евро-4 и Евро-5 содержание ароматических углеводородов должно быть снижено до 35 % масс., бензола до 1 % (объемн.). Причем, мировая автомобильная промышленность должна была вводить требования Евро-4 с 2010 г., Евро-5 с 2014 г.

В России Евро-2 остается в действии до 31 декабря 2012 г., Евро-3 - до 31 декабря 2014 г., Евро-4 - до 31 декабря 2015 г. из-за необходимости модернизации НПЗ.

В связи с такими жесткими экологическими требованиями нефтеперерабатывающая промышленность мира находится сегодня на переломном этапе, направленном на производство самых экологически чистых топлив за всю историю её существования.

В свете вышеизложенного данная работа, посвященная всестороннему исследованию влияния различных групп углеводородов: ароматических и н-парафиновых и их индивидуального состава на эксплуатационные и экологические свойства местного бензина, а также получению топлива на его основе, отвечающее по содержанию этих углеводородов требованиям Европейских спецификаций, Евро-4 и Евро-5, является актуальной.

Степень изученности проблемы. В настоящее время автомобильные бензины являются наиболее распространенным нефтепродуктом. Одна треть нефти, добываемой во всем мире, перерабатывается в автомобильный бензин. В ближайшем будущем значение автомобильных бензинов сохранится.

Динамика развития мирового автомобильного транспорта говорит о резком увеличении количества автомобилей - если в 2001 году производилось порядка 700 млн. ед., то в 2011 году среднегодовой прирост составил 2,5 %, а в 2021 году будет уже 3 % и это составит порядка 1300 млн. ед.

Как известно, развитие автомобилестроения сопровождается непрерывным увеличением требований к качеству применяемых топлив.

В Узбекистане стандарт Евро-3 относительно дизельного топлива введён с 2010 г., на автомобильные бензины пока не принято решения.

Цель работы: Исследование химических аспектов возможности получения бензина, на основе нефтегазоконденсатного сырья, отвечающего требованиям Европейских спецификаций.

Задачи исследования:

- разработка способа соответствия местного автомобильного бензина АИ-80 (А-80) требованиям Европейских стандартов;

- исследование процессов деароматизации бензина с выявлением селективных адсорбентов для этих целей;

- изучение сорбционной емкости подобранного промышленного сорбента силикагеля КСК из жидкой фазы в динамических условиях;

- проведение процесса деароматизации бензина в лабораторных условиях и в укрупненном масштабе с доведением его до норм Евро-4 и Евро-5; автомобильный бензин деароматизация стандарт

Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования был использован местный автомобильный бензин АИ-80 и промышленный адсорбент крупнопористый силикагель КСК и эталоны гомологического ряда ароматических углеводородов. Предметом исследования является изучение процесса деароматизации бензина с целью соответствия его Европейским спецификациям.

Методы исследований. В работе использован комплекс современных и классических методов исследования, позволяющих определить физико-химические характеристики, групповой и индивидуальный состав бензина и его фракций, сорбционную емкость по различным сорбатам, использованных в работе адсорбентов в жидкой фазе и в динамических условиях, а также методы исследования нефтепродуктов согласно ГОСТам.

Научная новизна: Впервые показана возможность получения конкурентоспособного бензина, отвечающего требованиям Европейских спецификаций Евро-4 и Евро-5, на основе бензина АИ-80 из нового нефтегазоконденсатного сырья путем его адсорбционной деароматизации. Установлено существенное уменьшение содержания бензола с 5,03 до 1,35 % масс. в бензине с улучшенными свойствами.

Научная и практическая значимость результатов исследования. На базе местного автомобильного бензина АИ-80 получен продукт с более высоким октановым числом 84, который был испытан с положительным эффектом в лабораторных и опытных условиях (стендовые испытания) и отвечал требованиям Европейских спецификаций по экологическим и эксплуатационным характеристикам.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, заключения, списка использованной литературы из 84 библиографических наименований, приложения и изложена на 84 страницах компьютерного текста, включает 11 рисунков и 24 таблицы.



Глава 1. Литературный обзор

1.1 Химический состав нефтяных бензинов

Автомобильные бензины получают путем переработки нефтей, природных газов, каменных углей, торфа и горючих сланцев [1-5].

При получении различных нефтепродуктов из нефти в её фракции попадают компоненты по температурам кипения и молекулярным массам, соответствующие данном фракции. Так как в данной работе рассматривается вопрос об автомобильных бензинах, то мы дадим в литературном обзоре характеристику углеводородов, входящих в бензиновую фракцию нефти.

В соответствии с элементарным составом основная масса компонентов нефти - это углеводороды [6]. В низкомолекулярной части нефти, к которой условно относят вещества с мол. массой > 250-300 и выкипающие до 300-350°С, присутствуют наиболее простые по строению углеводороды [7]. Они принадлежат к следующим гомологическим рядам:

Сn Н2n+2 - метановые или парафиновые углеводороды (алканы);

Сn Н2n - моноциклические полиметиленовые углеводороды, циклопарафины, нафтены, цикланы (алкилциклопентаны и алкилциклогексаны);

Сn Н2n -2 - бициклические полиметиленовые, дициклопарафины (пятичленные, шестичленные и смешанные);

Сn Н2n -4 - трициклические полиметиленовые, трициклопарафины (пятичленные, шестичленные и смешанные);

Сn Н2n -6 - моноциклические ароматические, бензольные углеводороды, арены;

Сn Н2n -8 - бициклические смешанные нафтено - ароматические углеводороды;

Сn Н2n -12 - бициклические ароматические углеводороды.

В бензиновой фракции практически присутствуют только три класса углеводородов: алканы, цикланы и арены ряда бензола. В керосиновой и газойлевой фракциях значительную долю составляют уже би- и трициклические углеводороды [8].

Метановые углеводороды. Углеводороды ряда Сn Н2n+2 присутствуют во всех нефтях и являются одной из основных составных ее частей. Распределяются они по фракциям неравномерно, концентрируясь главным образом в нефтяных газах и бензино - керосиновых фракциях, в масляных их содержание резко падает. Для некоторых нефтей, например азербайджанских, характерно почти полное отсутствие парафинов в высококипящих фракциях.

Газообразные парафиновые углеводороды. Углеводороды С1 - С4: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, а также 2,2-диметилпропан при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Все они входят в состав природных и нефтяных газов [9]. Газовые месторождения бывают трех типов: чисто газовые, газоконденсатные и нефтяные. Газы месторождений первого типа называются природными и состоят в основном из метана. В качестве примесей к метану в них присутствуют этан, пропан, бутан, пары пентана и высших, а также неуглеводородные компоненты.

Содержание гомологов метана в природном газе невелико: этана от 0,1 до 8,0% (редко), пропана от 0,1 до 3%, бутана и высших, как правило, - доли процента. Примеси углекислого газа не превышают 2,5%. В виду резкого преобладания метана и небольшого количества углеводородов С4 - С5 большинство природных газов относят к так называемым «сухим» газам.

Газы газоконденсатных месторождений отличаются от обычных газовых тем, что метану в них сопутствуют большие количества (2-5% и более) гомологов С5 и выше. Эти углеводороды при снижении давления на выходе газа конденсируются и выпадают в конденсат. Образование таких месторождений связывается с обратной растворимостью нефти в газах под высоким давлением в глубинных пластах. Плотность этана и пропана при сверхкритических температурах под давлением порядка 750 атм. и выше действительно превышает плотность нефти, и поэтому жидкие углеводороды нефти будут растворяться в сжатом газе. Состав газов газоконденсатных месторождений после отделения конденсата близок к составу типичных «сухих» газов.

Газы нефтяных месторождений называются попутными нефтяными газами. Эти газы растворены в нефти и выделяются из нее при выходе на поверхность. Состав нефтяных попутных газов резко отличается от «сухих» значительным содержанием этана, продана, бутанов и высших углеводородов. Поэтому они получили название «жирных» или «богатых» газов. Из этих газов получают самый легкий «газовый» бензин, который является необходимой добавкой к товарным бензинам, а также сжатые жидкие газы в качестве горючего. Этан, пропан и бутаны после разделения служат исходным сырьем для нефтехимической промышленности.

Жидкие парафиновые углеводороды. Углеводороды С5 - С15 жидкие вещества. По своим температурам кипения пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан и все их многочисленные изомеры должны попадать при разгонке нефти в бензиновый дистиллят. Известно, что температуры кипения разветвленных углеводородов ниже температур кипения соответствующих им изомеров с прямой цепью [10]. При этом чем более компактно строение молекулы, тем температура кипения ниже. Число теоретически возможных изомеров углеводородов С5 - С15 равняется 145.

Формула Число изомеров Формула Число изомеров

С5 Н12 3 С8 Н18 18

С6 Н14 5 С9 Н20 35

С7 Н16 9 С10 Н22 75

Еще в прошлом веке, применяя простую перегонку и чисто химические методы, первые исследователи пенсильванской нефти (США), Пелуз, Кагур, а затем Шорлеммер (1862 - 63 гг.) показали вероятное присутствие в этой нефти углеводородов нормального строения С5, С6, С7, С8 и выше. Более поздние работы Meбери, Юнга и других исследователей (1895 - 1905 гг.) подтвердили присутствие нормальных углеводородов до С18 и даже до С28. Одновременно указывается на наличие изопентана, изогексана, изогептана и изодекана.

В бакинской нефти Менделеев (1883 г.) [11] первым открыл наличие пентана, а затем и гексана. В 1883 - 1903 гг. Марковников выделяет из бакинской нефти 2-метилбутан, гексан, 2,2-диметилбутан, 2,3-диметилбутан, 2,2-диметилпентан. В 1905 г. Хонин находит в этой же нефти 2,4-диметилпентан. С 1928 г. в Американском нефтяном институте началось планомерное изучение состава пенсильванской нефти (Оклахома, Понка-Сити). Работа продолжалась 25 лет и включала разработку методов четкой ректификации, азеотропной перегонки, адсорбции, экстракции и других способов разделения смесей углеводородов. Параллельно синтезировались индивидуальные углеводороды и определялись их физические константы. Путем применения разнообразных методов разделения и очистки узких фракций и сопоставления их физических свойств со свойствами для синтетических углеводородов удалось выделить из бензиновой, керосиновой и газойлевой фракций 130 углеводородов, из них 46 ряда СnН2n+2. Эта коллективная работа выполнялась под руководством американских ученых Вошборна, Россини, Мэира, Стрейфа [12].

Работы последних лет по детализированному исследованию химического состава бензиновых фракций базируются в основном на спектроскопических методах. Под руководством академиков Ландсберга и Казанского ученые Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, Физического института им. П.Н. Лебедева и комиссии по спектроскопии АН СССР разработали комбинированный метод исследования индивидуального углеводородного состава бензинов прямой гонки [13]. Разделение на узкие фракции достигается при помощи четкой ректификации и адсорбции. Установление индивидуального состава проводится на основании физических констант и, главное; спектров комбинационного рассеяния света. Широкое применение нашли и другие физические и спектральные методы анализа (методика ГрозНИИ и др.) [14].

В настоящее время в нефтях найдены все возможные изомеры пентана, гексана и гептана. Из 18 октанов обнаружено 17. Из 35 нонанов 24 обнаружены в нефтях.

Из углеводородов С10 найдены декан, 2, 3- и 4-метилнонаны, а также спектроскопически обнаружены 5 триметильных и 2 тетраметильных изомера. Итак, почти о половине всех возможных изомеров углеводородов С5 - С10 в настоящее время уже известно, что они находятся в сырой нефти.

Углеводороды С11 - С16: ундекан, додекан, тридекан, тетрадекан, пентадекан и гексадекаи (цетан) при разгонке попадают в керосиновую фракцию.

На большом статистическом материале подтверждается факт преобладающего присутствия в нефтях углеводородов нормального и слаборазветвленного строения. Интересно, что усредненные данные по многим, углеводородам для СНГ и зарубежных нефтей очень близки (табл. 1.1) [15].

Таблица 1.1 - Усредненные данные об относительном содержании алканов во фракциях 60 - 95 и 95 - 122°С различных нефтей

Углеводороды	Содержание в % от суммы алканов в данной фракции
	среднее для нефтей СНГ	среднее для зарубежных нефтей	среднее для всех нефтей
Фракция 60 - 95°С
Гексан	23,0	35,9	29,5
2-Метилпентан	14,9	14,0	14,4
3-Метилпентан	12,0	12,0	12,0
2,2-Диметилпентан	3,3	1,5	2,4
2,4-Диметилпентан	4,0	3,5	3,8
3,3-Диметилпентан	1,7	--	0,8
2,3-Диметилпентан	8,8	2,6	5,7
2-Метилгексан	14,0	20,0	17,0
3-Метилгексан	14,9	10,5	12,7
3-Этилпентан	3,4	--	1,7
Фракция 95 - 122°С
Гептан	52,6	49,2	--
2,2-Диметилгексан	1,1	5,7	--
2,4-Диметилгексан	4,7	5,1	--
2,3-Диметилгексан	4,0	11,8	--
2-Метилгептан	23,8	--	--
3-Метилгептан	8,1	--	--
4-Метилгептан	5,7	28,2	--

Что касается нонанов, то 8 изомеров были обнаружены в пенсильванской нефти: нонан, 2-, 3- и 4-метилоктаны, 2,3- и 2,6-диметилгептаны и 2,2,5- и 2,3,5-триметилгексаны.

Содержание парафиновых углеводородов в нефтях очень разнообразно. Считая на светлые фракции, оно может колебаться от 10 до 70%. В некоторых нефтях, как исключение, парафиновых углеводородов очень мало или совсем нет; например, в месторождениях Сагирском (Эмба), Охтинском (Сахалин) и др.

Нафтеновые углеводороды. В восьмидесятых годах ХIХ столетия Марковников и Оглобин показали наличие в бакинской нефти углеводородов циклического строения ряда СnН2n [16]. Ими были открыты циклопентан, циклогексан, метилциклопентан и другие гомологи без расшифровки строения до С15 включительно. Эти полиметиленовые углеводороды, или циклопарафины а по современной номенклатуре цикланы, и были Марковниковым названы нафтенами. В дальнейшем под нафтеновыми углеводородами стали понимать не только моноциклические, но и полициклические полиметиленовые углеводороды нефтяного происхождения.

По общему содержанию нафтены во многих нефтях преобладают над остальными классами углеводородов. В среднем, в различных нефтях от 25 до 75% полиметиленовых углеводородов всех типов. Нафтены входят в состав всех нефтей и присутствуют во всех фракциях. Их содержание, как правило, растет по мере утяжеления фракций.

Простейшие цикланы - циклопропан, циклобутан и их гомологи - в нефтях не обнаружены. Моноциклические нафтены ряда СnН2n широко представлены в нефтях циклопентановыми и циклогексановыми углеводородами. Углеводороды этого типа изучены довольно подробно; синтезировано различными методами более 150 гомологов циклолентана и циклогексана. Строение их очень разнообразно, так как для них возможно четыре вида изомерии: изомерия кольца (I), изомерия местоположения боковых цепей (II), изомерия строения боковых цепей (III) и стереоизомерия (цис - транс - изомеры) [17].

В настоящее время в бензиновых фракциях различных нефтей обнаружено более 50 индивидуальных представителей этого класса углеводородов.

Так же, как и для алканов, Иоффе и Баталин подсчитали относительное содержание цикланов в узких бензиновых фракциях 77 нефтей [19]. В табл. 1.2 приводятся результаты этих подсчетов для циклопентановых и циклогексановых углеводородов, найденных во многих нефтях. Из этой таблицы видно, что в наибольших относительных количествах в нефтях присутствуют: метилциклогексан, циклогексан, метилциклопентан и некоторые диметильные гомологи циклопентана.

Ароматические углеводороды. Марковников и Оглоблин, изучая бакинскую нефть, еще в конце ХIХ века выделили (через соответствующие сульфокислоты) бензол, толуол, ксилолы, этилбензол, 1,2,4-триметилбензол и некоторые другие углеводороды этого класса [20]. В настоящее время в нефтях обнаружены многие ближайшие гомологи бензола (С7 - С10) с одним, двумя, тремя и четырьмя заместителями в ядре.

Таблица 1.2 - Усредненные данные об относительном содержании цикланов во фракциях 60 - 95 и 95 - 122°С различных нефтей

Углеводороды	Содержание в % от суммы цикланов в данной фракции
	среднее для нефтей СНГ	среднее для зарубежных нефтей	среднее для всех нефтей
Фракция 60 - 95°С
Циклогексан	30,4	30,2	30,3
Метилциклопентан	25,6	30,0	27,8
1,1-Диметилциклопентан	6,7	4,9	5,8
транс-1,3-Диметилциклопентан	10,7	22,7	11,2
цис-1,3-Диметилциклопентан	9,0	22,7	10,0
транс-1,2-Диметилциклопентан	17,6	12,2	14,9
Фракция 95 - 122°С
Метилциклогексан	45,0	45,8	5,7
Этилциклопентан	6,9	11,3	--
цис-1,2-Диметилциклопентан	2,2	--	--
1,1,3-Триметилциклопентан	0,7	--	--
цис-транс-цис-1,2,4-Триметилциклопентан	5,0	--	--
цис-транс-цис-1,2,3-Триметилциклопентан	7,0	--	--
цис-транс-транс-1,2,4-Триметилциклопентан	1,0	16,7	--
цис-цис-транс-1,2,3-Триметилциклопентан	2,0	--	--
цис-цис-цис-1,2,4-Триметилциклопентан	1,0	--	--
транс-1,4-Диметилциклогексан	8,6	--	--
1,1-Диметилциклогексан	4,2	26,2	--
цис-1,3-Диметилциклогексан	6,14	--	--

Заместителем чаще всего является радикал метил. Таким образом, можно считать, что основная масса моноциклических ароматических углеводородов представлена в нефти полиметилзамещенными бензола [21,22].

По физическим свойствам бензол и его гомологи значительно отличаются от алканов и цикланов с тем же числом углеродных атомов в молекуле [23]. Плотности и показатели преломления их выше. Бензол, n-ксилол, дурол, тетра-, пента- и гексаметилбензолы плавятся при температуре выше нуля (табл. 1.3) [24,25].

Таблица 1.3 - Температура кристаллизации некоторых ароматических углеводородов

Углеводород	Температура кристаллизации,°С	Углеводород	Температура кристаллизации,°С
Бензол	5,524	2-Метилнафталин	34,58
п-Ксилол	13,263	Дифенил	69,8
1,2,4,5-Тетраметил-бензол	79,24	Антрацен	216,04
Пентаметилбензол	54,3	Фенантрен	99,15
Гексаметилбензол	165,5	Пирен	150,4
Нафталин	80,284

Из таблицы видно, что и некоторые другие ароматические углеводороды имеют высокие температуры плавления и находятся в нефти в растворенном состоянии.

Присутствие ароматических углеводородов в бензинах весьма желательно, так как они обладают высокими октановыми числами [7,26]. Наоборот, наличие их в значительных количествах в дизельных топливах (средние фракции нефти) ухудшает процесс сгорания топлива [27]. Полициклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, попадающие при разгонке нефти в масляные фракции, должны удаляться из них в процессе очистки, так как они вредно отражаются на эксплуатационных качествах смазочных масел [28].

Бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол, ксилолы, нафталин - очень ценное химическое сырье для многих процессов нефтехимического и органического синтеза [29] включая такие важные отрасли химической промышленности, как производство синтетических каучуков, пластических масс, синтетических волокон, взрывчатых, анилино-красочных и фармацевтических веществ [7,25,26,29-32].

Углеводороды гибридного или смешанного строения. Значительная часть углеводородов нефти имеет смешанное, или, как теперь принято говорить, гибридное строение. Это означает, что в молекулах таких углеводородов имеются различные структурные элементы, а именно: ароматические кольца, пяти- и шестичленные циклопарафиновые циклы и алифатические парафиновые цепи. Понятно, что сочетание этих элементов может быть исключительно разнообразным, а число изомеров огромным [33-37].

1.2 Детонационная стойкость углеводородов и топлив

Современные автомобильные и авиационные бензины - сложные смеси продуктов прямой гонки, крекинга, каталитического риформинга, полимерных бензинов и высокооктановых изопарафиновых и различных добавок [38-41]. Иначе говоря, их химический состав может быть достаточно разнообразным, что и оказывает решающее влияние на детонационные свойства [42].

Изучение детонационной стойкости индивидуальных углеводородов позволило установить зависимость этого важного свойства от химического строения углеводородов.

В таблице 1.4 приведены сведения об октановых числах (О.Ч.) углеводородов, входящих в состав светлых нефтепродуктов определенные моторным и исследовательским методом.

Таблица 1.4 - Октановые числа углеводородов

Углеводород	Октановое число
	по моторному методу	по исследовательскому методу
Парафиновые н-Бутан Изобутан н-Пентан 2-Метилбутан 2,2-Диметилпропан (неопентан) н-Гексан 2-Метилпентан (изогексан) 3-Метилпентан 2,2-Диметилбутан(неогексан) 2,3-Диметилбутан н-Гептан 2-Метилгексан (изогептан) 3-Метилгексан 3-Этилпентан 2,2-Диметилпентан 2,3-Диметилпентан 2,4-Диметилпентан 3,3-Диметилпентан 2,2,3-Триметилбутан (триптан) н-Октан 2-Метилгептан 3-Метилгептан 4-Метилгептан 3-Этилгексан 2,2-Диметилгексан 2,3-Диметилгексан 2,4-Диметилгексан 2,5-Диметилгексан 3,3-Диметилгексан 3,4-Диметилгексан 2-Метил-3-этилпентан 3-Метил-З-этилпентан 2,2,3-Триметилпентан 2,3-Диметилпентан 2,2,4-Триметилпентан (изооктан)	90,1 99,0 61,9 90,3 80,2 26,0 73,5 74,3 93,4 94,3 0 46,6 55,0 69,3 95,6 88,5 83,8 86,6 102 -17 23,8 35,0 39,0 52,4 77,4 78,0 69,9 55,7 83,4 81,7 88,1 88,7 100,3 88,5 100	93,6 101,0 61,7 93,3 85,5 24,8 73,4 74,5 91,8 101,7 0 42,4 52,0 65,0 92,8 91,1 83,1 80,8 105,7 -19 21,7 26,8 26,7 33,5 72,5 71,3 65,2 55,5 75,5 76,3 87,3 80,8 104,5 91,1 100
2,3,3-Триметилпентан 2,3,4-Триметилпентан 2,2,3,3-Тетраметилбутан 2,2,3,4-Тетраметилпентан 2,2-Диметил-3-этилпентан 2,4-Диметил-3-этилпентан Изодекан 2,2,4-Триметилпентан (изооктан)	99,4 95,9 103,0 95,5 99,5 96,6 92,4 100	104,0 101,3 106,9 101,5 108,7 103,8 113,0 100
Нафтеновые Циклопентан Метилциклопентан Этилциклобутан Этилциклопентан Изопропилциклопропан Диметилциклопентан н-Пропилциклопентан Изопропилциклопентан Изобутилциклопентан Циклогексан Метилциклогексан Этилциклогексан цис 1,2-Диметилциклогексан транс 1 ,2- Диметилциклогексан цис 1,3-Диметилциклогексан транс 1,3-Диметилциклогексан цис 1,4-Диметилциклогексан транс 1,4-Диметилциклогексан н-Пропилциклогексан Изопропилциклогексан Изобутилциклогексан 1-Метил-4-изопропилциклогексан 1,1,3-Триметилциклогексан Пропилциклопентан Декалин Тетралин	87,0 80,0 63,9 61,2 76,2 76,9 28,1 76,2 28,2 77,2 71,1 40,8 78,6 78,7 71,0 64,2 68,2 62,2 14,0 61,1 28,9 60,5 82,6 28,1 38,0 65,0	101,0 91,3 41,1 67,2 81,1 84,2 31,2 81,1 33,4 83,0 74,8 46,5 80,9 80,9 71,7 66,9 67,2 68,3 17,8 62,8 33,7 67,3 81,3 31,2 44,0 69,0
Ароматические Бензол Толуол п-Ксилол м-Ксилол о-Ксилол	108,8 109,0 109,6 103,0 100	115,0 120,0 116,4 108,0 100
Этилбензол Изопропилбензол (кумол) н-Пропилбензол н-Бутилбензол 1-Метил-3-этилбензол	97,9 99,3 98,7 95,3 100,0	102,6 108,0 105,1 102,0 109,0
Олефиновые Пентен-1 Пентен-2 Циклопентен 1-Этилциклопентен 2-Метилбутен-2 Гексен-2 Циклогексен 2,4,4-Триметил-1-пентен 2-Метил-1-бутен Октен-1 Октен-2 Октен-3 Октен-4 Нонен-1 2-Метилоктен	77,1 80,0 69,7 72,0 84,7 78,0 73,0 86,0 81,9 34,7 55,5 68,1 74,3 - 98,0	90,9 93,7 93,3 90,3 97,3 89,0 85,0 98,0 103,0 28,7 60,0 72,5 73,3 20,0 -

Алканы нормального строения. Только метан, этан, пропан и бутаны имеют высокие октановые числа (порядка 100). Начиная с пентана, углеводороды этого ряда характеризуются очень низкой детонационной стойкостью как на бедных, так и на богатых смесях. Существует почти линейная зависимость детонационной стойкости от молекулярной массы. Чем выше молекулярная масса тем ниже детонационная стойкость [43,44].

Алканы разветвленного строения (изопарафины). Разветвление молекул предельного ряда резко повышает их детонационную стойкость. Так, например, у октана октановое число - 20, а у 2,2,4-триметилпентана + 100. Наибольшие октановые числа и сортность отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеродного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана [43,44].

Благодаря своим высоким антидетонационным свойствам, проявляющимся при работе как на бедных, так и на богатых смесях, изопарафины С5 - С8 весьма желательные компоненты бензинов.

Алкены (моноолефины). Появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное повышение детонационной стойкости по сравнению с соответствующими предельными углеводородами. На величину октанового числа оказывает влияние также местоположение двойной связи. Чем она ближе к центру молекулы, тем октановые числа выше. Разветвление молекул ведет к увеличению октановых чисел, но в меньшей степени, чем это отмечалось для алканов [44,45].

Цикланы (нафтеновые углеводороды). Первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей детонационной стойкостью; особенно это относится к циклопентану. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензинов. Наличие боковых цепей нормального строения в молекулах как циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов, приводит к снижению их октанового числа. При этом, чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветвление боковых цепей и увеличение их количества повышает детонационную стойкость цикланов [45,46].

Ароматические углеводороды. Почти все простейшие ароматические углеводороды ряда бензола обладают большой стойкостью против детонации. Октановые числа их близки к 100 или даже выше. Наличие боковых цепей, особенно разветвленных, еще больше повышает детонационную стойкость. Исключение составляет только о-ксилол.

Показатели детонационной стойкости бензинов является их главными качественными характеристиками.

Сравнения октановых чисел смесей углеводородов с действительными октановыми числами различных индивидуальных углеводородов показали, что наибольшие отклонения между ними наблюдаются у непредельных и ароматических углеводородов. При этом оказалось, что октановые числа непредельных углеводородов ниже действительных, а у ароматических, - наоборот, выше. Разница может достигать 5-10 единиц октанового числа [47].

Автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых с помощью различных технологических процессов. Детонационная стойкость компонентов этих бензинов приведены в табл. 1.5.



Таблица 1.5 - Детонационная стойкость различных компонентов, входящих в состав бензинов

Компонент	Октановое число
	по моторному методу	по исследовательскому методу
Бутановая фракция	89	94
Изобутановая фракция	97	101
Изопентановая фракция	90	93
Пентановая фракция	87	90
Изогексановая фракция	82	80

Таблица 1.6 - Детонационная стойкость газообразных углеводородов

Углеводород	Октановое число
	по моторному методу	по исследовательскому методу
Метан (природный газ)	110,0	107,5
Этан	104,0	107,1
Этилен	75,6	101,0
Пропан	97,1	100,7
Пропилен	84,9	103,0
н-Бутан	92,0	93,6
1-Бутен	81,7	97,4
2-Бутен	86,5	99,6
2-Метилпропен	88,1	102,5
Изобутан	99,0	101,1
Изобутилен	88,0	103,0

В последнее время для улучшения качеств бензинов добавляют оксигенаты. В табл. 1.7 представлены результаты оценки антидетонационной эффективности оксигенатных добавок. Эффективность определялась по приросту октанового числа при добавлении оксигената в смесь «70» (70% изооктана и 30% н-гептана) и в контрольное топливо КТ-2 (62% толуола и 38% н-гептана). Для сравнения приведена антидетонационная эффективность толуола.



1.3 Современные и перспективные автомобильные бензины

Согласно современным требованиям в последнее время резко ужесточились экологические и эксплуатационные требования к автомобильным бензинам, особенно по содержанию ароматических и олефиновых углеводородов, серы, различных спиртов и эфиров (по кислороду - не более 2,7 %) [48].

Требования к качеству автомобильных бензинов

Требования, предъявляемые к качеству современных автомобильных бензинов, подразделяют на группы:

- эксплуатационные, обеспечивающие надежную и стабильную работу двигателя;

-технологические требования, обусловленные возможностями нефтеперерабатывающей промышленности;

- связанные с транспортировкой и хранением бензинов;

- экологические, которые в последнее время являются определяющими.

Экологические требования к бензинам

Экологические требования ограничивают вредное воздействие бензинов на окружающую среду при применении их на автомобильной технике, а также при транспортировке и хранении.

Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработанные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака.

Экологические свойства бензинов обеспечиваются ограничениями по содержанию отдельных токсичных веществ, групповому углеводородному составу, содержанию низкокипящих углеводородов, а также серы и бензола.

Наиболее жесткие требования к автомобильным бензинам предъявляют в США в соответствии с Законом о чистом воздухе. В табл. 1.7 приведены федеральные и калифорнийские (CABR) нормы на показатели качества бензинов реформулированного состава. На сегодня требования к содержанию серы, олефиновых и ароматических углеводородов, особенно бензола в нормах штата Калифорния самые высокие в мире.

Таблица 1.7

Показатели	Нормы
	федеральные	CARB, этап 2	CARB, льготные
		предельные	усредненные
Содержание серы, мг/кг бензола, % (об.) олефинов, % (об.) кислорода, % (об.) ароматики, % (об.) Фракционный состав, °С, не выше 90 % 40 % Давление насыщенных паров, кПа.	- 1 - 1,5 - 2,2 - - - 49,7	10 1 6 1,8 - 2,2 25 149 99 48,3	30 0,8 4 - 22 143 - -	80 1,2 10 2,7 (максимальное) 30 166 104 48,3

Требования к качеству автомобильных бензинов в странах Азии (Японии, Южной Кореи) приведены в табл. 1.8. Как видно, углеводородный состав бензина не ограничивается.

Таблица 1.8

Показатели	Требования JIS К 2202
Максимальное содержание МТБЭ, % (об.) бензола, % (об.) серы, % (масс.) Давление насыщенных паров, кПа Фракционный состав, °С, не выше 10 % 50 % 90 % к. к. Плотность при 15°С, кг/м3, не более	7 5 0,01 44 - 78 70 125 180 220 783

Для снижения токсичности отработавших газов автомобили оснащают каталитическими системами нейтрализации, что потребовало запрещения использования в бензинах алкилсвинцовых антидетонаторов и ужесточения норм на качество бензина.

В России в 2002 г. практически полностью было прекращено производство этилированных бензинов. ГОСТ Р 51105 - 97 обеспечивает выполнение норм Евро - 2 на токсичные выбросы автомобилей, вступивший в действие 1 июля 2002 г. ГОСТ Р 51866 - 2002 - норм Евро - 3.

В 2002 г. разработано изменение № 3 к ГОСТ Р 51105 - 97 в связи с введением на территории России спецификации ЕN 228-2000 и необходимостью производство бензинов, обеспечивающих надежную эксплуатацию автомобилей отвечающую требованиям Евро - 3 и Евро - 4. Также предусмотрено введение бензина двух новых марок - Премиум - 95/3 и Премиум - 95/4 с показателями качества отвечающими требованиям ЕN 228-2000. Число в знаменателе марки указывает каким нормам отвечает бензин: Евро - 3 или Евро - 4 (табл. 1.9).

Таблица 1.9 - Нормы и требования к качеству автомобильных бензинов

Показатели	Нормаль-80	Регуляр-92	Премиум-95	Супер-98
Октановое число, не менее: моторный метод исследовательский метод	76 80	83 92	85 95	88 98
Содержание свинца, г/дм3 не более	0,01
Содержание марганца, мг/дм3 , не более	50	18	-	-
Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более	5
Индукционный период бензина, мин, не менее	360
Массовая доля серы, %, не более	0,05
Объемная доля бензола, %, не более	5
Испытание на медной пластине	Выдерживает, класс 1
Внешний вид:	Чистый, прозрачный
Плотность при 15°С, кг/м3	700-750	725-780	725-780	725-780

Одновременно для бензинов всех марок ужесточены нормы на показатели их качества:

- снижено максимальное содержание свинца с 13 до 5 мг/дм3, так как этилированные бензины практически не выпускаются и попадание свинца в неэтилированный бензин при транспортировке, хранении на нефтебазах и заправках на АЗС исключается.

- для бензина марки Супер - 98 установлено содержание серы не более 150 мг/кг. Указаны допустимые пределы применения различных оксигенатов и установлена норма на содержание кислорода: не более 2,7 % (масс.).

- для бензинов марок Премиум - 95/3 и Премиум - 95/4 уменьшено содержание бензола с 5 до 1 % (об.), введены ограничения на максимальное содержание ароматических и олефиновых углеводородов, установлена норма на содержание серы - соответственно 150 и 50 мг/кг, изменены требования к плотности.

- до 01.01.2008 г. сняты ограничения на производство и районы поставок автомобильных бензинов марок Нормаль - 80 и Регуляр - 92 с концентрацией марганца не более соответственно 50 и 18 мг/дм3.

В России Евро-2 остается в действии до 31 декабря 2012 г., Евро-3 - до 31 декабря 2014 г., Евро-4 - до 31 декабря 2015 г. из за необходимости модернизации НПЗ [49].

В большинстве стран мира для двигателей с искровым зажиганием применяют спиртосодержащие топлива. Так, в США около 40 % всех применяемых на основе бензина топлив содержат от 5,7 до 10 5% этанола (так называемые «газохолы»). Все ведущие автомобилестроительные фирмы допускают применение в своих двигателях бензинов с содержанием этанола до 10 %.

Следует отметить, что в плане использования в топливе этанола не отстают и бывшие союзные республики. Правительство Украины 20 июня 2000 г. приняло программу «Этанол», предусматривающую выпуск как кислородсодержащей добавки к бензинам на базе этанола, получаемого из сельскохозяйственного сырья, так и бензинов, содержащих эту добавку.

Были разработаны государственный стандарт на бензин, содержащий этанол, - ГСТУ 320.00149943.015-2000 и ТУ У 30183376.001 на высокооктановую кислородсодержащую добавку (ВКД) на базе этанола. Содержание ВКД в бензинах всех марок - А-80Ек, А-92Ек, А-95Ек, А-98Ек - не более 6 % (масс.).

В августе 2000 г. сейм Литвы принял закон о биотопливе. В республике будет выпускаться бензин с 7 % этанола, что позволит экономить около 30 тыс. т нефти в год и на 25-30 % сократит загрязнение окружающей среды отработанными газами.

Аналогичные программы разрабатываются в Белоруссии, Казахстане и Азербайджане. Однако, использование этанола в топливах имеет свои недостатки. Этанол имеет низшую теплоту сгорания и более высокую теплоту испарения [50]. Его антидетонационные действия необходимо усиливать дополнительным введением в топливо других антидетонационных добавок [51].

К недостаткам спирта относится наличие в них полярной гидроксильной группы, обуславливающей его более высокую химическую активность по сравнению с эфирами и традиционными видами топлив. Этанол далее при малом содержании воды обладает электропроводностью и поэтому способствует коррозии, из за чего в моторное топливо на основании спирта необходимо введение антикоррозионных присадок [52].

При использовании чистого спирта в качестве топлива (или в виде смесей с бензином) происходит повышенный износ трущихся металлических поверхностей, чем в случае чистых бензинов [53].

Спирты являются хорошими растворителями, негативно воздействуют на некоторые пластмассовые или резиновые детали топливной системы автомобилей и днища топливных фильтров [54].

К недостатком моторных топлив на основе спирта является также образование азеотропных смесей [55,56], а также при не полном сгорании спирта могут образоваться альдегиды (ацетальдегид), которые представляют определенную опасность для окружающей среды [57], поэтому необходимо введение соответствующих присадок [58].

В так называемых реформулированных бензинах - бензинах нового поколения, которое впервые реализовано в США предусматривается введение кислородсодержащих соединений до 2,2 - 2,7 % (в расчете на кислород). По первоначальной формулировки реформулированный бензин - это низкосортный бензин, который прошёл химическую модификацию при повышенной температуре и давлении в присутствии катализаторов. Суть процесса реформулирования сводится к изомеризации углеводородов, содержащихся в бензине [59]. Разветвленные алканы смешиваются с бензиновой фракцией, получаемой при крекинге нефти, и в результате получается высококачественный неэтилированный бензин, несодержащий свинца и дающий меньшее количество вредных выбросов в атмосферу.

Хотя реформулированный бензин нельзя рассматривать как чистое топливо по сравнению с обычными бензинами, его можно считать переходным топливом. Но добавка кислородсодержащих соединений, таких как оксигенаты, различные спирты и т. д. для улучшения качеств бензина, является отрицательным моментом.

Как требуют создавшиеся условия в глобальном масштабе с продовольствием следует разрабатывать технологии для получения биоэтанола из отходов производства - переработки древесины, стеблей зерновых и т. д., т. к. сама пшеница, кукуруза и другие зерновые являются продуктами питания. Однако, в прессе возникла дискуссия относительно биоэтанола [60].

По мнению экологов, польза биотоплива не столь однозначна. Во - первых, по подсчетам американских экспертов, большинство современных модификаций биоэтанола, сгорая, выделяют в атмосферу не меньше вредных веществ, чем традиционное топливо. Во - вторых, на выработку этанола уходит больше энергии, и в итоге вред от его производства превосходит возможную пользу от его применения. В третьих, биоэтанол, как известно, производится из сельскохозяйственных культур. Чтобы полностью вытеснить обычный бензин биоэтанолом, потребуется значительное увеличение посевных площадей. А это невозможно без расширения пахотных угодий за счет тех же лесов.

- Биоэтанол сегодня действительно не может составить реальную конкуренцию нефти к бензину, - считает Лев Эрнст, вице - президент РАСХН [60]. Тем не менее списывать его со счетов и зачислить в «неперспективные» нельзя. Распашка новых земель под биоэтаноловое сырье не экономично даже для государств с большими земельными ресурсами. А вот сельхозотходы, в частности, спиртового производства, которые сегодня бездарно выбрасываются, прекрасно могут быть переработаны на топливо.

1.4 Требования к автомобильным бензинам, рекомендуемые всемирной топливной хартией и Европейским экономическим сообществом

В табл. 1.10 представлены некоторые физико-химические и эксплуатационные показатели автомобильных бензинов, рекомендуемые Всемирной топливной хартией.

Таблица 1.10 - Физико-химические и эксплуатационные показатели автомобильных бензинов, рекомендуемые Всемирной топливной хартией

Показатели	Категория качества
	1	2	3	4
Октановое число, не менее: по исследовательскому методу по моторному методу	91 95 98 82 85 88	91 95 98 82,5 85 88
Индукционный период, мин. не менее	360	480
Концентрация серы, мг/кг, не более	1000	200	30	5-10
Концентрация свинца, г/дм3	0,005	Отсутствие
Концентрация фосфора и металлов Fe, Мn и др., г/дм3	Отсутствие
Объемная доля кислорода, %. не более	2,7
Объемная доля олефиновых углеводородов, %, не более	-	20	10
Объемная доля ароматических углеводородов, %, не более	50	40	35
Объемная доля бензола. %, не более	5	2,5	1,0
Концентрация фактических смол (непромытые/промытые), мг/100 см3 бензина, не более	70/5	30/5
Плотность при 15°С, кг/м3	715-780	715-770
Чистота карбюратора, балл., не менее	8,0	-
Чистота топливной форсунки, % снижения пропускной способности, не более	10	5
Чистота впускного клапана, мг, не более CFC F-05-A-93 АСТМ Д 5500 АСТМ Д 6201	Не менее 9,0 балл.	50 100 90	30 50 50
Отложение в камере сгорания, %, не более АСТM Д 6201, % от базового бензина СЕС-F-20-A-98, мг/двигатель TGA-FLMB BZ 154-01, %, при 450°С	- - -	140 3500 20	140 2500 20

В связи с такими жесткими экологическими требованиями нефтеперерабатывающая промышленность мира находится сегодня на переломном этапе, направленном на производство самых экологически чистых топлив за всю историю ее существования [61].

Понятие «экологически чистые моторные топлива» охватывает широкий диапазон топливных характеристик: снижение содержания серы, введение оксигенатов, снижение содержания бензола и других ароматических, а также олефиновых углеводородов, повышение октановых чисел бензинов и применение пакета присадок [62].

Введение нормирования углеводородного состава и использование оксигенатов предполагают производство так называемых «реформулированных» бензинов, которые в своем составе должны иметь кислородсодержащие добавки, моющие присадки и удовлетворять установленным нормам по содержанию серы, бензола, олефиновых и ароматических углеводородов. Их применение не требует изменения конструкции двигателя и способствует снижению токсичности отработанных газов, а также не влияет на уровень озона в атмосфере. По данным Управления по охране окружающей среды США достигнутый экологический эффект эквивалентен снижению числа автомобилей на дорогах США на 7 млн штук [63]. Россия присоединилась к европейским экологическим программам и в области автомобильных бензинов руководствуется европейскими нормами (стандартом) ЕN 228. Основные требования к автомобильным бензинам для обеспечения норм на выбросы Евро-2, 3, 4, 5 представлены в табл. 1.11. Автомобильная промышленность должна организовать производство двигателей, отвечающих по токсичности выбросов с отработанными газами требованиям Евро-2 с 2006 г., Евро-3 с 2008, Евро-4 с 2010 и Евро-5 с 2014 г. Однако, конкретные сроки введения Евростандартов каждая страна корректирует самостоятельно, т.к. необходимы модернизации НПЗ, а также моторостроительной техники.

Таблица 1.11 - Требования к автомобильным бензинам Европейского Экономического Сообщества

Показатель	Евро-2	Евро-3 2002 г.	Евро-4 2005 г.	Евро-5 2008 г.
Содержание бензола, %, макс.	5,0	1,0	1,0	1,0
Содержание серы, макс.	0,05 %	150 ррm	50 ррm	10 ррm
Содержание ароматических углеводородов, %, макс.	-	42	35	35
Содержание олефиновых углеводородов, %, макс.	-	18	18	14
Содержание кислорода, %, макс.	-	2,3	2,7	2,7
Фракционный состав, %: до 100°С перегоняется, не менее до 150°С перегоняется, не менее Давление насыщенных паров, кПа, не более	- - -	46 75 60	46 75 60	46 75 60



Глава 2. Методы и объекты исследования

2.1 Методы исследования

Приведены использованные в работе классические и современные методы исследования, позволяющие определить физические, физико-химические характеристики, молекулярную массу, функциональный состав; изучить процессы, протекающие в исходном автомобильном бензине и в бензине, подвергнутом различным процессам облагораживания: деароматизации и депарафинизации; установить химические составы, структуру, химическую природу и их стабильность.

Кислотность топлива определяли спиртовым КОН согласно ГОСТу. Кислотность титруемого образца выражали в мг КОН на 100 мл и вычисляли по формуле:

(2.1)

где V - объем 0,05 н раствора КОН, установленное титрованием, в мл;

Т - титр 0,05 н раствора КОН, выраженный в мг;

100 - коэффициент для выражения кислотности в 100 мл фракции.

Определение содержания воды по методу Дина и Старка

Это наиболее распространенный и достаточно точный метод определения количественного содержание воды в нефтях и нефтепродуктах. Он основан на азеотропной перегонке пробы нефти или нефтепродукта с растворителями и применяется во многих странах.

Приборы, лабораторная посуда, реактивы, материалы:

Колбонагреватель или электроплитка;

Приемник-ловушка;

Обратный холодильник;

Колба круглодонная вместимостью 0,5 л;

Мерный цилиндр на 1 л;

Бензин марки БР-1;

Кипелки (кусочек пемзы, фарфора, стеклянных капиллярных трубок).

Подготовка к анализу. По этому методу в качестве растворителя используют бензин - растворитель для резиновой промышленности марки БР-1, выкипающей при 80-120°С и содержащий не более 3% ароматических углеводородов.

Пробу тщательно перемешивают встряхиванием в склянке в течение 5 мин. Высоковязкие продукты предварительно нагревают до 40-50°С. Из перемешанной пробы берут навеску 100 г в чистую сухую, предварительно взвешенную стеклянную колбу 1 (рис. 2.1). Затем в колбу 1 приливают 100 мл растворителя и содержимое перемешивают. Для равномерного кипения в колбу бросают несколько стеклянных капилляров или несколько кусочков пемзы или фарфора.

Колбу при помощи шлифа присоединяют к отводной трубке приемника - ловушки 2, а к верхней части приемника-ловушки на шлифе присоединяют холодильник 3. Приемник-ловушка и холодильник должны быть чистыми и сухими. Во избежание конденсации паров воды из воздуха верхний конец холодильника необходимо закрыть ватой.

Проведение анализа. Содержимое колбы нагревают с помощью колбонагревателя или на электрической плитке. Перегонку ведут так, чтобы из трубки холодильника в приемник-ловушку падали 2-4 капли в секунду. Нагрев прекращают после того, как объем воды в приемнике-ловушке перестанет увеличиваться и верхний слой растворителя станет совершенно прозрачным. Продолжительность перегонки должна быть не менее 30 и не более 60 мин. Если на стенках трубки холодильника имеются капельки воды, то их сталкивают в приемник-ловушку стеклянной палочкой. После охлаждения испытуемого продукта до комнатной температуры прибор разбирают. Если количество воды в приемнике-ловушке не более 0,3 мл и растворитель мутный, то приемник помещают на 20-30 мин в горячую воду для осветления и снова охлаждают до комнатной температуры. После охлаждения определяют объем воды в приемнике-ловушке с точностью до одного верхнего деления.

Массовую долю воды X, %, рассчитывают по формуле:

(2.2.)

где V - объем воды, собравшейся в приемнике-ловушке, мл;

G - навеска нефти или нефтепродукта, взятая для испытания, г.

Количество воды в приемнике-ловушке 0,03 мл и меньше считается следами.

Расхождение между двумя параллельными определениями содержания воды не должны превышать одного верхнего деления занимаемой водой части приемника-ловушки.

1 - колба, 2 - приемник-ловушка, 3 - холодильник

Рис. 2.1. Прибор Дина и Старка

Определение механических примесей весовым методом

Реактивы, лабораторная посуда, материалы:

Бензол или бензин марки Б-70 или БР-1;

Этиловый спирт-ректификат;

Смесь этилового спирта и этилового эфира в соотношении 4:1 (по объему.);

Стаканчик с крышкой;

Стакан высокий с носиком;

Воронка стеклянная;

Палочка стеклянная с оплавленным концом;

Промывалка с резиновой грушей;

Бумажные фильтры беззольные.

Бумажный фильтр предварительно высушивают в стаканчике до постоянной массы при 105-110°С.

Навеску берут с погрешностью до 0,05 г и фильтруют через высушенный до постоянной массы фильтр, который помещают в стеклянную воронку, укрепленную в штативе. Воронку наполняют не более чем на 3/4 высоты фильтра. Бензин наливают на фильтр по стеклянной палочке с оплавленным концом. Стакан ополаскивают горячим растворителем и сливают на фильтр.

После окончания фильтрования фильтр промывают горячим раствором при помощи промывалки до тех пор, пока на нем не останется следов топлива, а фильтрат не будет совершенно прозрачным и бесцветным. Затем фильтр переносят в стаканчик, в котором сушился чистый фильтр, и сушат в течение 1 ч в термостате при 105-110°С. После этого стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 30 мин и взвешивают с погрешностью до 0,0002 г. Операцию повторяют до получения расхождения между двумя последовательными взвешиваниями не более 0,0004 г.

Массовую долю механических примесей, %, рассчитывают по формуле:

(2.3)

где m1 - масса стаканчика с фильтром после фильтрования, г;

т2 - масса стаканчика с чистым фильтром, г;

т3 - масса навески продукта, г.

Содержание механических примесей вычисляют как среднее арифметическое из результатов двух параллельных определений.

Если механических примесей содержится не более 0,005%, то это рассматривается как их отсутствие.

Метод испытания на медной пластинке

Настоящий стандарт распространяется на метод определения воздействия на медную пластинку содержащихся в топливе для двигателей активных сернистых соединений или свободной серы, заключающийся в фиксировании изменения цвета медной пластинки, погруженной в исследуемое топливо.

Применение метода предусматривается в стандартах и ведомственных технических условиях на топливо для двигателей.

Аппаратура, реактивы

При проведении испытания применяются следующие аппаратура и реактивы:

Стеклянная пробирка диаметром 15-20 мм, высотой 140-150 мм;

Чашка фарфоровая по ГОСТ 9147-59;

Баня водяная;

Щипцы или пинцет никелированные;

Термометр ртутный лабораторный от 0 до 100°С по ГОСТ 215-57;

Пластинки из электролитной меди «ч.д.а.» по ГОСТ 1124-41 размером 40x10x2 мм, отшлифованные до чистоты поверхности V8 по ГОСТ 2789-59;

Шлифовальная шкурка с зернистостью абразивного материала № 150 и № 180 по ГОСТ 5009-52;