Автомобильные бензины получают путем переработки нефти, газового конденсата, природного газа, угля, торфа и горючих сланцев, а также синтезом из окиси углерода и водорода.
Основным сырьем для производства автомобильных бензинов является нефть: около 25% нефти, добываемой в мире, перерабатывают в бензин.
В России все товарные бензины получают из нефти и газоконденсатов. На газоперерабатывающих заводах путем выделения из газов жидких углеводородов получают газовый бензин. Газовые бензины обладают хорошими пусковыми свойствами и при добавлении в небольших количествах в товарные бензины способны улучшать их эксплуатационные свойства.
Современные автобензины готовят смешением компонентов, получаемых путем прямой перегонки, каталитического риформинга и каталитического крекинга, изомеризации, алкилирования, полимеризации и других процессов переработки нефти и газа.
Качество компонентов, используемых для приготовления тех или иных марок товарных автомобильных бензинов, существенно различается и зависит от технологических возможностей предприятия. Товарные бензины одной и той же марки, но выработанные на различных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), имеют неодинаковый компонентный и фракционный составы, что связано с различием технологических процессов и перерабатываемого на них сырья на каждом конкретном нефтеперерабатывающем предприятии. Даже бензины одной марки, выработанные конкретным заводом в разное время, могут отличаться по компонентному составу в связи с проведением регламентных работ на отдельных технологических установках, изменением состава сырья и программы завода по выпуску продукции.
Вот так из АИ-92 делают 95 и 98 бензин, водители в шоке как всё просто!
Однако во всех случаях должна соблюдаться технология получения товарных бензинов на данном предприятии, что является обязательным требованием стандартов и технических условий на автомобильные бензины.
Основными технологическими процессами производства автомобильных бензинов является каталитический риформинг и каталитический крекинг. Несмотря на ограничения по содержанию ароматических углеводородов, процесс каталитического риформинга по-прежнему остается определяющим процессом производства бензинов, так как он является основным источником высокооктановых компонентов, а также водорода для установок гидроочистки.
Снижение доли и роли бензина риформинга в производстве экологически чистых реформулированных бензинов обусловлено не только ограничением содержания ароматических углеводородов, но и неудовлетворительным распределением октановых характеристик по фракциям катализата, в особенности до 100 °С.
В связи с этим процесс бензинового риформинга целесообразно и необходимо сочетать с процессами удаления бензола и изомеризации бензина С5 — 1 00 °С.
В последние годы технология и коммерческая активность по созданию на НПЗ мира новых установок каталитического крекинга в псевдоожиженном слое микросферического катализатора приобрела рекордно высокий уровень за все время применения этого процесса.
Как делают бензин!? Завод РОСНЕФТЬ!
Таким образом, если уже в настоящее время объем вырабатываемого в мире бензина каталитического крекинга практически сравнялся с суммарным объемом выработки бензинов риформинга и изомеризации, то в ближайшем будущем бензин каталитического крекинга плюс компоненты сопряженных с ним процессов (алки-лирование, получение оксигенатов, полимербензинов и др.) будут лидировать в производстве автобензинов на НПЗ в сравнении с процессами риформинга, требующими дополнительных ресурсов прямогонных бензинов и, соответственно, нефти.
В последние 10—15 лет процесс каталитического крекинга был значительно усовершенствован, главным образом с целью увеличения селективности при конверсии исходного вторичного сырья в бензин (каталитические реакции основные, термические — минимальны).
На отечественных НПЗ эксплуатируются установки каталитического крекинга с лифт-реактором с предварительной гидроочистки исходного сырья — вакуумного газойля мощностью 2 млн т/год по сырью. Эти установки обеспечивают выход бензина более 50% на сырье, который имеет октановое число по моторному методу 80—82 ед. и по исследовательскому методу 90—93 ед.
Улучшение октановых характеристик достигают выбором катализатора и ужесточением режима работы установок. Это сопровождается так же приростом выхода низкокипящих олефинов С3 — С4, что благоприятно для увеличения ресурсов сырья алки- лирования и получения высокооктановых оксигена- тов: метил-третбутилового эфира (МТБЭ), метилтретамилового эфира (МТАЭ), ди-изопропило- вого эфира (ДИПЭ) и др.
Однако, когда при жестких режимах крекируют тяжелое сырье, это приводит к образованию диеновых углеводородов во фракциях С4 — С5. Диены отрицательно влияют на процесс алкилирования: увеличивается расход кислоты, снижается выход и качество алкилата. Меры по ужесточению режима крекирования, подбору сырья и катализатора позволяют улучшить (на 2—4 ед.) октановую характеристику по исследовательскому методу. Однако при этом, в связи с ростом содержания олефинов в бензине, увеличивается его чувствительность, то есть разность между октановыми числами по исследовательскому и моторному методам.
Широкое применение находят системы комплекса каталитического крекинга предварительно гидроочи- щен-ного вакуумного газойля в блоке с производством МТБЭ и алкилированием. Это решает проблему углубления переработки сырья по бензиновому варианту, частично — проблему снижения содержания сернистых соединений в бензине, увеличения производства высокооктановых компонентов бензина и собственного производства кислородсодержащей высокооктановой добавки. Однако состав непосредственно бензина каталитического крекинга С5 — 1 80 °С остается неудовлетворительным по содержанию олефиновых углеводородов, содержанию остаточной серы, разнице между ИОЧ и МОЧ, также по химической стабильности компонента.
Поэтому целесообразно использовать в этих комплексах каталитического крекинга следующие технологические решения: изоамилены, третичные гексены и гептены бензина каталитического крекинга превращать в высокооктановые эфиры метанола, что повышает октановое число топлива.
Если этерифицировать низкокипящий бензин каталитического крекинга, а не только фракцию С5, выработка эфиров возрастает на 40—50%.
На установках каталитического крекинга разделением бензина в процессе каталитической дистилляции можно получить бензин фракции С5 — 100 °С, пригодный для этерификации. Сырье этерификации нуждается в очистке от диенов и сернистых соединений. Содержание диолефинов снижают до 0,1 — 0,05% путем селективного гидрирования в реакторе-колонне.
Поскольку МТАЭ и сумму МТГЭ (метил-трет- гекси-ловый и метил-трет-гептиловый эфир) получают для нужд данного завода, их выделение в чистом виде не требуется. Технологически целесообразно оставить эфиры в бензине каталитического крекинга, как компоненты товарного бензина.
Важное значение для увеличения ресурсов реформулированных товарных бензинов приобретает пропилен каталитического крекинга. Вырабатываемый в увеличенном объеме при жестких режимах на новых катализаторах пропилен каталитического крекинга на заводах, не производящих полипропилен, наиболее целесообразно использовать для организации производства диизо-пропилового эфира (ДИПЭ).
ДИПЭ обладает свойствами конкурентными с МТБЭ, МТАЭ: содержит 15,7% кислорода (МТБЭ — 1 8,2%, МТАЭ — 1 5,7%), обладает высоким октановым числом 98 ед. по моторному методу и 112 ед. по исследовательскому, октановый индекс — 105 ед. (МТБЭ — 108 ед., МТАЭ — 104 ед.), имеет теплоту сгорания 9400 ккал/кг, температуру кипения 68 °С, давление насыщенных паров по Рейду — 30 кПа (МТБЭ — 60 кПа). Склонность ДИПЭ к образованию гидроперекисей является его недостатком.
В целом, технический прогресс в технологии каталитического крекинга позволяет существенно увеличить выход легких олефинов C3 — С7 и вырабатывать меньше высококипящих фракций бензина, обогащенных ароматическими углеводородами. При эффективном использовании этих возможностей суммарный эффект облагораживания бензинов каталитического крекинга (включая ДИПЭ + МТБЭ + ал- килат + этерификат С5 — С7) — значительно возрастает.
В настоящее время алкилат становится важнейшим компонентом реформулированных экологически чистых бензинов.
Алкилат — идеальный компонент бензина, поскольку имеет высокие октановые числа по исследовательскому и моторному методам, низкое давление насыщенных паров, не содержит ароматических соединений олефинов и серы.
Алкилирование — это не только процесс повышения октановых характеристик бензина при снижении в нем ароматических углеводородов, но и процесс снижения его испаряемости.
Высокое давление насыщенных паров фракций С4 — С5.исключает возможность увеличения их использования в товарном бензине, поэтому процесс аликилирования, позволяющий снижать давление насыщенных паров и одновременно увеличивать значение октанового числа продукта по моторному методу, имеет исключительно важное значение для производства современных автобензинов.
Лучшим сырьем (особенно сернокислотного алкилирования) являются бутилены нормального ряда, не содержащие в своем составе изобутилена. В связи с этим фракцию С4 каталитического крекинга для избирательного извлечения изобутилена предварительно этерифи-цируют метанолом, а рафинат направляют на алкилирование, обеспечивая двойной эффект: получение МТБЭ и алкилата в едином технологическом потоке.
Наряду с использованием диалкиловых эфиров С5 и выше в состав товарных автобензинов допускается в Европе вовлекать до 3% метанола, до 5% этанола (в США до 10%), до 7% третбутилового спирта и до 10% изопропилового или изобутилового спирта. При этом массовая доля кислорода не должна превышать 2,7%.
При введении в бензины метанола обязательно добавление стабилизирующих агентов. В случае введения этанола стабилизирующие агенты могут также добавляться. В бензин следует вводить антикоррозионные присадки, если может возникнуть опасность выделения воды.
На смену широко применяемому МТБЭ, мировое потребление которого в 2001 году превысило 25,7 млн тонн, приходит денатурированный этанол, так как его получают из возобновляемого сырья (биомасса, древесина и т. д.), и он не оказывает вредного влияния на источники водоснабжения, что является причиной запрещения применения МТБЭ в США (штат Калифорния).
В то же время, по оценке сторонников МТБЭ, эффект от его вклада в решение экологической проблемы значительно превосходит риск, связанный с его применением.
Ароматические углеводороды (толуол, ксилолы) обладают высокой детонационной стойко стью и применяются как высокооктановые компоненты бензинов, а азотсодержащие производные ароматических углеводородов можно использовать как октаноповы- шающие добавки.
Антидетонационные свойства N-метиланилина были обнаружены практически одновременно с открытием антидетонационных свойств тетраэтилсвинца.
В качестве добавки к авиационным бензинам N-метиланилин применялся в Германии и СССР, а в автомобильных бензинах более 1 0 лет используется в России в концентрации до 1,3 % масс. В настоящее время разработан ряд композиционных октаноповы- шающих добавок, содержащих N-метиланилин: АДА, АвтоВэм, БВД, Феррада и др.
Добавка АДА — это практически N-метиланилин.
Добавка АвтоВэм — смесь N-метиланилина с марга-нецсодержащим компонентом.
Добавка БВД — смесь N-метиланилин с МТБЭ.
При использовании сочетания N-метиланилина с соединениями марганца отмечается синергетический эффект, то есть прирост октанового числа бензина при совместном использовании этих антидетонаторов больше, чем суммарный прирост в случае раздельного их применения в тех же концентрациях.
Наряду с антидетонаторами на основе марганца в составе неэтилированных бензинов могут быть использованы железосодержащие антидетонаторы: карбинол-ферроцены, диалкилферроцены и ферроцены. На основании положительных испытаний автобензинов, содержащих ферроценовые соединения до 37 мг железа на 1 дм3 бензина, Государственная Межведомственная комиссия по испытанию топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при Госстандарте РФ допустила их к производству и применению.
С целью улучшения эксплуатационных и экологических свойств автомобильных бензинов в их состав вводят моющие и многофункциональные присадки.
Необходимость применения моющих присадок для обеспечения чистоты карбюраторов и впускной системы двигателей впервые возникла в США. Причиной этому послужило ужесточение норм на выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Как показала практика, многие автомашины, успешно прошедшие контроль по содержанию окиси углерода в отработавших газах на холостом ходу, после некоторого пробега не удовлетворяли нормам.
Было установлено, что причиной этого является образование осадков и отложений в системе всасывания и в результате окисления под влиянием воздуха и
полимеризации на подогретой поверхности нестабильных угле-водородов-олефинов, а также реакционно-способных соединений картерных газов, которые направляют в систему всасывания для уменьшения эмиссии углеводородов.
Эффективным способом борьбы с отложениями в карбюраторе и впускной системе является добавление к бензинам специальных моющих присадок. Впервые бензины с моющими присадками были разработаны фирмой «Шеврон» в 1954 г., но широкое распространение они получили с введением принудительной системы вентиляции картера. Требование по обязательному применению моющих присадок возникло после установки на двигателях инжекторных топливных систем нейтрализаторов ОГ, а также частичной рециркуляции ОГ, то есть возврата их во впускную систему двигателя.
Предотвращение загрязнения карбюратора с помощью моющих присадок позволяет сохранить заводские регулировки карбюратора и тем самым снизить расход бензина, уменьшить токсичность ОГ в процессе эксплуатации двигателя и сократить число ремонтов, связанных с регулировкой карбюратора.
При работе двигателей с принудительной системой вентиляции картера на бензинах без моющих присадок, нарушение работы карбюратора наблюдается через 12-15 тыс. км пробега, а при использовании бензина с моющими присадками длина пробега автомобиля возрастает до 32 тыс. км, то есть больше чем в 2 раза.
Необходимо отметить, что моющие присадки первого поколения, эффективно удаляя отложения из карбюратора, имеют существенный недостаток: они могут способствовать образованию отложений на впускных клапанах. Этим недостатком не обладают моюще-диспергирующие присадки для авиабензинов или присадки второго поколения.
Самыми совершенными являются присадки третьего и четвертого поколения или присадки, предотвращающие образование отложений в карбюраторе, на впускных клапанах, на форсунках и других критических деталях и узлах двигателя. Кроме того, присадки четвертого поколения уменьшают образование нагара в камере сгорания двигателя и тем самым — требования к антидетонационным свойствам бензина в процессе эксплуатации автомобиля.
Изменения, внесенные в конструкцию двигателя с целью снижения содержания вредных компонентов в отработавших газах, усиливают тенденцию образования отложений на впускном клапане.
Поэтому значение этих присадок в последние годы заметно возросло. В США и ряде стран Европы применение моющих присадок становится обязательным.
Разработкой и производством моющих присадок занимаются такие фирмы, как «Shell», «BASF», «Лубри-зол», «Этил» и др.
В нашей стране разработаны и вырабатываются моющие присадки к автобензинам второго поколения «Афен» и «Автомаг». Проводятся работы по синтезу и отработке технологии получения моющих присадок третьего и четвертого поколения.
При наличии в товарных бензинах нестабильных компонентов для обеспечения требуемого качества в процессе длительного хранения (3—5 лет) в них вводят антиокислители и деактиваторы металлов. В качестве антиокислителей используют 2,6-ди-трет-бутил-4ме-тилфенол или парооксидифениламин. Антиокислительные присадки вводят в нестабильные компоненты бензина непосредственно на технологических установках в концентрации до 0,10% массы для обеспечения требуемого индукционного периода
Деактиваторы металлов —это присадки, подавляющие каталитическое действие металлов на окисление топлива. Они усиливают стабилизирующее действие антиокислителя, что позволяет на 30—70% снизить его концентрацию в топливе. При этом концентрация деак-тиватора металлов в бензине составляет 0,005—0,01 % масс. Наиболее эффективны соединения, способные образовывать внутрикомплексные соли, главным образом хелатного (клешневидного) строения. К ним относятся салицилидены, например, дисалицилиденпропилендиамин (N^N-дисалицилаль-1,2-пропилендиамин).
В таких соединениях атом металла надежно экранирован и не способен вступать в реакции, катализирующие окисление.
Присадки вводят в бензин различными способами при его производстве на НПЗ, терминалах, в автохозяйствах и непосредственно в топливный бак автомобиля.
Во всех случаях требуется обеспечить эффективное смешение присадки с бензином при наименьших энергетических и трудовых затратах.
| Полезное — Автомобильное |
Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.
Разработка методов оценки антидетонационных свойств бензинов началась в 1918—1919 гг. почти одновременно с изучением явления детонации в двигателях, когда Г. Рикардо создал двигатель с переменной степенью сжатия и предложил оценивать топливо значением степени сжатия, при котором двигатель развивает максимальную мощность. Этот показатель был назван наивысшей полезной степенью сжатия.
Дальнейшие исследования показали несостоятельность метода, так как значение наивысшей полезной степени сжатия не только не оставалось постоянным при переходе на другой двигатель, но изменялось даже при работе на одном и том же двигателе в зависимости от условий окружающей среды.
Введение сравнительной оценки антидетонационных свойств бензина дало возможность оценивать эти качества с помощью некоторой условной единицы, а также контролировать антидетонационные качества топлива на специальных одноцилиндровых моторных установках, что существенно упростило испытания.
Сравнительные испытания проводили на разнообразных установках (двигателях) и при различных режимах работы. В качестве эталонных топлив применяли бензол, толуол, спирт, которые смешивали с каким-либо легко-детонирующим бензином. Однако такие эталоны не позволяли получать удовлетворительные результаты, так как условия работы двигателя на бензоле, толуоле и спирте значительно отличаются от условий работы на товарных бензинах. Кроме того, при использовании в качестве легко-детонирующего эталона промышленного бензина невозможно повсеместно обеспечить строгое постоянство его антидетонационных качеств. Накопленный опыт показал, что относительное расположение топливо по антидетонационным свойствам не является постоянным, а зависит в значительной степени от режима работы испытательной установки, метод сравнения топлива с эталоном, состава сравниваемых видов топлива и т. д. В связи с этим возникла необходимость установить единую единицу измерения, оценивающую антидетонационные качества топлив, а также разработать единообразные условия испытания.
В качестве эталонного топлива стали применять химически чистые углеводороды — сильно детонирующий нормальный гептан и слабо детонирующий изооктан (2,2,4-триметилпентан) и их смеси, удовлетворяющие основным требованиям к эталонному топливу: постоянный состав и возможность получения идентичного качества; длительный срок хранения; антидетонационные свойства, охватывающие весь диапазон бензинов; близость условий сгорания в двигателе к условиям сгорания товарных бензинов.
Октановое число химически чистого нормального гептана принято за 0, а октановое число химически чистого изооктана — за 100.
Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц.
Из-за трудности подбора эталонного топлива, идентичного испытуемому, ограничились подбором двух эталонных смесей с таким расчетом, чтобы испытуемое топливо по своей детонационной стойкости лежало между ними. При условии, что детонационная стойкость подобранных смесей близка, эквивалентная смесь может быть найдена расчетом, исходя из пропорциональности между изменением октанового числа эталонов и показаниями прибора, регистрирующего детонацию.
Применение такой методики вызвало необходимость измерения интенсивности детонации. Основное требование, предъявленное к способу оценки интенсивности детонации при сравнении топлив, заключается в простоте измерения и получения отсчета непосредственно во время испытаний. Как известно, работа двигателя с детонацией сопровождается появлением стука, а также резким повышением давления в конце сгорания. Именно эти явления были использованы для измерения интенсивности детонации.
Детонационную стойкость автомобильных бензинов определяют на одноцилиндровых установках УИТ-85 (УИТ-65) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США).
Появившиеся в последнее время в России различные «октанометры» отечественного и зарубежного производства, работающие на принципах измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного состава и др., не имеют ничего общего с моторными установками, на которых определяют октановые числа бензинов.
В технологических процессах на нефтеперерабатывающих заводах целесообразно использовать различные индикаторы косвенной оценки детонационной стойкости компонентов, но определение октановых чисел товарных бензинов следует определять только на моторных установках.
Длительное время показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов было октановое число, определяемое по моторному методу. Однако на практике было установлено, что октановое число по моторному методу коррелирует с детонационными требованиями полноразмерных двигателей при работе на максимальных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости автобензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомобильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной нагрузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу).
Разница между октановыми числами по исследовательскому методу и моторному методу одного и того же бензина называется чувствительностью. Чем меньше чувствительность, тем лучше антидетонационные свойства бензина. Например, один бензин АИ-95 имеет октановое число по исследовательскому методу (и. м.) 95 ед., а по моторному методу (м. м.) — 86 ед., а второй бензин — 95,6 ед. по и. м. и 85 ед. по м. м. Чувствительность в первом случае меньше и, следовательно, антидетонационные свойства его лучше.
Даже если бензин имеет соответствующие стандарту или техническим условиям значения октановых чисел по моторному и исследовательскому методам, есть вероятность того, что антидетонационная характеристика бензина не в полной мере отвечает требованиям двигателя.
Соответствие качества бензина и требований двигателя оценивается сопоставлением фактических октановых чисел при стендовых испытаниях двигателя на установившихся режимах и дорожных октановых чисел на режимах разгона автомобиля с требованиями двигателей к октановым числам на этих режимах.
Методы оценки этих показателей соответствия регламентированы стандартом и введены в комплекс методов квалификационной оценки.
Повышение детонационной стойкости бензина также уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения рабочей смеси. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частицы нагара и т. п. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название калильного зажигания. Наиболее опасно преждевременное воспламенение (до момента подачи искры), так как оно приводит к снижению мощности, ухудшению экономичности, повышению риска возникновения детонации. Вероятность возникновения преждевременного воспламенения зависит от склонности топлива к образованию нагара в камере сгорания двигателя и свойств образующегося нагара. При сгорании бензинов, содержащих металлоорганические антидетонаторы и большое количество ароматических углеводородов, вероятность появления калильного зажигания и преждевременного воспламенения очень высока.
Некоторые автолюбители для повышения октанового числа бензина добавляют в него нафталин. Действительно, имеются зарубежные патенты, в которых описано использование во впускной системе двигателя «патронов» с нафталином для борьбы с детонацией при разгонах и на высоких скоростях движения автомобиля.
Как известно, нафталин возгоняется, и воздух, проходящий через «патрон», насыщается парами нафталина. Чем выше скорость воздуха, тем больше поступает в газообразном виде нафталина в двигатель и снижается вероятность появления детонации.
Однако применять нафталин, растворяя его в бензине, не имеет смысла, так как при понижении температуры топлива он будет образовывать кристаллы, которые могут забивать фильтры. Кроме того, нафталин способствует нагарообразованию в камере сгорания.
Подавлять детонацию в двигателе можно с помощью впрыска воды. Подача воды в двигатель как способ предотвращения возникновения детонации является одним из наиболее известных и доступных направлений. Механизм действия воды на процессы смесеобразования и рабочий процесс двигателя достаточно известен и изучен. Он связан прежде всего с охлаждением заряда рабочей смеси и деталей цилиндрово-поршневой группы, и таким образом вода понижает требования двигателя к октановому числу применяемого бензина.
Вода не участвует непосредственно в процессе сгорания, но она имеет высокую теплоту испарения 530 ккал/кг, а бензин — 80 ккал/кг, и ее пары, обладая большой теплоемкостью, оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла.
Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения заряда рабочей смеси, цилиндра и его деталей (снижение теплонапряженности двигателя) и действия водяного пара как инертной среды на рабочий процесс в двигателе.
Введение воды в количестве 10% от расхода топлива снижает требования двигателя к октановому числу бензина на 2—3 ед.
Реализация подачи воды во впускной трубопровод с технической точки зрения не представляет особых трудностей, и автолюбители для подобных целей используют различные простейшие устройства. Например, подача пара из радиатора.
Однако следует иметь в виду, что добавление воды к бензину дает эффект только в том случае, если двигатель автомобиля не доработан по тепловому режиму (слишком теплонапряжен), как это было на поршневых самолетах и автомобиле «Запорожец».
Добавка воды к бензину, применяемому на современных автомобилях, только ухудшает их топливную экономичность.
| < Предыдущая | Следующая > |
Интересная статья? Поделись ей с другими:
Главная Автомобильное Какие требования предъявляются к качеству бензина?
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2014
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА АИ-95 НА АЧИНСКОМ НПЗ
Майлин М.В. 1 , Киргина М.В. 1 , Иванчина Э.Д. 1
1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Работа в формате PDF
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Сегодня потребление высокооктановых автомобильных бензинов в мире достигает 1 млрд. тонн в год. Поэтому производство бензинов, отвечающих современным экологическим и эксплуатационным требованиям, является одной из основных задач современной химической технологии.
Большое внимание при приготовлении бензинов уделяется процессу компаундирования – процессу смешения различных углеводородных потоков с целью получения высокооктановых товарных.
При приготовлении бензинов делается акцент на улучшение основного эксплуатационного свойства топлива – детонационной стойкости, численным эквивалентом которой является октановое число. В состав бензинов входит большое число углеводородов различного строения, что усложняет оптимизацию данного процесса. Более того, значительной трудностью при расчете процесса компаундирования является то, что детонационная стойкость не является аддитивным свойством. То есть сумма октановых чисел (ОЧ) отдельных компонентов, входящих в состав бензина значительно отличается от результирующего октанового числа смешения (ОЧС) потока. Разница между ОЧ и ОЧС может быть существенной и достигать 20 пунктов.
Установлено, что причиной отклонений является наличие межмолекулярных взаимодействий между углеводородами, входящими в состав бензина. Таким образом, неаддитивность октановых чисел и многокомпонентность состава являются основными трудностями, возникающими при расчете рецептур смешения бензинов.
Для решения подобных проблем на Ачинском НПЗ, нами были проведены расчеты рецептур смешения бензинов с использованием разработанной на кафедре ХТТ и ХК ИПР ТПУ компьютерной моделирующей системы «Compounding», позволяющей рассчитывать октановые числа по моторному и исследовательскому методам, а также давление насыщенных паров, как отдельных потоков, так и их смеси с присадками и добавками.
На кафедре Химической технологии топлива и химической кибернетики Томского политехнического университета была создана компьютерная моделирующая система расчета процесса компаундирования высокооктановых бензинов «Compounding». Компьютерная моделирующая система позволяет рассчитывать октановые числа по моторному и исследовательскому методам, а также давление насыщенных паров, как отдельных потоков, так и их смеси с присадками и добавками.
Таблица 1 – Расчет существующих рецептур смешения бензина АИ-95
Поток
Рецептура приготовления бензина, мас. %
Источник: scienceforum.ru
Премиум-бензин
Стоимость бензина в России, как и во всем мире, постоянно растет. Самые высокие цены — на топливо премиального сегмента. Растет и популярность АИ-95. Это неудивительно: потребитель, читая в наименовании топлива слово «премиум», может думать, что это лучший бензин среди прочих. К тому же производители бензина уверяют, что высококлассное горючее продлит срок службы автомобиля и скажется на пробеге.
Здесь самое время задуматься: действительно ли у премиального топлива есть преимущества перед стандартным? Есть ли какие-то основания, чтобы переплачивать за бензин? Что если мотор не рассчитан на премиум-бензин, а его залить?
Классификация бензина
Бензин делится на несколько категорий в зависимости от октанового числа. Это основной показатель, который определяет не только фактическое качество бензина, но и его химические свойства. Этот термин характеризует способность топлива свободно сгорать в двигателе при различных условиях.
Октановое число топлива измеряют в испытательном двигателе по сравнению со смесью изооктана и гептана. Если у горючего такие же антидетонационные качества, как и у смеси, содержащей 95% изооктана и 5% гептана, то октановое число для этого образца определяют как 95.
Чем выше октановое число, тем устойчивее бензин к самовоспламенению при сжатии. Получить высокооктановый бензин при производстве несколько сложнее, чем стандартный. Кроме того, он должен быть достаточно чистым.
Марки бензина могут называть по-разному: неэтилированный, супер- или супер-премиум. Но на самом деле качество топлива определяется его октановой величиной, выделяют:
- Нормаль-80-К5 (К2, К3, К4) — от 80 и выше;
- Регуляр-92-К5 (К2, К3, К4) — не менее 92.
Марка автомобильного топлива включает:
- пометку «АИ», где литера «А» обозначает бензин, «И» — октановый показатель;
- цифровое указание на октановую характеристику топлива (80, 92, 93, 95, 96 и т. д.);
- обозначение экологического уровня горючего в виде символов К2, К3, К4, К5.
Октановый показатель описывает стойкость горючего к детонации. Самовоспламенение горючего происходит из-за повышения давления или температуры.
Что такое бензин премиум
К премиальным относят марки бензина с октановым числом от 91 и выше: АИ-95, Премиум Евро-95 и другие. Двигатели некоторых спортивных машин и автомобили класса люкс действительно улучшают свои характеристики при использовании высокооктанового топлива. Значит ли это, что остальным машинам требуется топливо этого сегмента?
По октановому показателю Премиум Евро-95 — тот же самый бензин АИ-95. Наименование «Евро» должно наталкивать потребителя на мысль, что топливо соответствует европейскому стандарту. На самом деле, в России нет европейских стандартов. Действуют ГОСТы и ТУ (технические условия). А с учетом того, что октановый показатель Премиум Евро-95 тот же, что и у АИ-95, наименование «Премиум Евро» — маркетинговая уловка.
АИ-95 не содержит свинец, у него низкая концентрация бензола.
Премиум 95 подходит для заправки любых двигателей внутреннего сгорания. Бензин должен производить достаточно энергии, и при этом охлаждать двигатель и смазывать узлы. Для выполнения этих условий на производстве, в хранилищах или на АЗС в состав топлива включают современные добавки.
Производители «премиумов» увеличивают октановые параметры добавкой углеводорода — бензола, изооктана, толуола.
По утверждениям производителей и продавцов, бензин Премиум-95:
- увеличивает срок службы мотора;
- уменьшает расход горючего;
- улучшает сопротивление детонации, текучесть или горение;
- увеличивает мощность двигателя;
- снижает расход бензина.
Бензин премиум-класса обеспечивает большее сопротивление детонации. Бензол в топливе низкого качества при сгорании образует нагар, который забивает свечи и другие детали, что может вызывать детонацию. В бензине премиального класса концентрация бензола не превышает 1%. Следовательно, при использовании премиального топлива образуется меньше нагара.
Однако необходимость применения чистящих и других дополнительных веществ — вопрос дискуссионный. Присадки в бензине АИ могут быть неэффективны, а иногда они даже способны повредить двигатель.
Технические особенности премиального бензина
Производители высококлассного горючего обещают, что оно обеспечит большую мощность, меньший расход и тихую работу двигателя. Однако госстандартом такие качества бензина не определены.
Госстандарту соответствует два вида неэтилированного бензина: Премиум Евро-95 и Супер Евро-98. Октановая величина первого — 85 по м. м. и 95 по и. м.
Для Супер Евро-98 установлено октановое число 88 — по м. м. и 98 по и. м.
Другие величины обоих премиальных классов идентичны:
1. Октановое число, не менее:
- по исследовательскому методу
- по моторному методу
2. Концентрация свинца, мг/дм³, не более
3. Плотность при температуре 15°С, кг/м³
4. Концентрация серы, мг/кг, не более
5. Устойчивость к окислению, мин., не менее
6. Концентрация смол, промытых растворителем, мг 100 см³ бензина, не более
7. Коррозия медной пластинки (3 ч. при 50°С), единицы по шкале
прозрачность и чистота
Чем отличается обычное топливо от премиального
ГОСТ Р 51866-2002 для российского высококлассного горючего разработали на основе евростандарта EN 228-1993. Поэтому бензин этого уровня подходит для автомобилей класса люкс.
Бензин премиального сегмента отличается от обычного такими показателями:
- октановой величиной — чем качественнее нефтепродукт, тем она больше;
- повышенной ценой;
- экономным расходом топлива при повышенной производительности.
Производство АИ премиальной марки обходится дороже, поэтому цены на него выше. Хотя для всех моторов можно использовать более дорогое горючее, это не всегда себя оправдывает. Если двигатель рассчитан на топливо классом ниже, использование премиальных марок не даст заметных преимуществ.
Если ваш автомобиль выпущен до 1996 г., велика вероятность, что для него требуется высокооктановый бензин. То же самое, если вы управляете спортивной или люксовой машиной. Но необязательно.
Если у вас Lexus, скорее всего, вы заправляете его высокосортным бензином. Однако свой премиальный бренд Toyota оборудовала умной системой управления. Компьютер подстраивается под уровень октанового числа. Если вы начнете использовать обычное топливо, вряд ли заметите разницу. И это никак не отразится на техническом состоянии автомобиля.
Преимущества и недостатки премиум-бензина
Качественный 95 обеспечивает лучшую стойкость к детонации. В результате самовоспламенение топлива случается реже, горючее расходуется экономнее.
В дорогие марки АИ часто добавляют чистящие и иные добавки. Премиальное топливо содержит присадки премиального класса. Добавки улучшают эксплуатационные качества бензина. Добавление 1% изопропилового спирта увеличивает октановый показатель на 1,2 единицы.
Доказать положительное влияние всех присадок на практике трудно. Некоторые специалисты предполагают, что этот эффект неощутим.
Высококачественное топливо уменьшает выбросы. Следовательно, использование высококачественного горючего наносит меньший вред окружающей среде. Однако преимущества высокосортного топлива можно увидеть только на автомобилях, которые действительно необходимо заправлять бензином такого уровня. В большинстве случаев это заметно на дорогих иномарках, спортивных и старых (выпущенных до 1996 г.) автомобилях.
К недостаткам высокооктанового горючего относят:
- высокую цену;
- отсутствие исследований, которые подтверждают преимущества премиума.
В итоге вопрос сводится не столько к преимуществам и недостаткам «премиумов», сколько к требованиям, на которые рассчитан тип двигателя.
Когда нет смысла заливать премиум-бензин, а когда это необходимо
Цена обычного бензина меньше, а премиум — самый дорогой. Однако это не тот случай, когда более дорогой продукт может оказаться лучше.
Водители, которые не принимают во внимание инструкции для своего автомобиля, могут напрасно переплачивать за горючее. Более высокие октановые показатели не улучшают характеристики машины, не увеличивают скорость и не сказываются на пробеге.
Датчики детонации и компьютеры, которыми оснащают автомобили, регулируют настройки и обеспечивают максимальную производительность для различных сортов топлива. Большинство современных автомашин рассчитаны на обычное топливо.
Исследования показывают, что премиальное топливо в обычном автомобиле не сказывается на дополнительном пробеге и не повышает производительность.
Если использовать бензин, качество которого противоречит техническим требованиям к автомобилю, это может привести:
- к перегреву и выходу из строя маслоотражающих колпачков;
- к хрупкости резины при перегреве;
- к резкому увеличению расхода масла;
- к обгоpанию выхлопных клапанов.
В случаях, когда необходим высокооктановый бензин, использование низкооктанового может вызвать нарушения в работе мотора, а в перспективе — повреждение двигателя.
Если двигатель начинает стучать, значит, вы используете неподходящее горючее. При переходе на качественное топливо двигатель распознает его вид и автоматически изменит момент зажигания. Если проблемой пренебречь, двигатель может прийти в негодность.
Высококачественное горючее труднее поддается преждевременному воспламенению в высокопроизводительных двигателях с большой степенью сжатия или турбонагнетателями. А некоторые функции, которыми оснащены такие двигатели, могут осуществляться только за счет нефтепродукта высокого класса.
Высокооктановое горючее следует использовать в двух случаях:
- если это указано в руководстве по эксплуатации машины;
- если авто оснастили двигателем с турбонаддувом.
Машины с турбодвигателем рассчитаны на использование высокооктанового нефтепродукта. Если покупать бензин с меньшими показателями, чем указал производитель автомобиля, это нарушит работу мотора.
Спортивные автомобили, люксовые модели и тяжелая техника требуют использования нефтепродуктов премиум-класса. Бензины с высоким октановым показателем труднее воспламеняются. Это предотвращает преждевременное зажигание, детонацию и износ высокопроизводительных двигателей.
Выбор премиума, вопреки указаниям производителя автомашины, неоправдан. Не будет никаких преимуществ, если заправлять высокосортный бензин в машину, которая в нем не нуждается.
Если вы сомневаетесь в качестве бензина для своего автопарка, заказывайте топливные карты от компании GPC RUS и выгодно заправляйтесь на проверенных АЗС.
Источник: gpc-store.ru