Введение.
Проблема некачественного бензина
всегда остро стояла для автомобилей всех
типов. Ежедневно тысячи автомобилей получают
ущерб от использования фальсифицированного
топлива, приобретенного на различных
АЗС. Не редки случаи поломки двигателей
из-за не качественного бензина. Тем более
в 2013 году в России был принят экологический
стандарт Евро-3 а в Москве Евро-4. Качество
автомобильного бензина определяется
целым рядом показателей, в том числе такими,
как величина октанового числа, фракционный
состав, наличие вредных примесей (типа
серы, бензола или олефинов) и т. п. Производитель
обычно указывает качество поставляемого
топлива в сертификате, который сопровождает
товарную партию бензина. Но, к сожалению,
указанные данные не всегда соответствуют
реалиям, поскольку качество бензина может
ухудшиться и при его доставке потребителю.
1. Переработка нефти.
Первичные процессы переработки
нефти не предполагают химических изменений
нефти и представляют собой её физическое
разделение на фракции. Сначала нефть
проходит первичный технологический процесс
очистки от нефтяного газа, воды и механических
примесей – этот процесс называется первичным
сепарированием. Нефть поступает в ректификационные
колонны на атмосферную перегонку где
разделяется на несколько фракций: бензиновую,
керосиновую, дизельную и остаток атмосферной
перегонки – мазут. Качество получаемых
фракций не соответствует требованиям,
предъявляемым к товарным нефтепродуктам,
поэтому фракции подвергают дальнейшей
(вторичной) переработке.
Целью вторичных процессов
является увеличение количества производимых
моторных топлив, они связаны с химической
модификацией молекул углеводородов,
входящих в состав нефти, как правило,
с их преобразованием в более удобные
для окисления формы. По своим направлениям
все вторичные процессы можно поделить
на 3 вида:
1. Углубляющие: каталитический
крекинг, термический
крекинг, коксование, гидрокрекинг, производство битумов и т.д.
2. Облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация и т.д.
3. Прочие:процессы по производству
масел, МТБЭ, алкилирования, производство
ароматических углеводородов и т.д
Крекинг (от англ.
crack – расщеплять) – способ высокотемпературной
переработки нефти и ее фракций для получения
главным образом моторных топлив, а также
химического сырья. Крекинг проводят нагреванием
нефтяного сырья или одновременным воздействием
на него высокой температуры и катализаторов.
Процесс применяют для получения бензинов (низкооктановые компоненты автомобильных
топлив) и газойлевых (компоненты флотских мазутов,
газотурбинных и печных топлив) фракций, высокоароматизированного нефтяного сырья в производстве
технического углерода (сажи), а также альфа-олефинов
(термический
крекинг); котельных, а также автомобильных
и дизельных топлив (висбрекинг); нефтяного
кокса, а также углеводородных газов,
бензинов и керосино-газойлевых фракций; этилена, пропилена, а также ароматических
углеводородов (пиролиз нефтяного сырья).
Каталитический риформинг (от англ. to reform — переделывать, улучшать)
— каталитическая ароматизация нефтепродуктов
(повышение содержания аренов в результате
прохождения реакций образования ароматических
углеводородов). Риформингу, подвергаются
бензиновые фракции с пределами выкипания
85-180°С. В результате, риформинга бензиновая
фракция обогащается ароматическими соединениями
и его октановое число повышается примерно
до 85. Полученный продукт (риформат) используется
как компонент для производства автобензинов
и как сырье для извлечения ароматических
углеводородов.
Гидрокрекинг — процесс расщепления
молекул углеводородов в избытке водорода.
Сырьем гидрокрекинга является тяжелый
вакуумный газойль (средняя фракция вакуумной
дистилляции). Главным источником водорода
служит газ риформинга. Основными продуктами
гидрокрекинга являются дизельное топливо
и бензин гидрокрекинга (компонент автобензина).
Изомеризация — превращение
химического соединения в изомер. Процесс изомеризации направлен
на получение высокооктановых компонентов товарного бензина
из низкооктановых фракций нефти путем структурного
изменения углеродного скелета. Источником детонации в двигателях
внутреннего сгорания является образование свободных
радикалов по цепному механизму. Нормальные
неразветвленные алканы при горении образуют наиболее
активные первичные радикалы, чем вторичные
или третичные радикалы при горении разветвленных алканов с изостроением. Поэтому чем
разветвление молекула, тем выше её детонационная
стойкость, октановое
число.
Коксование – процесс получения нефтяного
кокса из тяжелых фракций и остатков
вторичных процессов.
Алкилирование — введение алкила в молекулу органического соединения.
Алкилирующими агентами обычно являются алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы.
Гидроочистка – применяется
для удаления сернистых соединений из
топлив. Для этого в присутствии катализатора
используют водород, который вытесняет
из дистиллятов серу в виде сероводорода.
2.Требования Российских
стандартов к качеству бензинов.
Автомобильные бензины включены
в номенклатуру продукции, подлежащей
обязательной сертификации. Нормативную
базу подтверждения соответствия при
обязательной сертификации в системе
ГОСТ Р составляют стандарты.
На автомобильные бензины, обязательная
сертификация которых проводится с 1993
г., распространялись ГОСТ 2084-77 «Бензины
автомобильные. Технические условия»
и ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей
внутреннего сгорания. Неэтилированный
бензин. Технические условия».
В то же время выпускалось много
марок автомобильных бензинов по отдельным
техническим условиям, обязательная сертификация
которых ранее не проводилась в связи
с отсутствием нормативной базы. С введением
в действие с 1 июля 2000г. ГОСТ Р 51313-99 «Бензины
автомобильные. Общие технические требования»
обязательной сертификации на соответствие
подлежат автомобильные бензины, выпускаемые
по всем видам документации.
С 1 июля 2003 отменен ГОСТ 2084-77,
благодаря чему ГОСТ Р 51105-97 стал обязательным.
Это изменение повысило требования к качеству
топлива, сократило номенклатуру выпускаемых
бензинов и запретило выпуск этилированных
бензинов на территории всей страны. Согласно
ему производят четыре сорта топлива –
«Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95»
и «Супер-98».Настоящий стандарт распространяется
на неэтилированные бензины для автомобильного
транспорта, применяемые в качестве топлива
для автомобильных и мотоциклетных двигателей,
а также двигателей другого назначения,
рассчитанных на использование этилированного
и неэтилированного бензина.
Автомобильные бензины должны
изготавливаться в соответствии с требованиями
ГОСТ Р 51105-97 по технологической документации,
утвержденной в установленном порядке.
При производстве автомобильных
бензинов допускается применять кислородсодержащие
компоненты, другие высокооктановые добавки,
а также антиокислительные и моющие присадки,
улучшающие экологические показатели
бензинов и допущенные к применению. По
физико – химическим и эксплуатационным
показателям автомобильные
бензины должны соответствовать нормам
и требованиям, указанным в таблице.
Физико-химические свойства
топлива должны обеспечивать:
1.Возможность бесперебойной
подачи топлива из топливного бака к карбюратору,
форсункам или газовому смесителю.
2.Образование гомогенной горючей
смеси, т. е. полное его испарение.
3.Нормальное сгорание без самовоспламенения
и детонации.
4.Минимальное коррозионное
действие на детали двигателя.
5.Минимальное отложение нагара
в камере сгорания и смолистых отложений
на деталях системы питания.
6.Химическую стабильность при
длительном хранении и транспортировке.
7.Невысокую токсичность до
сгорания и минимальное образование продуктов
высокой токсичности после сгорания.
Физико-химические
и эксплуатационные показателей автомобильных
бензинов согласно ГОСТ Р 51105-97 «Топлива
для двигателей внутреннего сгорания.
Неэтилированный бензин. Технические
условия».
Таблица 1
2.1 Основные отличия
от предшествующего ГОСТ 2084-77.
1.Запрещено использовать тетраэтилсвинца
при производстве бензина.
2.С целью ускорения
перехода на производство неэтилированных
бензинов взамен этиловой жидкости
допускается использовать марганцевого
антидетонатора в концентрации не более
- 50 мг/дм для марки «Нормаль-80».
3. В соответствии с европейскими
требованиями по ограничению. содержания
бензола введен показатель «объемная
доля бензола» - не более 5%.
4. Установлена норма по показателю
«плотность при 15°С ».
5. Ужесточена норма на массовую
долю серы - до 0,05%.
6.Для обеспечения нормальной
эксплуатации автомобилей и рационального
использования бензинов введено
пять классов испаряемости для
применения в различных климатических
районах.
2.2 Антидетонационные
присадки.
Таблица 2
2.3 Массовая доля
серы.
Общее содержание серы характеризует
суммарное количество всех сернистых
соединений в топливе которые при сгорании
образуют кислородные соединения серы
SO2, SO3. При взаимодействии с водой образуют
сернистые и серные кислоты вызывающие
коррозию и способствующие процессам
образования отложений и износу двигателя.
Экспериментальными работами
установлено, что при увеличении серы
с 0,05 до 0,10% износ деталей возрастает
в 1,5-2 раза а при повышении количества
серы до 0,20% - еще в двое.
Основная масса сернистых соединений,
содержащихся в нефти, при получении топлива
перегоняется вместе с углеводородами,
выкипающими при температуре свыше
200°С. Поэтому общее содержание серы в
бензине редко превышает 0,05%.
2.4 Испаряемость.
Бензин, который поступает в
систему питания карбюраторного двигателя,
должен образовывать топливовоздушную
смесь определенного состава, обеспечивающую
полноту сгорания на всех режимах работы
двигателя. Горючая смесь должна иметь
определенные соотношения паров бензина
и воздуха. Качество горючей смеси зависит
от карбюрационных свойств бензина: испаряемости,
скрытой теплоты парообразования, упругости
паров, плотности, вязкости и поверхностного
натяжения. Основное влияние на качество
смеси оказывает испаряемость.
Испаряемость - это способность
топлива переходить из жидкого состояния
в парообразное. Испарение может быть
статическим, когда нефтепродукт испаряется
с неподвижной поверхности в неподвижный
воздух, и динамическим - при движении
продукта и воздуха. На интенсивность
испарения оказывают влияние многие факторы:
температура окружающей атмосферы и нефтепродукта,
давление насыщенных паров, теплопроводность,
теплоемкость, величина поверхности и
др. Образование горючей смеси в двигателях
осуществляется при динамическом испарении,
когда основное влияние оказывают скорость
движения сред и степень распыления бензина.
Испаряемость бензинов оценивают фракционным
составом. Поскольку бензин, как и другие
нефтепродукты, не является индивидуальным
соединением, а смесью углеводородов,
он не имеет фиксированной температуры
кипения, а испаряется в интервале температуры
35-200°С.
По ГОСТу Р51105 – 97 каждая
марка бензинов по испаряемости делится
на 5 классов:
1.Класс I, район характеризуется
теплым климатом с мягкой зимой(побережье
Черного моря, Северный Кавказ, Калмыкия).
2.Класс II, район характеризуется
умеренно-холодным климатом (Западная
Сибирь).
3. Класс III, район характеризуется
умеренным климатом (центральные области
страны).
4. Класс IV, район с очень холодным
климатом (Якутск, Оймякон и другие).
5. Класс V , район с холодным
климатом (например, Салехард).
Показатели испаряемости
согласно ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей
внутреннего сгорания. Неэтилированный
бензин. Технические условия».