Составные компоненты бензинов — АЗС VIP | Пропан-бутан | Автономная газификация | Новокузнецк
Углеводороды, входящие в состав бензинов, в зависимости от структуры делятся в основном на четыре группы: парафины, олефины, нафтены, и ароматики. Углеводороды, у которых атомы углерода соединены в виде прямой цепочки или цепочки с разветвлением, называются парафинами (алканами).
Парафины являются предельными углеводородами, поэтому обладают весьма слабой склонностью к взаимодействию с другими веществами, т.е. при обыкновенной температуре они не окисляются и не поддаются действию щелочей. Они входят в состав авиационных и автомобильных бензинов в количестве от 25 до 60%. К парафинам относятся также их изомеры, носящие название изопарафинов (изооктан, изопентан, n-гексан). По своим физико-химическим свойствам изопарафины мало отличаются от парафинов нормального строения, но по характеру сгорания в бензиновых двигателях они отличаются очень сильно.
Изопарафины обладают более высокими антидетонационными свойствами и поэтому часто применяются как высокооктановые компоненты топлив.
Парафины под действием высоких температур и давлений легко распадаются и окисляются в присутствии воздуха, образуя пероксиды (перекиси), способствующие детонации топлива. Изопарафины более устойчивы; они очень медленно распадаются и сгорают, не успев образовать пероксиды, тем самым задерживая разложение парафинов нормального строения. Это особенно важно при работе двигателя на бедных смесях, когда имеется избыток кислорода. Некоторым недостатком парафиновых углеводородов является то, что они обладают сравнительно плохими низкотемпературными свойствами, поэтому с увеличением содержания этих углеводородов в топливе повышается его температура застывания.
Непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь С=С получили название олефинов (алкены, этиленовые углеводороды). Они нерастворимы в воде, но растворимы в спирте. Олефины способны присоединять атомы водорода и некоторых других элементов, превращая двойные связи в одиночные и переходя в парафины. Они легко окисляются, образуя окислы и смолы.
В сырой нефти непредельные углеводороды почти не встречаются, так как обладают высокой химической активностью. Они образуются обычно при вторичной переработке (крекинге) нефти.
Углеводороды, у которых атомы углерода соединены один с другим одной замкнутой связью в виде кольца, называются нафтенами (циклоалканы). Нафтеновые углеводороды входят в авиационные и автомобильные бензины прямой гонки примерно в таком же количестве, как и парафиновые. Антидетонационные свойства нафтеновых углеводородов ниже изопарафиновых, но выше нормальных парафиновых. Их октановые числа достигают 70-78 и более единиц. Они трудно окисляются. Примером такого соединения может служить циклогексан С6Н12. Существуют также системы из двух или нескольких нафтеновых циклов, соединенных между собой общими углеродными атомами или простыми связями — полинафтены.
Углеводороды, у которых молекула состоит из бензольного кольца, т. е. из шести атомов углерода, соединенных между собой одинарными и двойными связями, называются ароматиками (арены) (это название им присвоено за их пахучие свойства).
К числу ароматиков относятся бензол С6H6 и его производные (пиробензол, авиабензол), толуол, ксилол и др. Ароматические углеводороды обладают высокими антидетонационными свойствами и потому применяются в качестве высокооктановых компонентов бензинов. В бензинах прямой гонки, которые в основном состоят из парафинов и нафтенов, ароматических углеводородов содержится не более 10% и их влияние незначительно. Добавление же в эти бензины чрезмерных количеств различных ароматических соединений отрицательно сказывается на их физико-химических и эксплуатационных свойствах. Повышается вязкость и температура застывания бензинов, снижается их испаряемость, ухудшающая пусковые свойства, увеличивается гигроскопичность, токсичность (ядовитость), склонность к нагарообразованию и самовоспламенению.
Наименьшей детонационной стойкостью обладают нормальные парафиновые углеводороды, наибольшей — ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, занимают промежуточное положение.
Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая и оценивается октановым числом.
О компании — ТопливоПромПрисадки
Основное направление фирмы – комплексное оснащение предприятий всеми необходимыми товарами для экономии затрат на топливе и создании качественного продукта – позволяющего уменьшить Ваши затраты до 20%.
Мы стремимся повысить Вашу прибыль.
Накопленный опыт, высокий уровень профессионализма сотрудников и широкий ассортимент поставляемой продукции, позволяют нам предложить технически грамотные решения и выполнить задачи любой сложности.
Благодаря своему основному принципу, работать напрямую с производителями, мы можем предложить наиболее выгодные цены на предлагаемые товары.
Поставляя современные присадки ведущих мировых производителей нефтехимии, мы учитываем опыт стран ЕС (где действуют стандарты ЕВРО), а также США (где принят Закон о чистом воздухе – Clean Air Act).
Предлагаемая нами продукция, изготовленная как отечественными, так и ведущими зарубежными производителями прошла аттестацию в органах Госстандарта.
Нашими партнерами являются предприятия, работающие в различных сферах деятельности:
— НПЗ
— Мини НПЗ
— Нефтебазы
— Нефтехранилища
— Сети АЗС
— Организации, имеющие свой большой автопарк
— Аэропорты
— Морские порты
— Судовладельцы
— Фирмы, использующие в виде топлива жидкий газ (LPG)
— Предприятия, применяющие в качестве получения тепла мазут и легкие печные топлива.
— Сельскохозяйственные, фермерские организации.
— Компании, чья деятельность связана с производством, применением и торговлей нефтепродуктами
Если Вас заинтересовали наши предложения, мы всегда открыты для сотрудничества. Для приобретения нужного Вам товара Вы можете сделать заявку по телефону, факсу или электронной почте. Наши специалисты всегда готовы помочь Вам квалифицированным советом и консультацией по всем направлениям деятельности фирмы.
Будем рады успешному плодотворному сотрудничеству.
С наилучшими пожеланиями, коллектив
Группы Компаний «BRONT company»
«ТопливоПромПрисадки»
Аи-92
Бензин — это самая легкая из жидких фракций нефти. Эту фракцию получают в числе других в процессе возгонки нефти с целью получения различных нефтепродуктов. Обычный углеводородный состав бензина — молекулы длиной от C 5 до C 10 . Но бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, ведь их получают не только как продукт первичной возгонки нефти. Бензин получают из попутного газа (газовый бензин) и из тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин).
Бензин Аи-92 применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, при производстве парафина, чистке тканей (растворяет жиры), как горючий материал, как растворитель.
Бензин АИ-92 изготовляется зимнего и летнего видов:
- зимний — для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах, а в остальных районах с 1 октября до 1 апреля;
- летний — для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всех сезонов.
Бензин АИ-92 содержит смесь углеводородов различного строения в виде бесцветной жидкости с пределами кипения 33-205°С.
Бензин АИ-92 , применяется в качестве топлива для карбюраторных автомобильных и мотоциклетных двигателей, а также двигателей другого назначения. Автомобильный бензин предназначен для карбюраторных и мотоциклетных двигателей в зависимости от конструктивных особенностей двигателей внутреннего сгорания, а также от условий, в которых они эксплуатируются.
Бензин АИ представляет собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов:
- прямой перегонки нефти;
- каталитического риформинга;
- каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля;
- изомеризации прямогонных фракций;
- алкилирования;
- ароматизации термического крекинга;
- висбрекинга;
- замедленного коксования.
Компонентный состав бензина аи-92 зависит, в основном, от его марки и определяется набором технологических установок на нефтеперерабатывающем заводе.
виды, марки, основные показатели качества
В настоящее время в России находится в эксплуатации более 40 млн единиц автомобильного транспорта. Большая часть парка машин оснащена бензиновыми (карбюраторными или инжекторными) двигателями внутреннего сгорания.
Современный автомобильный бензин должен удовлетворять требованиям, обеспечивающим экологичную и надежную работу двигателя:
• иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;
• иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя;
• не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного воздействия на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и т.п.
Автомобильный бензин — это легковоспламеняющаяся горючая жидкость, в состав которой входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С.
Важнейшим свойством бензина является его способность в состоянии газообразной смеси воспламеняться и сгорать со скоростью распространения фронта пламени 25 — 35 м/с. В некоторых случаях процесс горения может приобрести взрывной, детонационный характер. Мгновенное сгорание рабочей смеси нежелательно, так как вызывает вибрацию и перегрев деталей двигателя, преждевременный их износ, снижение мощности.
Способность бензина противостоять взрывообразному горению называется детонационной стойкостью. Она оценивается октановым числом. Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов: изооктана — октановое число 100, и нормального гептана с октановым числом, равным 0, которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за октановое число.
Одним из принципов классификации различных марок бензина является октановое число. Существуют два метода его определения: исследовательский (ОЧИ — октановое число по исследовательскому методу) и моторный (ОЧМ — октановое число по моторному методу).
Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский — при эксплуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью.
В России производятся автомобильные бензины пяти марок (ГОСТ 2084-77): А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Буква «И» в маркировке указывает на применение исследовательского метода при определении октанового числа, цифры — октановое число. Бензин А-72 практически не вырабатывается из-за отсутствия техники, которая бы его потребляла. Наиболее велика в производстве доля бензина марок А-76, А-92, который вырабатывается по ТУ 38.001 165 — 97. Кроме перечисленных в ГОСТ 2084—77 в России производятся также автомобильные бензины марок А-80, А-96, АИ-98.
Для повышения детонационной стойкости (повышения октанового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю высокооктановых компонентов.
Смесь тетраэтилсвинца с выносителем называется этиловой жидкостью. Бензин, содержащий этиловую жидкость, называется этилированным. Чтобы предупредить отравление им, этилированный бензин окрашивают в различные цвета.
Тетраэтилсвинец в качестве основного компонента антидетонатора (АД-ТЭС) используется уже 80 лет. Однако затраты на санитарно-гигиенические мероприятия, связанные с применением АД-ТЭС, более чем в 10 раз превышают экономический эффект от его применения.
В настоящее время этилированный бензин заменяется неэтилированным. Это связано с использованием в автомобилях каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Оксиды свинца разрушают нейтрализатор и выводят его из строя через несколько часов работы двигателя.
Нейтрализаторы обеспечивают соблюдение экологических требований к автотранспортным средствам, которые регламентируются правилами Европейской экономической комиссии ООН (табл.).
Требования Европейской экономической комиссии ООН к автомобильному бензину
| Параметры | Euro-2 | Euro-3 | Euro-4 |
| Максимальное содержание, %: | |||
| бензола | 5,0 | 1,0 | 1,0 |
| серы (для Euro -3, -4 в промилле, %о) | 0,05 | 150 | 30 |
| ароматических углеводородов | — | 42 | 30 |
| олефиновых углеводородов | — | 18 | 14 |
| кислорода | — | 2,3 | 2,7 |
| Фракционный состав: | |||
| до 100°С перегоняется, %, не менее | — | 46 | 46 |
| до 150°С перегоняется, %, не менее | — | 75 | 75 |
| Давление насыщенных паров, кПа, не более | 60 | 60 | |
| Наличие моющих присадок | — | Обязательно | Обязательно |
Эти правила периодически пересматриваются в сторону ужесточения.
Каждая новая модификация правил получает условное обозначение: Euro-1 (1993 г.), Euro-2 (1996 г.), Euro-3 (2000 г.), Euro-4 (предполагается принять в 2005 г.).
После того как правительство России подписало соглашения Euro-1 и Euro-2, был разработан ГОСТ Р 51105 — 97 на автомобильные бензины, требования которого соответствуют требованиям европейского стандарта EN 228. Единственное отличие в том, что в ГОСТ введен низкооктановый бензин АИ-80 (А-76), необходимость производства которого вызвана наличием в стране большого парка устаревших автомобилей. ГОСТ Р 51105 —97 вступил в силу с 1 января 1999 г. Он устанавливает следующие марки неэтилированных бензинов: «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95», «Супер-98». Разработан ГОСТ 51313 — 99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования» — введен в действие с 1 июля 2000 г.
Октановое число бензина можно повысить, вводя либо антидетонаторы, либо присадки (добавки).
Антидетонаторы увеличивают октановое число, действуя как катализаторы на процесс сгорания топлива, поэтому их применяют в очень малых количествах по отношению к единице топлива.
В этом качестве используются производные ферроцена (торговое название ФК-4, в 1994 г. разрешен Госстандартом РФ). Около 10 % валового производства бензина составляет бензин, содержащий ФК-4. Однако повышение нормативного содержания этого антидетонатора в бензине приводит к отложению абразивных частиц оксида железа на деталях камеры сгорания двигателя, в том числе на свечах зажигания, что вызывает различные неполадки.
Очень эффективен антидетонатор на основе циклопентадиенилтрикарбонила марганца — АД-ЦТМ. При его использовании износ двигателей в 1,5 раза меньше, чем при применении АД-ТЭС. Недавно Госстандарт РФ разрешил использование АД-ЦТМ. Наиболее перспективными можно считать антидетонаторы на основе карбонилов металлов.
В отличие от антидетонаторов присадки увеличивают октановое число бензина за счет своего количества. Присадки, как правило, имеют собственное октановое число выше 100.
В качестве октаноповышающих добавок в настоящее время используются метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этанол, метил-циклопентадиэтилтрикарбонил марганца (МЦТМ) и этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ).
МТБЭ, например, повышает октановое число, а также снижает уровень СО в отработавших газах и способствует более полному сгоранию углеводородов.
Большие мощности по производству МТБЭ имеются в США, Индии, Тринидаде, Великобритании, во Франции, в последние годы в Китае. У нас в стране производство МТБЭ организовано на предприятии «Нижнекамскнефтехим». Недостатком МТБЭ является гигроскопичность, усиленный износ двигателя вследствие образования нагара, плохая совместимость с резинами и другими эластомерами. Кроме того, его высокая концентрация в бензине приводит к увеличению в выбросах концентрации формальдегида, оксида азота, ацетальдегида. Поэтому в Японии установлен норматив введения МТБЭ — не более 7 %. Аналогичные ограничения существуют и в странах Западной Европы.
ЭТБЭ — наиболее устойчивая присадка, она может быть использована даже как альтернативное топливо, однако ее промышленное производство пока не налажено.
За рубежом для улучшения эксплуатационных свойств автомобильного бензина широко используют многофункциональные присадки, уделяя особое внимание моющим.
Применение моющих присадок обеспечивает нормальную работу двигателя при его эксплуатации. Впервые бензин с моющими присадками был разработан фирмой SHEVRON в 1954 г., но широкое распространение они получили лишь с введением принудительной системы вентиляции картера.
В России промышленное производство моющих и многофункциональных присадок к автомобильному бензину до 90-х годов отсутствовало. В середине 90-х годов ВНИИ НП разработал бензольную многофункциональную присадку «Афен» — композицию аминоамидов с добавлением поверхностно-активного вещества и бинарного растворителя. «Афен» предотвращает образование льда и коррозию топливной системы, смывает смолистые отложения в карбюраторе автомобиля и предотвращает их образование, что обеспечивает экономию бензина до 5 % и в 1,5 раза снижает концентрацию оксида углерода в отработавших газах. По моющим свойствам «Афен» не уступает зарубежным аналогам. Позже тем же институтом была разработана модификация «Афена» — многофункциональная присадка «Автомат» на базе более доступного сырья.
По результатам испытаний она допущена к применению. На бензин с этой присадкой получен гигиенический сертификат.
Ассортимент присадок (добавок) и антиокислителей, используемых в России
Антидетонационные присадки (добавки)
Хайтек-3000 (фирма Ethyl)…………………….До 50 мг/л Мп
АвтоВЭМ (ТУ 38.401-58-185-97)…………..До 1,3%
Феррада (ТУ 38.401-58-186-97)……………..До 1,3 % (37 мг/л Fe)
АПК (ТУ 38.401-58-189-97)………………….До 0,3% (37 мг/л Fe)
ФероЗ (ТУ 38.401-58-83-94)………………….До 0,02% (37 мг/л Fe)
АДА (ТУ 38.401-58-61-93)…………………….До 1,3%
БВД (ТУ 38.401-58-228-99)…………………..До 1,9%
БОКЭ (ТУ 38.401-58-244-99)…………………До 5 %
МАФ (ТУ 38.401-1045-96)…………………….До 3,5 % (37 мг/л Fe)
Фэтерол ТУ 2421-009-04749189-95)………До 15%
МТБЭ (ТУ 103704-90)…………………………..До 15%
ДАКС (ТУ 0251-003-02066612-96)………….До 3,5 %
Октан-Максимум (ТУ 38.401-144-97)……3-7 мг/л Fe
Моющие и многофункциональные присадки
Хайтек 4449 (фирма Ethyl)…………………….0,035-0,06%
Керопур 3222 (фирма BASF)………………….0,035-0,06%
SAP 9500 (фирма Shell)…………………………0,035 %
Автомат (ТУ 38.401-58-171-96)……………..0,05%
Афен (ТУ 38.401743-89)……………………….0,05%
Антиокислители
Агидол-1 (ТУ 38.5901237-90)………………..До 0,1 %
Агидол-12 (ТУ 38.30216371-88)……………..До 0,3%
Наряду с октановым числом качество бензина формирует его фракционный состав, то есть преобладание той или иной группы углеводородов в природной нефти или в нефтепродуктах, а также присутствие в них серу-, азот- и кислородсодержащих соединений.
Если, к примеру, в бензине есть примесь серы, при его сгорании образуются сернистые соединения, которые загрязняют окружающую среду, вызывая появление «кислотных дождей». Водорастворимые кислоты и щелочи недопустимы, так как они вызывают коррозию двигателя.
Жидкие парафиновые углеводороды (от С5 до С15) почти все при перегонке нефти попадают в бензиновый дистиллят. Если в бензине присутствует значительное количество парафиновых углеводородов так называемого нормального строения, то есть таких, в которых атомы углерода соединены в виде прямой цепочки, качество бензина низкое. И наоборот, парафиновые углеводороды изомерного строения, с разветвленной цепочкой углеводородных атомов, имеют высокое октановое число, а бензин, содержащий такие углеводороды, отличается хорошей октановой характеристикой.
Содержание в бензине цикланов весьма желательно, так как они имеют более высокие октановые числа, чем парафиновые углеводороды нормального строения.
Ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилол, этил-бензол и другие — являются ценным сырьем для производства высокооктанового бензина, они обладают высокими октановыми числами.
Однако усиленное применение ароматических компонентов вместо этиловой жидкости для повышения октановой характеристики бензина может привести к увеличению выбросов ароматических углеводородов, в частности бензола, с отработавшими газами. Поэтому применение неэтилированного бензина на автомобилях без каталитических нейтрализаторов недопустимо.
С фракционным составом бензина связаны такие характеристики двигателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания, прогрев и приемистость, экономичность и долговечность работы.
Пусковые характеристики двигателя улучшаются по мере увеличения содержания в бензине низкокипящих фракций. Однако при этом увеличивается вероятность образования паровых пробок. При нагревании бензина в системе питания двигателя его низкокипящие углеводороды испаряются, образуя пары, объем которых примерно в 150—200 раз больше объема жидкого бензина. Подача бензина в цилиндры из-за снижения массовой производительности уменьшается, горючая смесь обедняется, что приводит к потере мощности двигателя или даже к прекращению его работы.
Как устранить эти явления? Для бензина установлены ограничения на содержание низкокипящих фракций, регламентированы температура начала кипения бензина (для летних сортов), температура перегонки его 10 %, а также давление насыщенных паров. Кроме того, чтобы избежать образование паровых пробок, следует использовать марку бензина, соответствующую сезону.
Для бензина с высоким содержанием низкокипящих фракций характерны большие потери при хранении и транспортировании. Такой бензин может приводить к обледенению карбюратора, так как быстро испаряющиеся низкокипящие фракции отнимают теплоту из воздуха, в котором происходит испарение, и от металлических деталей впускной системы карбюратора. Чем больше низкокипящих фракций в бензине, тем ниже температура топливо-воздушной смеси.
С учетом противоречивых требований к фракционному составу бензина у нас в стране вырабатывают два вида бензина — зимний и летний. Автомобильный бензин, за исключением марки АИ-98, подразделяется на летний — для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 30 сентября (в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года), и зимний — для применения в течение всех сезонов в северо-восточных районах, а в остальных районах с 1 октября по 31 марта. Эти виды бензина имеют оптимальный фракционный состав для определенных температурных условий и позволяют без осложнений эксплуатировать автомобили в различное время года в различных географических районах и климатических условиях.
От наличия в бензине тяжелых фракций углеводородов в значительной мере зависят долговечность двигателя и его экономичность. Количество тяжелых фракций углеводородов обусловливает температуры конца кипения и перегонки 90 % бензина. Если эти температуры достаточно высоки, то тяжелые фракции не успевают испаряться во впускной системе и поступают в цилиндры двигателя в жидком виде. В результате часть их не успевает сгорать — экономичность двигателя снижается.
Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают масло с трущихся поверхностей и ухудшают условия их смазки, они попадают в картер двигателя и снижают вязкость масла, что также увеличивает износ двигателя. Несгоревшее в цилиндре топливо откладывается на поверхности камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонацию, калильное зажигание и другие нарушения в работе двигателя.
Поэтому, чем ниже температура конца кипения бензина и перегонки его 90 %, тем лучше бензин, двигатель долговечнее и экономичнее. Для бензина установлены нормы температуры перегонки его 90 % и конца его кипения: для летнего — соответственно не выше 180 и 195 °С, для зимнего — соответственно не выше 160 и 185 °С.
В процессе хранения бензин подвергается различным химическим превращениям, ведущим к ухудшению его эксплуатационных свойств. Способность бензина противостоять этим химическим превращениям называют химической стабильностью. Химическая стабильность бензина определяется главным образом содержанием в нем непредельных углеводородов, которые в силу их химической структуры легко взаимодействуют с кислородом воздуха, образуя высокомолекулярные смолистые вещества. На процесс окисления влияют также содержащиеся в бензине неуглеводородные соединения.
Оседая на штоках и тарелках клапанов, в камере сгорания при высокой температуре смолистые вещества превращаются в твердые отложения — нагары. Это приводит к нарушениям в работе двигателя и, как следствие, к снижению его мощности и экономичности. Поэтому необходимы ограничения на содержание в бензине высокомолекулярных смол.
Нагарообразование в двигателе возрастает также с увеличением содержания в бензине тетраэтилсвинца, серы и ароматических углеводородов. Содержание свинца и серы в бензине строго регламентируется. Ароматические углеводороды вследствие своей высокой детонационной стойкости являются желательной составляющей бензина, но из-за повышенного нагарообразования их количество в бензине следует ограничить.
Новыми нормативными документами предусмотрено ужесточение требований к показателям качества. Бензин с улучшенными экологическими свойствами должен содержать: бензола 1 — 3%, серы не более 0,03 %, ароматических углеводородов не более 45 %, олефиновых углеводородов не более 20 % и применяться только с моющими присадками. Кроме того, принято решение, что автомобильный бензин, выпускаемый не по ГОСТ, а по ТУ, проходит обязательную сертификацию на соответствие ГОСТ 51313—99.
В России эксплуатируется значительное число импортного дизельного автотранспорта. Предполагается, что дизели будут устанавливаться и на отечественных автомобилях УАЗ и «Газель». В Европе доля продаж машин, оснащенных дизелями, в среднем достигла почти 30 % (в Германии она составляет 85 %).
Дизельное топливо используется как на передвижных, так и на стационарных установках с дизелем, характеризующимся большими экономичностью, приемистостью, надежностью, долговечностью, меньшей пожароопасностью.
Работа дизеля существенно отличается от работы двигателя карбюраторного. Топливо подается в камеру сгорания через форсунки в капельно-жидком состоянии, смешивается с воздухом и воспламеняется от сжатия.
В качестве дизельного топлива используется нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения 170 — 360 °С (против 35 — 200 °С для бензинов). В ней содержится по массе 87 % углерода, 13 % водорода, до 0,5 % серы, незначительное количество кислорода и азота. По внешнему виду дизельное топливо — это жидкость от желтого до темно-коричневого цвета с высокой удельной теплотой сгорания (примерно 43 МДж/кг), что позволяет автомобилям с дизельными двигателями иметь большой запас хода. По объемам производства дизельное топливо находится на втором месте, несколько уступая топочному мазуту и в 1,8 раза превосходя автомобильный бензин.
Дизельное топливо должно удовлетворять следующим требованиям:
• для обеспечения хорошего смесеобразования в цилиндрах двигателя иметь определенный фракционный состав. Так, 50 % зимнего дизельного топлива должны выкипать при температуре до 250 °С, летнего — до 280 °С. Чем больше в топливе легкокипящих фракций, тем быстрее оно испаряется после впрыска, обеспечивая лучшую полноту сгорания, малую дымность и более легкий пуск двигателя;
• хорошо течь, что необходимо для бесперебойной подачи в камеру сгорания, облегчения фильтрации и хорошего смесеобразования. Текучесть топлива характеризуется вязкостью при температуре 20 °С;
• температура застывания должна обеспечивать надежность работы двигателя зимой. При температуре ниже установленного значения нарушается прокачиваемость дизельного топлива и невозможна его подача в цилиндры двигателя. Температура застывания летнего топлива должна быть не выше минус 10 °С, зимнего — не выше минус 35 °С, арктического — не выше минус 55 °С;
• быстро воспламеняться и плавно сгорать. Воспламенение топлива, поданного в камеру сгорания, происходит не сразу. Между моментом впрыскивания и воспламенением происходит распыление топлива, перемешивание его с воздухом, нагревание, испарение и окисление. В результате накапливается тепло, повышается температура — топливо воспламеняется. Температуру, до которой нужно нагреть топливо в смеси с кислородом воздуха, чтобы началось его горение, называют температурой самовоспламенения. Чем ниже температура самовоспламенения, тем легче запускается холодный двигатель;
• иметь диапазон цетанового числа (ЦЧ) 45 — 50 единиц. Чем короче период задержки самовоспламенения, тем плавнее и эффективнее сгорает топливо. Этот период оценивается цетановым числом, т.е. процентным содержанием (по объему) цетана (ЦЧ-100) в искусственно приготовленной смеси с α-метилнафталином (ЦЧ-0). Для повышения ЦЧ, особенно для топлива, используемого при низких температурах, к нему добавляют специальные присадки — изопропилнитраты.
Кроме того, дизельное топливо должно обладать способностью обеспечивать чистоту топливоподающей системы, деталей двигателя, не вызывать их коррозии, полностью сгорать, не образуя дыма, быть стабильным при хранении. Эти свойства в стандартах нормируются такими показателями качества, как коксовое число, температура вспышки, фильтруемость, наличие механических примесей и воды, содержание серы, кислотность.
Коксовое число характеризует способность топлива при температуре 800 — 900 °С без доступа воздуха образовывать твердый остаток — кокс. Коксуемость зависит от наличия в топливе смолистых соединений, его вязкости и фракционного состава.
Температура вспышки определяет степень пожароопасности топлива при транспортировании, хранении и применении. Желательно, чтобы она была как можно более высокой.
Фильтруемость дизельного топлива показывает его способность предотвращать засорение фильтров и характеризуется специальным коэффициентом. Чем ближе коэффициент фильтруемости к единице, тем выше качество дизельного топлива.
Содержание механических примесей и воды в дизельном топливе приводит к износу деталей и образованию ледяных пробок в зимнее время года.
Отечественная нефтеперерабатывающая промышленность в соответствии с ГОСТ 305 — 82 вырабатывает дизельное топливо трех марок:
Л — летнее, применяется при температуре окружающего воздуха выше 0 °С;
3 — зимнее, применяется при температуре до минус 30 °С;
А — арктическое, применяется при температуре до минус 50 °С.
Содержание серы в дизельном топливе марок J1 и 3 не должно превышать 0,2 %, марки А — 0,4 %. Для экспорта в соответствии с ТУ 38.401-58-110—94 производится дизельное топливо с содержанием серы 0,2 %.
Коррозионные свойства (кислотность) топлива зависят от содержания в нем органических кислот и серы, содержание их строго ограничивается.
Дизельные топлива, как и бензины, имеют условные обозначения. Например, Л-0,2-40: летнее, содержание серы 0,2%, температура вспышки 40 °С; 3-0,4-35: зимнее, содержание серы 0,4 %, температура застывания минус 35 °С. В обозначение арктического топлива входит только содержание серы.
В последние годы получило распространение наиболее эффективное в условиях России дизельное топливо. Зимнее дизельное топливо с депрессорными присадками (ТУ 38.101889—81) марки ДЗп получают на базе летнего дизельного топлива путем добавления присадки на основе сополимеров этилена с винилацетатом. Присадка обеспечивает снижение температуры застывания до минус 30 °С. В районах с холодным климатом (температура до минус 45 °С) используется топливо, вырабатываемое по ТУ 38.401-58-6— 92. Экологически чистое дизельное топливо (ТУ 38.1011348—89) имеет показатель содержания серы 0,05 и 0,1 %. Такое топливо получают гидроочисткой дизельного топлива. Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170—96) предназначено для использования в Москве. Оно отличается от экологически чистого пониженными дымностью и токсичностью отработанных газов на 30 — 50%. Низкотемпературные свойства этого топлива также улучшены.
Бензин — Нормаль 80 (АИ-80)
Бензин — это самая легкая из жидких фракций нефти. Эту фракцию получают в числе других в процессе возгонки нефти с целью получения различных нефтепродуктов. Обычный углеводородный состав бензина — молекулы длиной от C 5 до C 10 . Но бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, ведь их получают не только как продукт первичной возгонки нефти. Бензин получают из попутного газа (газовый бензин) и из тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин).
Бензин Аи-80 применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, при производстве парафина, чистке тканей (растворяет жиры), как горючий материал, как растворитель.
Бензин АИ-80 изготовляется зимнего и летнего видов:- зимний — для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах, а в остальных районах с 1 октября до 1 апреля;
- летний — для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всех сезонов.
Бензин АИ-80 , применяется в качестве топлива для карбюраторных автомобильных и мотоциклетных двигателей, а также двигателей другого назначения. Автомобильный бензин предназначен для карбюраторных и мотоциклетных двигателей в зависимости от конструктивных особенностей двигателей внутреннего сгорания, а также от условий, в которых они эксплуатируются. Бензин АИ-80 представляет собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов:
- прямой перегонки нефти;
- каталитического риформинга;
- каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля;
- изомеризации прямогонных фракций;
- алкилирования;
- ароматизации термического крекинга;
- висбрекинга;
- замедленного коксования.
Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90-93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30-40 %, олефиновых — 25-35 %. В их составе практически отсутствуют диеновые углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800-900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов целесообразно использовать смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.
Бензины таких термических процессов, как крекинг, замедленное коксование имеют низкую детонационную стойкость и химическую стабильность, высокое содержание серы и используются только для получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах.
При производстве высокооктановых бензинов используются алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол. Бензины АИ-95 и АИ-98 обычно получают с добавлением кислородсодержащих компонентов: метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с трет-бутанолом, получившей название фэтерол. Введение МТБЭ в бензин позволяет повысить полноту его сгорания и равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. Максимально допустимая концентрация МТБЭ в бензинах составляет 15 % из-за его относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинам.
Для достижения требуемого уровня детонационных свойств этилированных бензинов к ним добавляют этиловую жидкость (до 0,15 г свинца/дм3 бензина). К бензинам вторичных процессов, содержащим непредельные углеводороды, для их стабилизации и обеспечения требований по индукционному периоду разрешается добавлять антиокислители Агидол-1 или Агидол-12. В целях обеспечения безопасности в обращении и маркировки этилированные бензины должны быть окрашены. Бензин А-76 окрашивается в желтый цвет жирорастворимым желтым красителем К, бензин АИ-91 — в оранжево-красный цвет жирорастворимым темно-красным красителем Ж. Этилированные бензины, предназначенные для экспорта, не окрашиваются.
| № п/п | Показатель | Значение | Нормативный документ |
|---|---|---|---|
| 1 | Октановое число, определенное по исследовательскому методу, не менее | 92,0 | СТБ ISO 5164-2008 |
| 2 | Октановое число, определенное по моторному методу, не менее | 83,0 | ГОСТ 511-82 |
| 3 | Плотность при 15°С, кг/м3 | 720,0 — 775,0 | СТБ ИСО 12185-2007 |
| 4 | Фракционный состав: 4.1 пределы перегонки,°С, не выше: — 10% бензина | 75,0 | СТБ ИСО 3405-2003 |
| — 50% бензина | 120,0 | ||
| — 90% бензина | 190,0 | ||
| 4.2 конец кипения | 215,0 | ||
| 4.3 объемная доля остатка в колбе, %, не более | 1,5 | ||
| 4.4 объемная доля остатка и потерь, %, не более | 4,0 | ||
| 5 | Давление насыщенных паров, кПа (в летний период) | 35 — 80 | СТБ 1425-2003 |
| 6 | Массовая концентрация свинца, мг/дм3, не более | 5,0 | СТБ ЕН 237-2005 |
| 7 | Кислотность, мг КОН/100 см3, не более | 3 | ГОСТ 5985-79 с дополнением по п.4.3 ТУ BY 400091131.006-2009 |
| 8 | Массовая доля меркаптановой серы, %, не более | 0,001 | ГОСТ 17323-71 |
| 9 | Стойкость к окислению, мин, не менее | 600 | СТБ ИСО 7536-2005 |
| 10 | Концентрация фактических смол, мг/100 см3, не более | 5 | ГОСТ 1567-97 |
| 11 | Массовая концентрация серы, мг/кг, не более | 10,0 | СТБ ИСО 20846-2005 |
| 12 | Коррозионное воздействие на медную пластинку в течение 3-х ч при 50°С, класс | Класс 1 | СТБ 1816-2007 |
| 13 | Наличие водорастворимых кислот и щелочей | Отсутствие | ГОСТ 6307-75 |
| 14 | Наличие механических примесей и воды | Отсутствие | п. 4.4 ТУ BY 400091131.006-2009 |
| 15 | Цвет | Бесцветный или бледно-желтый | п. 4.4 ТУ BY 400091131.006-2009 |
| 16 | Объемная доля бензола, %, не более | 1,00 | СТБ ISO 22854-2011 |
| 17 | Объемная доля углеводородов, %, не более — олефиновых | 18,0 | СТБ ISO 22854-2011 |
| — ароматических | 35,0 | ||
| 18 | Массовая доля кислорода, %, не более | 2,7 | СТБ ЕН 13132-2006 |
| 19 | Объемная доля оксигенатов, %, не более — метанол | отсутствие | СТБ ЕН 13132-2006 |
| — этанол | 5,00 | ||
| — изопропиловый спирт | 10,00 | ||
| — изобутиловый спирт | 10,00 | ||
| — трет-бутиловый спирт | 7,00 | ||
| — эфиры (пять или более атомов углерода) | 15,00 | ||
| — другие оксигенаты | 10,00 | ||
| 20 | Концентрация железа, мг/дм3 | отсутствие | ГОСТ Р 52530-2006 |
| 21 | Концентрация марганца, мг/дм3 | отсутствие | ГОСТ Р 51925-2002 |
| 22 | Объемная доля монометиланилина, % | отсутствие | ГОСТ Р 54323-2011 |
Автомобильные бензины: технические характеристики, классификация, назначение
По составу автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, ароматизации термического крекинга, висбрекинга, замедленного коксования. Компонентный состав бензина зависит, в основном, от его марки и определяется набором технологических установок на нефтеперерабатывающем заводе.
Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга или каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов с экологической точки зрения является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. В составе бензинового фонда России доля компонента каталитического риформинга превышает 50 %.
Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90-93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30-40 %, олефиновых — 25-35 %. В их составе практически отсутствуют диеновые углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800-900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов целесообразно использовать смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.
Бензины таких термических процессов, как крекинг, замедленное коксование имеют низкую детонационную стойкость и химическую стабильность, высокое содержание серы и используются только для получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах.
При производстве высокооктановых бензинов используются алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол. Бензины АИ-95 и АИ-98 обычно получают с добавлением кислородсодержащих компонентов: метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с трет-бутанолом, получившей название фэтерол. Введение МТБЭ в бензин позволяет повысить полноту его сгорания и равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. Максимально допустимая концентрация МТБЭ в бензинах составляет 15 % из-за его относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинам.
Для достижения требуемого уровня детонационных свойств этилированных бензинов к ним добавляют этиловую жидкость (до 0,15 г свинца/дм3 бензина). К бензинам вторичных процессов, содержащим непредельные углеводороды, для их стабилизации и обеспечения требований по индукционному периоду разрешается добавлять антиокислители Агидол-1 или Агидол-12. В целях обеспечения безопасности в обращении и маркировки этилированные бензины должны быть окрашены. Бензин А-76 окрашивается в желтый цвет жирорастворимым желтым красителем К, бензин АИ-91 — в оранжево-красный цвет жирорастворимым темно-красным красителем Ж. Этилированные бензины, предназначенные для экспорта, не окрашиваются.
Звучит не слишком сложно, но на самом деле бензин довольно сложен, состоит из нескольких сотен соединений. Состав бензина может широко варьироваться в зависимости от требований к смешиванию, требуемых для разных регионов в зависимости от климатических и экологических норм. Хитрость, как сказал один источник, состоит в том, чтобы создать бензин, который «не вызывает разрушения двигателей, не вызывает паровых пробок летом, но легко запускается зимой, не образует смол и отложений, горит чисто, не образуя». сажа или остатки, и не растворяет и не отравляет катализатор автомобиля или владельца.« Сырьем для бензина, по крайней мере на данный момент, является сырая нефть, которая может содержать до 100 000 соединений, от метана до соединений с 85 атомами углерода. На нефтеперерабатывающем заводе некоторые из основных фракций сырой нефти, полученные при начальной перегонке, представляют собой «легкие фракции», такие как пропан и бутан; «прямогонный» бензин, который состоит в основном из алканов C 5 и C 6 , часть которых с более высокой температурой кипения иногда называют нафтой; керосин; дизельное топливо; топочный мазут; и смазочные масла.Также есть остатки, не подлежащие перегонке. Несколько процессов нефтепереработки следуют за дистилляцией для производства компонентов смеси, используемых для производства бензина. Некоторые из более тяжелых фракций подвергаются каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое для разложения более крупных соединений на более мелкие соединения, обычно разветвленные алканы. Гидрокрекинг — это немного другой процесс, который добавляет водород к ненасыщенным углеводородам по мере их крекинга. Каталитическое обессеривание и денитрогенизация используют водород для отделения серы и азота, обычно из ароматических соединений. Другие реакции, обычно проводимые с фракцией нафты, включают дегидрирование, деалкилирование, циклизацию и изомеризацию. При последовательном проведении эти реакции все вместе называются риформингом, и продукт, называемый реформатом, богат ароматическими соединениями и разветвленными алканами. Алкилирование, противоположное крекингу, представляет собой каталитический процесс, при котором к олефину добавляется алкан, например изобутан, к пропилену или бутену. Продукт, называемый алкилатом, в основном представляет собой смесь триметилпентанов и диметилгексанов.Реакции полимеризации также используются для соединения пропенов и бутенов с образованием пентанов и гексанов. Бензин в США обычно смешивают из прямогонного бензина, продукта риформинга, алкилата и некоторого количества бутана. Примерный состав: 15% C 4 –C 8 алканов с прямой цепью, от 25 до 40% C 4 –C 10 разветвленных алканов, 10% циклоалканов, менее 25% ароматических углеводородов (бензол менее 1,0 %) и 10% алкенов с прямой и циклической цепью. Двумя важными показателями для бензина являются давление паров по Рейду и октановое число.Бензин должен быть достаточно летучим, чтобы испаряться и смешиваться с воздухом, чтобы гореть, но одна проблема заключается в том, что давление пара может повышаться или понижаться с изменением температуры или с высотой. Если давление паров слишком высокое, может возникнуть паровая пробка, препятствующая протеканию бензина; если он будет слишком низким, двигатель может не работать в холодную погоду. Один из способов контроля давления пара — добавление большего или меньшего количества бутана. Октаныявляются важным компонентом бензина, поскольку они помогают обеспечить более плавное сгорание в цилиндрах автомобиля и предотвратить детонацию.Стук — звук, который иногда слышен из двигателя — вызван неравномерными волнами давления внутри цилиндра, возникающими из-за неравномерного сгорания. Неконтролируемый стук может привести к повреждению головок цилиндров или поршней и разрушению двигателя. В 1920-х годах было обнаружено, что алканы с прямой цепью вызывают больше детонации, чем алканы с разветвленной цепью, и для уменьшения детонации были введены тетраэтилсвинец и другие соединения. К 1986 году производство тетраэтилсвинца в США было прекращено, отчасти потому, что токсичность свинца для окружающей среды была проблемой, но также потому, что свинец загрязнял каталитические преобразователи.Алкилат в значительной степени заменил тетраэтилсвинец в качестве усилителя октанового числа. Октановое число по исследовательскому методу (RON) и моторное октановое число (MON) — это два показателя октановой активности, которые меняются с течением времени. Они основаны на том, насколько хорошо двигатель работает в тестах с различными соотношениями 2,2,4-триметилпентана (изооктана) и n -гептана; чем выше число, тем больше топливо работает как изооктан, которому присвоено октановое число 100. Поскольку рейтинги измеряются в различных условиях движения, используется среднее значение RON и MON, известное как антидетонационный индекс. .В США индекс обычно находится в диапазоне от 87 до 95, это числа, которые вы видите на бензоколонке. Каталитические нейтрализаторы были введены в автомобили в 1970-х годах, чтобы помочь снизить выбросы несгоревшего топлива, оксида углерода и оксидов азота. Начиная с 1995 года, реформулированный бензин, содержащий оксигенаты, такие как метил трет -бутиловый эфир (МТБЭ) или этанол, был введен для более полного сгорания и соответствия национальным стандартам качества воздуха. Токсичность МТБЭ вызывает беспокойство, поэтому он постепенно сокращается.Бензин, соответствующий стандартам, может быть получен путем увеличения количества алкилата без добавления МТБЭ или этанола. Но федеральные правила, вероятно, по-прежнему будут требовать оксигенатов в некоторых областях. Наконец, несколько присадок используются для улучшения характеристик и стабильности бензина. К ним относятся антиоксиданты, дезактиваторы металлов, антикоррозионные агенты и ингибиторы коррозии, противообледенительные агенты, противоизносные смазочные материалы, детергенты и красители. В общем, бензин — это самый важный продукт, выпускаемый на нефтеперерабатывающем заводе.В США это сердце нефтяной компании, и примерно половина каждого барреля нефти объемом 42 галлона становится бензином. Напротив, нефтеперерабатывающие заводы в Европе производят примерно вдвое меньше газа на баррель, потому что дизельные автомобили более распространены. |
Бензин — обзор | Темы ScienceDirect
II Бензин
В основном автомобильный бензин используется в качестве топлива для автомобилей и легких грузовиков для использования на шоссе. Меньшие количества используются для езды по бездорожью, лодок, прогулочных транспортных средств, различных ферм и другого оборудования.
Характеристики топлива должны соответствовать требованиям к топливу двигателя для достижения желаемой производительности. В результате бензин и двигатель — взаимозависимые партнеры. Двигатель не был разработан без учета бензина, доступного на рынке, и наоборот. Партнерство стало триумвиратом в последние десятилетия 20-го века, поскольку экологические соображения начали изменять как конструкцию двигателя, так и характеристики бензина.
Природный бензин или нафта имеет низкое октановое число, поэтому его необходимо улучшать методами реформирования.На более сложных этапах негазолиновые компоненты сырой нефти превращаются в бензин (процессы крекинга), а молекулы бензина перестраиваются для улучшения их характеристик.
II.A Состав
Бензин представляет собой сложную смесь сотен углеводородов. Углеводороды различаются по классам — парафины, олефины, нафтены и ароматические углеводороды — и в пределах каждого класса по размеру. Смесь углеводородов (и оксигенатов) в бензине определяет его физические свойства и рабочие характеристики двигателя.
Бензин производится в соответствии с ограничениями свойств, указанными в спецификациях и нормах, а не для достижения определенного распределения углеводородов по классам и размерам. Но в той или иной степени пределы свойств определяют химический состав. Например, летучесть бензина выражается кривой его дистилляции. Каждый отдельный углеводород кипит при определенной температуре, называемой его точкой кипения, и, как правило, температура кипения увеличивается с размером молекулы. Следовательно, требование кривой дистилляции эквивалентно требованию определенного распределения углеводородов с диапазоном размеров.
Самый распространенный способ охарактеризовать размер молекулы — это молекулярная масса. Для углеводорода альтернативным способом является число атомов углерода — число атомов углерода в его молекулярной структуре. Бутан, например, имеет молекулярную массу 58 г / моль и число атомов углерода 4 (C 4 ). На рисунке 19 показано распределение числа атомов углерода в типичном бензине. Обратите внимание, что диапазон размеров простирается от C 4 до C 12 с наиболее распространенным размером C 5 и средним размером C 6.8 . Октановое число — еще один пример того, как пределы свойств определяют химические пределы. RON углеводородов для того же числа атомов углерода в молекуле составляет
РИСУНОК 19. Распределение числа атомов углерода в бензине.
ароматические углеводороды> изопарафины> нафтены> олефины> нормальные парафины
RON изооктана (2,2,4-триметилпентана) по определению составляет 100, в то время как RON нормального октана меньше нуля. Другие свойства, такие как летучесть, также зависят от структуры изомера.
Нормы загрязнения воздуха и спецификации собственности были дополнены некоторыми спецификациями по составу. Первое постановление о загрязнении воздуха, связанном с бензином, ограничивало количество олефинов в бензине, продаваемом в Южной Калифорнии, путем установления максимальной спецификации брома . Более поздние правила ограничивают количество как олефинов, так и ароматических углеводородов (и, в частности, бензола) в реформулированных бензинах.
Бензины содержат небольшие количества — менее 0.1% по объему — соединений с атомами серы, азота и кислорода в своей структуре (без добавленных оксигенатов). Эти соединения либо присутствуют в сырой нефти, либо образуются в процессе очистки. Процессы нефтепереработки разрушают много азота, в частности, соединения серы, но некоторые остаются в конечном топливе.
II.B Присадки к бензину
Химические вещества, растворимые в бензине, смешиваются с бензином для улучшения определенных эксплуатационных характеристик или обеспечения характеристик, не присущих бензину.Обычно их получают из нефтяного сырья, а их функции и химический состав являются узкоспециализированными. Они производят желаемый эффект в диапазоне концентраций ppm.
Ингибиторы окисления, также называемые антиоксидантами , представляют собой ароматические амины и затрудненные фенолы. Они предотвращают реакцию компонентов бензина с кислородом воздуха с образованием пероксидов или камеди . Они особенно необходимы для бензинов с высоким содержанием олефинов. Перекиси могут ухудшить антидетонационные свойства и повредить пластмассовые или эластомерные детали топливной системы, растворимые камеди могут привести к образованию отложений в двигателе, а нерастворимые камеди могут забить топливные фильтры.Подавление окисления особенно важно для топлива, используемого в современных транспортных средствах с впрыском топлива, поскольку их конструкция рециркуляции топлива может подвергать топливо более высоким температурам и стрессу от воздействия кислорода.
Ингибиторы коррозии — это карбоновые кислоты и карбоксилаты. Объекты — резервуары и трубопроводы — системы распределения и сбыта бензина построены в основном из стали без покрытия. Ингибиторы коррозии предотвращают ржавление или коррозию этих объектов свободной водой в бензине.Когда бензин заправлен в автомобиль, ингибиторы коррозии становятся менее важными. Металлические детали в топливных системах современных автомобилей изготавливаются из коррозионно-стойких сплавов или из стали, покрытой антикоррозийными покрытиями.
Дезактиваторы металлов представляют собой хелатирующие агенты — химические соединения, которые захватывают определенные ионы металлов. Более активные металлы, такие как медь и цинк, эффективно катализируют окисление бензина. Эти металлы не используются в большинстве систем распределения бензина и топлива транспортных средств.Однако, когда они присутствуют, дезактиваторы металлов подавляют их каталитическую активность.
Деэмульгаторы являются производными полигликоля. Эмульсия — это стабильная смесь двух взаимно нерастворимых материалов. Бензин-водная эмульсия может образоваться, когда бензин проходит через поле с высокой скоростью сдвига центробежного насоса, если бензин загрязнен свободной водой. Деэмульгаторы улучшают водоотделительные характеристики бензина, предотвращая образование стабильных эмульсий.
Антидетонационные соединения представляют собой алкилы свинца — тетраэтилсвинец (TEL) и тетраметилсвинец (TML) — и метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (MMT). Антидетонационные составы повышают антидетонационные качества бензина. Поскольку количество необходимых присадок невелико, они представляют собой недорогой метод увеличения октанового числа, чем изменение химического состава бензина.
Переход с этилированного на неэтилированный бензин приводит к определенным проблемам с седлами выпускных клапанов старых некаталитических автомобилей.Для решения этой проблемы в неэтилированный бензин могут быть добавлены присадки, вызывающие рецессию седла клапана (VSR); Эти присадки обычно содержат соединения калия, фосфора или марганца, которые доказали свою эффективность в качестве замены свинца при защите выпускных клапанов старых автомобилей. Из добавок VSR только добавки на основе марганца также действуют как улучшители октанового числа.
Добавки для контроля отложений (DC) являются первой добавкой этого класса. Они были представлены в 1970 году и основывались на химии полибутенаминов и использовались в сочетании с маслом-носителем.Хотя они должны использоваться в более высоких концентрациях, чем детергенты-диспергаторы, добавки постоянного тока обеспечивают преимущества во всей системе впуска двигателя. Они очищают и содержат в чистоте корпус дроссельной заслонки и верхние части карбюратора, топливные форсунки, впускной коллектор, впускные каналы и впускные клапаны.
Противогололедные добавки — это поверхностно-активные вещества, спирты и гликоли. Они предотвращают образование льда в карбюраторе и топливной системе. Потребность в этой добавке исчезает, поскольку автомобили с системами впрыска топлива заменяют старые модели автомобилей с карбюраторами.
Красители — это растворимые в масле твердые и жидкие вещества, используемые для визуального различения партий, марок или областей применения бензиновых продуктов. Например, бензин для авиации общего назначения, который производится по другим и более строгим требованиям, окрашивается в синий цвет, чтобы отличить его от автомобильного бензина по соображениям безопасности.
Маркеры — это средство различения определенных партий бензина без очевидной визуальной подсказки. Нефтепереработчик может добавить маркер в свой бензин, чтобы его можно было идентифицировать, когда он движется через систему распределения.
Редукторы сопротивления — это высокомолекулярные полимеры, улучшающие характеристики текучести маловязких нефтепродуктов. По мере роста затрат на энергию трубопроводы искали более эффективные способы доставки продукции. Редукторы сопротивления снижают затраты на перекачку за счет уменьшения трения между протекающим бензином и стенками трубы.
Октановое число бензина измеряется двумя следующими методами: исследовательским и моторным:
- •
ASTM D 2699 — Стандартный метод испытаний на RON топлива для двигателей с искровым зажиганием.
- •
ASTM D 2700 — Стандартный метод испытания моторного октанового числа (MON) топлива для двигателей с искровым зажиганием.
Октановое число бензинового топлива представляет собой среднее значение RON и MON.
II.C Кислородный бензин
Кислородный бензин представляет собой смесь обычного углеводородного бензина и одного или нескольких оксигенатов. Оксигенаты — это горючие жидкости, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Современные оксигенаты принадлежат к одному из двух классов органических молекул: спиртам и эфирам.В спиртах углеводородная группа и атом водорода связаны с атомом кислорода: ROH, где «R» представляет собой углеводородную группу. Все спирты содержат пару атомов ОН. В простых эфирах две углеводородные группы связаны с атомом кислорода; группы могут быть одинаковыми или разными: ROR или ROR ′.
Кислородные бензины имеют более низкую теплотворную способность, поскольку теплотворная способность кислородсодержащих компонентов ниже, чем у углеводородов, которые они вытесняют. Процентное снижение теплотворной способности близко к процентному содержанию кислорода в бензине.Бензин с измененным составом Federal и бензин с измененным составом фазы 2 для Калифорнии необходимо насыщать кислородом круглый год до среднего содержания кислорода около 2% по массе. В результате их теплотворная способность примерно на 2% ниже, чем у обычного бензина. Кроме того, реформулированный бензин фазы 2 Калифорнии устанавливает некоторые ограничения на температуру перегонки и содержание ароматических углеводородов, которые имеют вторичный эффект снижения плотности топлива. Это снижает теплотворную способность еще примерно на 1%.
Оксигенат регулируется EPA в США.Наиболее широко применяемыми оксигенатами являются этанол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) и трет-амилметиловый эфир (ТАМЭ). Этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) может быть больше использован в будущем. Метанол был протестирован как альтернативный оксигенат, но он не является предпочтительным из-за его токсичности и высокого давления паров.
Присутствие воды и кислотных соединений может привести к ржавчине или коррозии некоторых металлических компонентов топливной системы. Дополнительная вода, растворенная в кислородсодержащих бензинах, не вызывает ржавчины или коррозии, но вода от фазового разделения бензина, насыщенного кислородом этанолом, со временем будет.
Оксигенаты могут набухать и смягчать натуральный и некоторые синтетические каучуки (эластомеры). Кислородсодержащие бензины меньше влияют на эластомеры; степень которого также зависит от углеводородного химического состава бензина, особенно от содержания ароматических углеводородов. Эффект может вызывать опасения, поскольку топливные системы содержат эластомеры в шлангах, соединителях (уплотнительных кольцах), клапанах и диафрагмах. Эластомерные материалы, используемые в современных автомобилях, были выбраны так, чтобы они были совместимы с кислородсодержащим бензином.В руководствах по эксплуатации разрешено использование бензина, насыщенного кислородом 10% по объему этанола или 15% по объему МТБЭ.
II.D Реформулированный бензин
В целях снижения выбросов от двигателей с искровым зажиганием Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) за последние 35 лет установили ряд нормативных актов для контроля свойств бензина. сократить выбросы от транспортных средств, работающих на бензине. На Рисунке 20 вкратце показаны действия.
РИСУНОК 20.Хронология правил бензина США.
Наиболее значительные изменения произошли в 1990-е годы. В 1992 году EPA потребовало снизить максимальное давление паров летнего бензина, чтобы уменьшить выбросы ЛОС в результате испарения. Они установили верхний предел давления пара на уровне 7,8 фунтов на квадратный дюйм в зонах отсутствия озона в южных штатах, где средние летние температуры высоки, и на уровне 9,0 фунтов на квадратный дюйм в других местах.
В 1992 г. в Калифорнии требовалась RFG Фазы 1 по всей Калифорнии.Правила RFG фазы 1 устанавливают максимальное давление паров в летнее время на уровне 7,8 фунтов на квадратный дюйм для всего штата, а не только для зон, не охваченных озоном, и запрещают использование содержащих свинец добавок. Они также сделали обязательным использование присадок, предотвращающих образование отложений, на том основании, что отложения в системе впуска двигателя увеличивают выбросы.
В 1992 году EPA начало зимнюю программу оксигенации. Эта программа требует добавления оксигенатов в бензин, продаваемый в 39 регионах страны, которые не достигли национального стандарта качества окружающего воздуха для CO.Бензин в этих зонах должен содержать минимум 2,7 мас.% Кислорода, в среднем за месяцы с высоким содержанием CO.
Поправки к Закону о чистом воздухе 1990 г. предусмотрены Федеральным RFG. Федеральная фаза I RFG была введена в 1995 году. Ее необходимо использовать в девяти экстремальных или тяжелых зонах недостижения озона по всей стране. Менее тяжелые области недостижения могут принять решение по программе. Фиксированы некоторые характеристики федерального RFG фазы I. Среднее содержание бензола должно быть меньше 1 об.%, А среднее круглогодичное содержание кислорода должно быть больше 2.1% масс. В противном случае общий подход состоит в том, чтобы установить цели по сокращению выбросов от транспортных средств, а не ограничения по собственности или составу. EPA предоставило нефтепереработчикам два уравнения, которые связывают состав бензина с выбросами транспортных средств: простая модель и сложная модель . Простая модель включает меньше характеристик бензина, чем сложная модель. Простая модель использовалась только с 1995 по 1997 год. Это требует, чтобы нефтепереработчик скорректировал состав бензина, чтобы снизить среднее количество токсичных веществ на 16.5% относительно бензина по базовому сценарию 1990 года. Вместо целевого показателя летучих органических соединений он ограничивает среднее давление пара в летнее время до 8,1 фунтов на квадратный дюйм в северных штатах и до 7,2 фунтов на квадратный дюйм в южных штатах. Комплексная модель была необязательной с 1995 по 1997 год и обязательной с 1998 года. Она требует от нефтепереработчика корректировки состава бензина в соответствии с ограничениями по ЛОС, токсичным веществам и NO x . Федеральная фаза II RFG, которая должна быть введена в 2000 году, продолжает ограничивать фазу I по содержанию бензола и кислорода и использовать комплексную модель, но требует большего сокращения выбросов ЛОС, токсичных веществ и NO x .В таблице VI приведены сокращения выбросов, которые должны быть достигнуты для бензинов, разработанных в рамках программ Фазы I и Фазы II. Ожидается, что снижение давления пара, содержания бензола и серы — это основные стратегии, которые нефтепереработчики будут использовать для выполнения требований Комплексной модели фазы I и пределов выбросов фазы II.
ТАБЛИЦА VI. Снижение выбросов от транспортных средств в рамках федеральных программ по переработке бензина на этапах I и II
| Дата вступления в силу | Снижение выбросов,% (среднее значение по сравнению с базовым бензином для нефтепереработки 1990 года) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 902 VOC | Токсичные вещества | NO x | ||||||
| Фаза I | ||||||||
| Простая модель | 1995 | Пределы давления пара63.5 | Без увеличения | |||||
| Сложная модель | 1998 | ≥17,1 a , ≥36,6 b | ≥16,5 | ≥1,5 | ||||
0 | 9004 9000 9000 9000 Модель II 90002000 | ≥27,4 a , ≥29,0 b | ≥21,5 | ≥6,8 | ||||
Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) прогнозирует, что Фаза 2 RFG сократит выбросы ЛОС на 17%, CO и Выбросы NO x на 11% и органических токсичных веществ на 44% по сравнению с Фазой 1 RFG.Это эквивалентно удалению 3,5 миллиона автомобилей с дорог Калифорнии.
II.E Свойства бензина и тенденции
В течение 1990-х годов бензин и дизельное топливо много раз подвергались «пересмотру» для соответствия требованиям, содержащимся в поправках к Закону о чистом воздухе 1990 года (CAAA90) и другим требованиям, инициированным государством (Таблица VI). Хотя изменения остались незамеченными большинством автомобилистов, они потребовали множества корректировок на нефтеперерабатывающих заводах и в системах распределения топлива. Нефтеперерабатывающие заводы изменили существующие процессы и инвестировали в новые, а системы хранения и распределения были модифицированы для обработки дополнительных продуктов.
Бензин с измененным составом «Фаза II», который требовался к 2000 году, является последним изменением качества топлива, определенным CAAA90, но дальнейшие изменения не за горами. Две широко разрекламированные проблемы качества топлива — удаление серы и уменьшение количества широко используемой присадки к бензину МТБЭ — указывают на новые проблемы для нефтеперерабатывающей промышленности. Агентство по охране окружающей среды США находится в процессе доработки правил, которые серьезно ограничат содержание серы в бензине (а также в дизельном топливе). Штат Калифорния уже выводит МТБЭ из бензина, и было множество предложений по ограничению его использования на национальном уровне.Поскольку это действующий закон, запрет Калифорнии на МТБЭ отражен в AEO2000. Основные недавние качественные изменения, а также предложенные, приведены в Таблице VII.
ТАБЛИЦА VII. Основные изменения качества топлива, прошлые и будущие