Из сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах получают так называемый прямогонные бензины (полуфабрикаты). После этого "тяжелые" фракции с температурой кипения от 80 до 100 °С направляются в установку каталитического риформинга и "облагораживаются" в водородной среде при температуре свыше 500 °С -- так получают важнейший компонент для производства бензина с октановым числом 95. Легкие фракции отправляются на изомеризацию, в ходе которой октановое число повышается с 70 до 80. На следующем этапе компоненты закачиваются в смесительную станцию, в которой "готовится" товарное топливо. Специалисты говорят, что уложиться в качество ГОСТов легко, а вот приготовить действительно хороший бензин -- непросто. Почему? Оказывается, многое зависит от испаряемости топлива. Например, для того, чтобы автомобиль заводился с пол-оборота, в бензине обязательно должны присутствовать легкие фракции. А когда мотор прогревается, то для достижения большей мощности и экономичности двигатель нужно питать более "тяжелым" бензином. Поэтому технологи постоянно ищут компромисс между испаряемостью и "мощностными" характеристиками топлива. А здесь у каждого завода свой рецепт -- авторский.

Мы часто видим на АЗС сертификаты, где перечислены многие непонятные для нас параметры того или иного вида бензина. Попробуем вкратце рассказать, что они обозначают.

Риформинг как способ получения бензина с улучшенными характеристиками

Бензины являются одним из основных видов горючего для двигателей современной техники. Автомобильные и мотоциклетные, лодочные и авиационные поршневые двигатели потребляют бензины. В настоящее время производство бензинов является одним из главных в нефтеперерабатывающей промышленности и в значительной мере определяющим развитие этой отрасли.

Развитие производства бензинов связано со стремлением улучшить основное эксплуатационное свойство топлива - детонационную стойкость бензина, оцениваемую октановым числом.

Каталитический риформинг бензинов является важнейшим процессом современной нефтепереработки и нефтехимии. Он служит для одновременного получения высокооктанового базового компонента автомобильных бензинов, ароматических углеводородов - сырья для нефтехимического синтеза - и водородосодержащего газа - технического водорода, используемого в гидрогенизационных процессах нефтепереработки. Каталитический риформинг является в настоящее время наиболее распространенным методом каталитического облагораживания прямогонных бензинов. Установки каталитического риформинга имеются практически на всех отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах.

3. Физико-химические основы процесса. Сырье

Сырьем каталитического риформинга служат бензиновые фракции с началом кипения не ниже 60-62^оС, поскольку в самых легких фракциях бензина не содержатся углеводороды с шестью атомами углерода и присутствие легких фракций в сырье вызывает ненужное газообразование. Обычно риформингу подвергают фракцию, выкипающую в пределах 85-180^оС. Повышение конца кипения способствует коксообразованию и потому нежелательно. С повышением начала кипения растет выход бензина, так как более тяжелые нафтеновые и парафиновые углеводороды легче подвергаются ароматизации. Однако фракции с началом кипения 105 или 140^оС применяют обычно в тех случаях, когда более легкие фракции направляют на отдельную установку риформинга для получения индивидуальных ароматических углеводородов.

Решающее значение имеет углеводородный состав исходного бензина: чем больше сумма нафтеновых и ароматических углеводородов в бензине, тем селективнее процесс, т.е. тем больше выход катализата и соответственно меньше выход продукта побочных реакций гидрокрекинга - углеводородного газа.

Подготовка сырья риформинга включает ректификацию и гидроочистку. Ректификация используется для выделения определенных фракций бензинов в зависимости от назначения процесса. При гидроочистке из сырья удаляют примеси (сера, азот и др.), отравляющие катализаторы риформинга, а при переработке бензинов вторичного происхождения подвергают также гидрированию непредельные углеводороды.

4. Основные реакции

Бензиновые фракции разной нефти отличаются по содержанию нормальных и разветвленных парафинов, пяти - и шестичленных нафтенов, а также ароматических углеводородов. Однако распределение углеводородов в каждой из этих групп в достаточной мере постоянно. За исключением бензинов нафтеновых нефтей, производство которых весьма ограниченно, среди парафинов значительно преобладают углеводороды нормального строения и монометилзамещенные структуры. Относительное содержание более разветвленных изопарафинов невелико. Нафтены представлены преимущественно гомологами циклопентана и циклогексана с одной или несколькими замещающими алкильными группами. Такой состав, при содержании 50-70% парафинов и 5-15% ароматических углеводородов в бензинах, обуславливает их низкую детонационную стойкость. Октановые числа бензиновых фракций, подвергаемых каталитическому риформингу, обычно не превышают 50.

Каталитический риформинг - сложный химический процесс, включающий разнообразные реакции, которые позволяют коренным образом преобразовать углеводородный состав бензиновых фракций и тем самым значительно улучшить их антидетонационные свойства.

Основой процесса служат три типа реакций. Наиболее важны перечисленные ниже реакции, приводящие к образованию ароматических углеводородов:

Дегидрирование шестичленных нафтенов, дегидроизомеризация пятичленных нафтенов,ароматизация (дегидроциклизация) парафинов.

Изомеризация углеводородов - другой тип реакций, характерных для каталитического риформинга. Наряду с изомеризацией пятичленных и шестичленных нафтенов изомеризации подвергаются как парафины, так и ароматические углеводороды.

Существенную роль в процессе играют реакции гидрокрекинга. Гидрокрекинг парафинов, содержащихся в бензиновых фракциях, сопровождается газообразованием, что ухудшает селективность процесса. С другой стороны, аналогичная реакция гидродеалкилирования алкилбензолов позволяет увеличить выход низкомолекулярных гомологов бензола, которые представляют наибольший практический интерес.

Элементарные стадии ряда приведенных реакций предопределяются бифункциональным характером катализаторов риформинга. С одной стороны, они содержат один металл (платину) или несколько металлов (например, платину и рений, или платину и иридий), которые катализируют реакции гидрирования и дегидрирования. С другой стороны, носителем служит промотированный галогенами оксид алюминия, обладающий кислыми свойствами и катализирующий реакции, свойственные катализаторам кислотного типа. Поэтому разные элементарные стадии реакции могут протекать на различных участках поверхности катализатора: металлических или кислотных. Образующиеся при дегидрировании непредельные углеводороды (олефины, циклоолефины и др.) могут превращаться в более высокомолекулярные соединения и тем самым способствовать образованию кокса на катализаторе, а, следовательно, его дезактивации. Сырье каталитического риформинга обычно подвергают гидрогенизационной очистке, после чего в нем остается крайне незначительное количество примесей, в частности серу - и азотосодержащих соединений, являющихся каталитическими ядами. В условиях каталитического риформинга они подвергаются гидрогенолизу с отщеплением сероводорода и аммиака. Например:

RSR + 2H₂ 2RH + H₂S

RNHR + 2H₂ 2RH + NH₃

5. Катализаторы риформинга

Промышленный процесс каталитической ароматизации, несмотря на пятидесятилетний период существования, непрерывно совершенствуется. Это сопровождается столь же непрерывным совершенствованием катализаторов риформинга.

Алюмомолибденовый катализатор (MoO₃/Al₂O₃) был первым катализатором риформинга, нашедшим промышленное применение. Попытки использования других оксидных катализаторов (Cr₂O₃/Al₂O₃, CoO-MoO₃/Al₂O₃) к успеху не привели.

Алюмомолибденовый катализатор, как и современные катализаторы риформинга, катализирует реакции ароматизации, изомеризации и гидрокрекинга углеводородов. Однако селективность его в реакциях ароматизации, особенно парафинов, значительно ниже, а скорость закоксовывания намного больше. Тем не менее, это не явилось препятствием для промышленного использования во время второй мировой войны риформинга на алюмомолибденовом катализаторе, так как процесс служил для производства толуола и компонентов авиационных бензинов.

В конце 40-х годов, когда возникла потребность в экономичном процессе каталитического риформинга для улучшения качества автомобильных бензинов, стали впервые применять более эффективный катализатор - платиновый. На протяжении последующих десяти лет платиновые катализаторы вытеснили оксидные, а широкие исследования привели к созданию разных их модификаций для процесса каталитического риформинга.

Существенным фактором процесса риформинга является парциальное давление водорода. В обратимой реакции дегидрогенизации нафтенов равновесие сдвигается вправо с повышением температуры и снижением давления. В то же время повышение парциального давления водорода способствует подавлению побочных реакций уплотнения образующихся непредельных углеводородов, приводящих в итоге к отложениям кокса на катализаторе и падению активности последнего. Исходя из этих соображений, для всех модификаций промышленных установок риформинга предусматривалось повышенное давление, которое определялось в первую очередь активностью катализатора.

С переходом на платиновый катализатор изменились технологический режим и схема процесса риформинга. Более высокая активность платинового катализатора позволила повысить давление в системе и снизить температуру. В то же время возросла объемная скорость подачи сырья. Более низкая температура и повышенная селективность катализатора позволили увеличить продолжительность его безрегенерационной работы.

Дороговизна платины предопределила малое ее содержание в промышленных катализаторах риформинга, а, следовательно, необходимость весьма эффективного ее использования. Этому способствовало также применение в качестве носителя оксида алюминия, который давно был известен как лучший носитель для катализаторов ароматизации. Важно было превратить алюмоплатиновый катализатор ароматизации в бифункциональный катализатор риформинга, на котором протекал бы весь комплекс реакций. Для этого следовало придать носителю необходимые кислотные свойства, что было достигнуто путем промотирования оксида алюминия галогенами (фтором, хлором).

На первом этапе промышленного осуществления процесса предпочитали работать на фторированном алюмоплатиновом катализаторе.

При применявшейся технологии концентрация водяных паров в зоне катализа была велика, а потому для снижения потерь галогена (в результате отщепления от катализатора) целесообразнее было применять фторированный катализатор, поскольку фтор прочно связан с катализатором.

Дальнейшее совершенствование технологии каталитического риформинга, в частности удаление из сырья каталитических ядов и его обезвоживание, позволили перейти к использованию более эффективных алюмоплатиновых катализаторов, промотированных хлором. Преимущество хлорированных катализаторов - возможность регулирования содержания хлора в катализаторах, а, следовательно, и уровня их кислотности, непосредственно в условиях эксплуатации.

Последнее поколение катализаторов риформинга отличается тем, что наряду с платиной, содержат один или несколько других металлов. Для таких катализаторов характерна высокая стабильность в условиях реакционного периода, что, в конечном счете, обеспечивает возможность получения более высоких выходов как высокооктановых бензинов риформинга, так и ароматических углеводородов.

8. Мощности каталитического риформинга и основные модификации процесса

Каталитический риформинг - один из крупнотоннажных процессов современной нефтеперерабатывающей промышленности. Суммарная мощность каталитического риформинга шести наиболее развитых стран составляет ~270 млн. т/год по сырью.

При классификации различных модификаций каталитического риформинга за основу принимают систему окислительной регенерации катализаторов. Наиболее широкое применение нашли процессы риформинга со стационарным слоем катализатора, для которых условия процесса выбраны таким образом, чтобы обеспечить длительность межрегенерационного цикла 0,5-1 год и более.

В таблице 1 приведены сведения о промышленном использовании процессов риформинга, разработанных зарубежными фирмами. Данные о числе установок и их суммарной мощности относятся к началу 1980 г. и включают как действующие, так и проектируемые установки. Удельные капиталовложения (в расчете на 1 куб. м суточной мощности) даны в ценах 1978 г. Капиталовложения и энергозатраты приведены применительно к современным установкам большой единичной мощности и в большинстве случаев не включают затраты на гидроочистку сырья.

Таблица 1 Зарубежные процессы каталитического риформинга

8. Отечественные промышленные установки

Внедрение процесса каталитического риформинга в России началось со строительства в 1955 г. опытных установок. В 1962-1963 гг. на ряде заводов были введены в строй первые промышленные установки типа Л-35-5 и Л-35-6.

Совершенствование процесса каталитического риформинга прежде всего, связано с повышением эффективности применяемых катализаторов. Свойства катализаторов в значительной мере предупредили технологию риформинга. Одновременно происходило совершенствование аппаратурного оформления процесса.

На первом этапе развития процесса каталитического риформинга широко применялись алюмоплатиновые катализаторы на основе фторированного оксида алюминия (АП-56). На установках риформинга не была предусмотрена очистка сырья от серы и других каталитических ядов. Для снижения отравляющего действия серы на катализатор, образующийся в процессе риформинга сероводород абсорбировался из циркулирующего газа раствором моноэтаноламина, последующая осушка газа проводилась абсорбцией влаги диэтиленгликолем.

Переход к переработке гидроочищенного сырья (сооружение блоков типа Л-24/300 для установок Л-35-5 и Л-35-6, ввод в действие установок Л-35-11/300 и Л-35-11/600 с блоками гидроочистки) привел к резкому снижению в нем контактных ядов, особенно серы, что позволило вовлечь в реакцию дегидроциклизации парафины и повысить октановые числа риформатов до 76-80.

Ввиду высокой чувствительности платинового катализатора к присутствию серы, азота и других вредных компонентов в сырье блоку риформинга предшествует блок гидроочистки.

Сырье, подаваемое насосом, смешивается после компрессора с водородосодержащим газом, циркулирующим в блоке гидроочистки. Смесь сырья и водородосодержащего газа подогревается в теплообменниках и первой секции печи (до ~330^оС) и входит в реактор гидроочистки.

В процессе гидроочистки сернистые соединения бензина превращаются в сероводород. Одновременно происходит частичное разложение сырья, и смесь очищенного сырья, циркуляционного газа, сероводорода и продуктов разложения, охладившись в системе регенерации тепла и конденсаторе-холодильнике, поступает в газосепаратор. Здесь из бензина отделяется газ, который далее в колонне очистки освобождается от сероводорода и углеводородного газа в стабилизационной колонне и после этого насосом направляется в блок риформинга.

Реакторный блок риформинга представлен четырьмя реакторами и тремя секциями печи. Поскольку риформинг протекает со значительным эндотермическим тепловым эффектом, необходим подогрев не только первичного сырья, но и продукта его частичного превращения. Для повышения парциального давления водорода в блоке риформинга также применяется циркуляция водородосодержащего газа, подаваемого на смешение с сырьем компрессором.

Смесь гидроочищенного сырья и водородосодержащего газа, пройдя систему теплообменников и вторую секцию печи, входит в первый реактор с температурой ~ 500^oC. В первом реакторе превращается большая часть сырья (главным образом нафтеновые углеводороды), что сопровождается падением температуры в реакторе. Ввиду того, что скорость реакции в результате снижения температуры уменьшается, смесь непрореагировавшего сырья с продуктами реакции вновь возвращается в печь ( в третью ее секцию ), далее поступает во второй реактор риформинга, снова возвращается в печь ( в четвертую секцию ) и, наконец, двумя параллельными потоками проходит в третий и четвертый реакторы.

Дегидроциклизация парафиновых углеводородов и гидрокрекинг протекают значительно медленнее и в более жестком режиме, чем дегидрогенизация нафтенов. Поэтому целесообразно распределять катализатор по реакторам неравномерно, загружая большую его часть в последние по ходу сырья реакторы. Обычно платиновый катализатор распределяется между 1, 2 и 3-4 реакторами в соотношении, равном 1:2:4. Из этих же соображений температуры промежуточного нагрева частично превращенного сырья в 3- и 4-й секциях печи несколько выше, чем исходного.

Конечные продукты реакции, пройдя теплообменники и холодильники, поступают в газосепаратор высокого давления для выделения водородосодержащего газа. Постоянный объем газа возвращается после осушки на цеолитах в адсорберах в систему циркуляции. Избыток газа обычно используется на заводе для гидроочистки нефтепродуктов, в частности на блоке гидроочистки описываемой установки.

Катализат из газосепаратора высокого давления перетекает в газосепаратор низкого давления, где выделяется часть сухого газа. Стабилизация катализата завершается во фракционирующем адсорбере и стабилизационной колонне, с верха, которых уходят соответственно легкие и тяжелые компоненты газа. С низа колонны выводится стабильный катализат. Низ колонны и адсорбера обогревается за счет циркуляции части нижних продуктов через печь.

Второй этап развития процесса риформинга связан с применением хлорсодержащего алюмоплатинового катализатора АП-64 и с использованием ряда новых технологических приемов: а) ужесточение требований к предварительной гидроочистке сырья; б) нормирование концентрации водяных паров в зоне реакции путем отпарки гидроочищенного сырья и осушки циркулирующего газа на цеолитах; в) подача небольших количеств хлорорганических соединений в зону реакции; г) снижение рабочего давления.

При переводе установок на новые катализаторы были усилены узлы отпарки гидрогенизата, установлены адсорберы с цеолитами для осушки циркуляционнго газа блоков риформинга, смонтированы дозировочные насосы для подачи хлорорганических соединений в реакторы.

Использование промотированных хлором катализаторов и изменения технологии процесса позволили производить риформат с октановым числом 95.

Тенденция к укрупнению привела к созданию и широкому промышленному использованию установки каталитического риформинга Л-35-11/1000 мощностью по сырью 1 млн. т/год. Ниже даны технико-экономические показатели установок каталитического риформинга различной мощности ( в тыс. т/год ):

Таблица 2

Третий этап развития процесса каталитического риформинга связан с применением высокостабильных полиметаллических катализаторов серии КР.

Высокая стабильность полиметаллических катализаторов и хорошая регенерационная способность обеспечивают большие сроки их службы. Преимущества полиметаллических катализаторов были в значительной мере использованы на вошедших в эксплуатацию установках ЛЧ-35-11/1000.

При переводе действующих установок риформинга на полиметаллические катализаторы серии КР технико-экономические показатели их работы повышаются, чему способствует ряд факторов. Стоимость полиметаллических катализаторов ниже стоимости монометаллических вследствие более низкого содержания платины. Высокая стабильность полиметаллических катализаторов обеспечивает более длительный межрегенерационный период их работы, в частности в жестких условиях процесса; она позволяет также осуществлять процесс при более низких давлениях, не опасаясь быстрого закоксовывания катализатора, что обеспечивает увеличение выходов целевых продуктов реакции ( в том числе бензина риформинга). Селективность полиметаллических катализаторов, вследствие высокой их стабильности, снижается значительно медленнее, чем селективность катализаторов монометаллических. Поэтому выход целевых продуктов риформинга за весь реакционный период выше при работе на полиметаллических катализаторах.

9. Основные технико-экономические показатели процесса риформинга

Эксплуатационные расходы в процессе каталитического риформинга складываются в основном из расходов на сырье, пар, воду и электроэнергию, на замену катализатора, рабочую силу, из расходов по уходу за оборудованием и на его ремонт и, наконец, на амортизацию. Основные эксплуатационные расходы при выпуске бензина с октановым числом 93 по исследовательскому методу распределяются примерно следующим образом: исходное сырье 80-85%, энергетические расходы 8-11% и замена ( расход ) катализатора около 8%. Распределение капиталовложений следующее: около 68% на оборудование и до 32% на загруженный в систему катализатор.

Анализ в условиях США основных факторов при выборе схемы каталитического риформинга для выпуска бензина с октановым числом 93 по исследовательскому методу показал, что минимальные капиталовложения требуются для процесса без регенерации катализатора; минимальные эксплуатационные расходы получены при проведении регенерации в резервном реакторе в процессе ультраформинг.

По другим данным, при выпуске бензина с октановым числом 95-100 по исследовательскому методу в процессе без регенерации стоимость катализатора, вследствие необходимости его замены, резко увеличивается по мере повышения октанового числа выпускаемого риформинг-бензина. Особенно сильно это сказывается в случае переработки сырья с высоким содержанием парафиновых углеводородов. Применение регенереруемого катализатора непосредственно в установках каталитического риформинга позволило значительно снизить затраты при получении высокооктановых бензинов.

Экономическая эффективность повышения октанового числа автомобильных бензинов характеризуется данными таблицы 3.

Таблица 3

Применение высокооктановых бензинов способствует не только повышению топливной экономичности, но и снижению металлоемкости двигателя, увеличению его мощности и длительности межремонтного пробега автомобиля. Поэтому экономически целесообразно развивать производство автомобильных бензинов в направлении повышения их качества путем внедрения высокоэффективных вторичных процессов, в том числе и процесса каталитического риформинга. Это позволит более эффективно использовать нефтяные ресурсы.

10. Экологические аспекты проблемы

Наряду с трудностями обеспечения автомобильного транспорта бензинами высокого качества в требуемых объемах остро встала проблема снижения загрязнения окружающей Среды вредными выбросами автомобилей. Для обеспечения четкой и эффективной работы автомобильных двигателей требуются топлива, обладающие высшими антидетонационными свойствами. Это достигается за счет вовлечения в состав топлив добавок типа алкилбензола, ароматических углеводородов, соединений свинца. Однако, топливные композиции, содержащие соединения свинца, обладают повышенной токсичностью и не соответствуют современным требованиям охраны окружающей Среды.

ВНИИ НП совместно с заинтересованными организациями разработаны технические требования к автомобильным неэтилированным бензинам с улучшенными экологическими свойствами, применение которых позволит снизить выбросы вредных веществ и токсичность отработавших газов.

Вот некоторые из них:

- детонационная стойкость:

октановое число

- по моторному методу - не менее 85,0

- по исследовательскому методу - не менее 95,0

- массовая концентрация свинца, г/куб. дм бензина - не более 0,013

- содержание бензола,% об. - не более 5,0

- давление насыщенных паров бензина, кПа (мм рт.ст.) - 44,0-69,3 (330-520)

- кислотность, мг КОН/ 100 куб. см - не более 3,0

- массовая доля серы,% - не более 0,05

В АО "Ново-Уфимский НПЗ" организовано промышленное производство автомобильных неэтилированных бензинов АИ-91, АИ-93 и АИ-95 с улучшенными экологическими характеристиками. Содержание бензола составляет не более 3,5% об., общей серы - не более 0,03%; давление насыщенных паров - не более 79,9 кПа.

Повышение требований к качеству бензина: увеличение октанового числа, уменьшение дымносности выхлопных газов, уменьшение в них окислов азота, углерода, а также предотвращение самовоспламенения и обеспечение более четкой и эффективной работы двигателей обуславливает необходимость более широкого использования для компаундирования бензинов, соединений, содержащих кислород, например, алкиловых эфиров, спиртов.

За последние 2-3 года в АО НУНПЗ проведены исследовательские работы по оценке эффективности кислородосодержащих добавок, выпускаемых отечественной нефтехимической промышленностью: метилтретамиловый эфир (МТАЭ), метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ) и фетерол.

В принятых уже стандартах стран Западной Европы есть несколько важных ограничений - содержание кислорода в бензине - не менее 2% _асс., суммарное содержание ароматики - до 35-40% об., содержание бензола - до 1-2% об. Кроме законодательной существует еще и экономическая поддержка производителей реформулированных бензинов.

В России, к сожалению, дело обстоит не столь благополучно. С технической стороны больших препятствий нет. Главным препятствием, как и на Западе, являются вопросы экономики. Даже используя дорогую импортную этиловую жидкость, НПЗ получают бензин более дешевый, чем с кислородосодержащей добавкой. Это обусловлено значительно большим добавлением последней (10-12% _асс.) в состав базового бензина для достижения требуемых октановых характеристик товарного автомобильного бензина.

Другим путем улучшения экологической ситуации в регионах страны с насыщенным автотранспортом является применение моющих присадок к бензину. Присадки предотвращают образование отложений на деталях системы питания в процессе эксплуатации автомобиля и таким образом препятствуют нарушению регулировок топливной аппаратуры, увеличению расхода топлива и выбросов вредных веществ с отработанными газами.

В 1995 г. в АО "Ново-Уфимский НПЗ" был разработан состав автомобильного бензина Евро-Супер-95 по вновь разработанным ТУ 38.401-58-99-94. Качество опытной партии, отправленной для оценки его эксплуатационных свойств и эффективности действия многофункциональной присадки SAP-9500 фирмы "Шелл", представлено ниже:

- детонационная стойкость:

октановое число

- по моторному методу - не менее 85,6

- по исследовательскому методу - не менее 96,0

- массовая концентрация свинца, г/куб. дм бензина - не более 0,0007

- содержание бензола,% об. - не более 4,6

- давление насыщенных паров бензина, кПа ( мм рт.ст.) - 50,5 ( 380 )

- кислотность, мг КОН/ 100 куб.см - не более 0,071

- массовая доля серы,% - не более 0,045

Присадка SAP-9500 представляет собой смесь полимерных материалов в высокоочищенном минеральном масле, ксилоле и ароматическом углеводородном растворителе.

На основании положительных результатов испытаний присадка SAP-9500 фирмы "Шелл" рекомендуется к применению в составе автомобильных бензинов, а бензин Евро-Супер-95 АО НУНПЗ с данной присадкой допущен к применению на автомобильной технике.

Производство неэтилированных бензинов в стране составляет примерно 47% всего объема выпуска этого "топлива номер один"; по сравнению с предыдущим годом оно возросло только на 2%.

Несмотря на то, что производство этилированных бензинов типа АИ-93,92 практически прекращено, с использованием пресловутого тетраэтилсвинца (ТЭС) выпускается основная масса бензина А-76, используемого в большей части отечественных автомобилей. Выбросы свинца в атмосферу через выхлопную трубу составляют около 3 тыс. т/год.

Американские и европейские медики давно проводят тесты на содержание в крови новорожденных детей и их матерей. Превышение содержания в крови ребенка этого тяжелого металла, как известно, не выводящегося из организма, служит первым признаком физического неблагополучия, с ним, по печальному опыту врачей, связано отставание умственного развития детей. В России же подобные тесты на содержание свинца в крови детей, да и взрослого населения, попросту запрещены. Почему? Возможно, срабатывает старое правило: нет информации - нет проблемы. В том, как связаны показатели неблагополучия здоровья населения с применением тетраэтилсвинца в бензинах можно убедиться, сравнивая кривые уровня свинца в крови и применения того же свинца в бензинах. Они практически повторяют друг друга! Данные эти взяты из американских исследований 15-20 летней давности. Подобные показатели, характеризующие обстановку в России, известны лишь узкому кругу специалистов, но ситуация в технической сфере у нас во многом схожа с той, что была в США 15-20 лет назад. Как известно, наиболее перспективным путем увеличения производства неэтилированного бензина в силу технологических факторов является замена ТЭС на кислородосодержащие соединения. За минувший год в России выпущено примерно 1 млн т кислородосодержащих присадок. Это - лишь треть потенциальной потребности в них, чтобы полностью заменить в бензине тетраэтилсвинец. Из-за высокой стоимости их выпуск весьма ограничен. И все же бросается в глаза то, что даже, несмотря на реконструкцию, потребности в ТЭС будут снижаться крайне незначительно, а АО "Ангарская нефтехимическая компания" даже намечает увеличить его закупки. Такой расклад во многом объясняется перекосами конъюнктуры отечественного рынка: низкий платежеспособный спрос заставляет потребителя выбирать, что дешевле, а производственники вынуждены на этот спрос реагировать.

Преградой на пути прекращения выпуска этилированного бензина являются экономические трудности. Возьмем, к примеру, налоговую систему. Сейчас немало говорится о необходимости ее реформы для нефтедобывающих предприятий, о том, как из-за ее перекосов раньше времени становится нерентабельной эксплуатация скважин. Такого же дифференцированного подхода требует и налогообложение в нефтепереработке. Можно, например, установить различные ставки акциза на бензин, содержащий и не содержащий ТЭС. Экономисты считают целесообразными такие ставки налогов:

- при выпуске неэтилированного бензина установить ставку акциза в 10%;

- увеличить ставку акциза на этилированные бензины с 20 до 35%.

Более восприимчивым к экологическим проблемам оказываются в сегодняшней ситуации местные власти. Так, АО "НОРСИ" производит примерно половину бензина неэтилированным и намерено расширить его выпуск. Начато производство бензинов с моющей присадкой, обеспечиваещей снижение токсичности отработавших газов. Во многом это стало не только инициативой предприятия, но и следствием того, что областная администрация ужесточила требования к автомобильным выхлопам. Восемь заводов и объединений в России уже сегодня выпускают только неэтилированный бензин: Московский, Арчинский, Туапсинский и Охтинский НПЗ, ПО "Салаватнефтеоргсинтез", АО "Киришинефтеоргсинтез", "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез" и АО "Краснодарнефтеоргсинтез". Намерены отказаться уже в ближайшие год-два от производства этилированных бензинов Новокуйбышевский и Рязанский НПЗ, "ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка".

И все же инициатива на местах не изменит ситуацию коренным образом, нужны решительные меры на федеральном уровне. Состоявшийся недавно во ВНИИ НП российско-американский симпозиум "Предотвращение свинцового загрязнения в России: полный переход на неэтилированный бензин" в своих обращениях к правительству и всем заинтересованным ведомствам предложил конкретные меры по стимулированию производства неэтилированных бензинов. Среди них - ограничения по содержанию свинца в бензинах и обязательное оснащение выпускаемых автомобилей нейтрализаторами отработанных газов, а также прекращение импорта машин без нейтрализаторов. Такие меры должны быть, по мнению нефтепереработчиков, предусмотрены в готовящемся законе "Об атмосферном воздухе".

Таблица 4 Нормы и требования к качеству автомобильных бензинов по ГОСТ Р 51105-97

Примечания.

· Содержание марганца определяют только для бензинов, с марганцевым антидетонатором (МЦТМ). 2. Автомобильные бензины, предназначенные для длительного хранения (5 лет) в Госрезерве и Министерстве обороны, должны иметь индукционный период не менее 1200 мин.

На каждой уважающей себя АЗС вы можете встретить паспорт качества бензина.

11. Влияние параметров бензина

Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690…750 кг/м . Плотность бензина со снижением температуры на каждые 10 С возрастает примерно на 1%. От плотности топлива зависит экономичность и тяговитость мотора. Но именно фракционный состав бензина и определяет его плотность.

Итак. Фракционный состав - важнейшая характеристика бензина, не уступающая по значимости октановому числу.

Фракционный состав бензина влияет на пуск и длительность прогрева двигателя после пуска, приемистость двигателя и динамичность автомобиля в целом, полноту сгорания горючего и другие эксплуатационные показатели. Эти свойства бензина оценивают по пяти характерным точкам кривой фракционного состава: Тнк, Т10%, Т50%, Т90%, Ткк. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом.

В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35С. Таким образом, температура начала перегонки характеризует наличие в горючем наиболее легких фракций углеводородов, обуславливающих его летучесть, огнеопасность и склонность к образованию паро-воздушных пробок в топливной системе машины.

Температура начала перегонки должна быть не ниже 35 С. Температура перегонки 10% характеризует пусковые качества бензина и его склонность к образованию паро-воздушных пробок в системе питания двигателя .Чем ниже температура перегонки 10% бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в системе питания и обледенения карбюратора. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Если же зимой, в мороз, вам достанется топливо, в котором из-за дрянного хранения легкие фракции улетучились, то двигатель может и не "схватить".

Температура перегонки 50% бензина характеризует его среднюю испаряемость, прогрев, устойчивость работы двигателя. Чем ниже температура перегонки 50% бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине. Основную часть топлива называют рабочей фракцией.

От испаряемости рабочей фракции зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50% точкой. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.

Температура перегонки 90% бензина характеризует наличие тяжелых, трудно испаряющихся фракций. С повышением данной температуры увеличивается расход бензина, так как тяжелые фракции не успевают испариться и сгореть, больше бензина проникает в картер, смывая масло со стенок цилиндра и разжижая масло, что ведет к износу деталей и повышенному расходу масла. Тяжелые углеводороды (от 90 % до конца кипения) в топливе нежелательны. Чем меньше интервал температуры от 90 % до конца кипения, тем выше качество топлива, меньше его склонность к конденсации, лучше экономичность и ниже темп изнашивания деталей двигателя. Температура выкипания 90 % топлива характеризует так же его склонность к конденсации, которую часто называют точкой росы.

Таблица5 Средние компонентные составы автомобильных бензинов

· - Этилированный

Давление насыщенных паров - где-то этот показатель перекликается с предыдущим. При испарении топлива в замкнутом пространстве одновременно происходит конденсация паров. Чем выше их давление, тем интенсивнее процесс конденсации. Давление, которое оказывают пары испаряющегося бензина на стенки емкости, называют упругостью паров. Упругость (или давление) паров бензина зависит от его химического и фракционного состава. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. Она возрастает также при повышении температуры. Определяют давление паров (ГОСТ 1756--83), выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38 °С. По прошествии данного времени по манометру фиксируют давление паров бензина.

Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в топливоподающей системе, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах давление насыщенных паров не должно быть больше 0,066 Мпа (500 мм рг. Ст.). Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление - 0.066…0.093 Мпа (500…700 мм рт. Ст.).

Содержание фактических смол - еще один важный показатель топлива. Смолы -- это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/м3, молекулярной массой 350…900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.

Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.

В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, поршневые канавки) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагаров в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.

Стандартом нормируют количество фактических смол, т.е. соединений, которые находятся в бензине в момент определения. Сущность определения (ГОСТ 1567-83) заключается в испарении горячим воздухом 25 мл топлива при температуре 150 °С. Остаток после испарения в миллиграммах на 100 мл топлива показывает количество фактических смол. Для бензина различных марок их содержание не должно превышать 7…15 мг/100 мл.

Если содержание фактических смол отвечает требованиям стандарта, то двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Нередко же при эксплуатации техники содержание смол в топливе значительно выше. Если содержание фактических смол в 2…3 раза больше нормы, то моторесурс двигателя снижается на 20…25 %. Кроме этого, при эксплуатации возникают различные неполадки: зависают клапаны, закоксовываются кольца.

Процесс смолообразования зависит также от технического состояния и условий эксплуатации двигателей. Все примеси, которые попадают в двигатель с поступающим для сгорания воздухом, находятся в масле и топливе, а, кроме того, продукты износа деталей могут участвовать в образовании отложений.

Индукционный период - показатель, который говорит нам, насколько долго бензин может сохранять свой состав и параметры неизменными. Иначе говоря, индукционный период характеризует стабильность бензина. Дело в том, что кроме фактических смол, в бензине содержатся смолообразующие вещества, - так называемые потенциальные смолы, которые становятся фактическими в процессе хранения, когда подвергаются воздействию кислорода. Основное влияние на накопление смол оказывает температура хранения (табл. 1). Кроме того, существенное значение имеет степень заполнения емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося 6 месяцев в полной (заполнение 93 %) бочке, содержание фактических смол возросло в 4 раза, а при заполнении 50 % -- в 12 раз. Наличие в емкостях старых продуктов окисления, воды, механических примесей, окалины интенсифицирует процессы окисления и накопления смол. Определяют индукционный период в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100 С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 Мпа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается. Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода. Для различных марок бензина индукционный период составляет 600-1200 минут. Конечно, это не значит, что за такой период топливо в реальных условиях "скиснет" - так быстро не скиснет даже молоко. Но приблизительно можно сказать, что для качественного бензина с индукционным периодом 1200 минут срок хранения составит 1,5-2 года.

Содержание различных металлов и присадок также регламентируется. На сегодня Тетраэтилсвинца (ТЭС) как антидетонатор практически полностью запрещен из-за высокой токсичности. Наиболее активно применяется такая добавка к топливу, как Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Кроме того, применяются ферросодержащие, марганцевые и прочие антидетонационные присадки.

Увы, многие автомобилисты, выкручивая или меняя свечи, видят на изоляторе устойчивый красный налет. Это как раз и говорит о том, что в наших высокооктановых бензинах довольно много ферросодержащих присадок. Применение их, согласно ГОСТа допустимо, но в концентрации не более 37мг на литр. А проверить фактическое значение простому автовладельцу, к сожалению, невозможно.

Если же цвет изолятора ваших свечей от светло серого до золотистого - вас можно поздравить - вы заправляетесь бензином, не содержащих ферроценов и марганцевых присадок. К тому же, можно сказать, и двигатель у вас в хорошем состоянии.