Статья опубликована в рамках: XV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 24 декабря 2013 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Технологии
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ КАК СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТОМ
Камзина Меруерт Амангельдиновна
магистрант 2 курса, кафедры ТНГ УГНТУ, РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа
Сидоров Георгий Маркелович
научный руководитель, д-р техн. наук, профессор кафедры ТНГ УГНТУ, РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа
Постоянный рост автомобильного парка страны привел к тому, что основная доля вредных выбросов в окружающую среду крупных городов приходиться на автотранспорт.
Конструкция двигателя, его техническое состояние, качество применяемого топлива, организация движения, качество дорог и другие моменты определяют уровень вредных выбросов с отработавшими газами автомобиля.
Повышение качества автомобильных бензинов способствует снижению вредных выбросов с отработавшими газами автомобилей и защите окружающей среды.
В соответствии с принятой правительством РФ Энергетической стратегией России на период до 2020 г. приоритетной задачей нефтеперерабатывающей отрасли является значительное повышение качества нефтепродуктов и доведение его до экологически обоснованных стандартов [5].
Оптимизация показателей испаряемости автомобильных бензинов позволяют также внести существенный вклад в снижении вредных выбросов в атмосферу.
Производители автомобильных бензинов, занимающие смешением различных компонентов топлива, сталкиваются с ситуацией, при которой желательно максимально использовать имеющиеся низкокипящие компоненты в состав автомобильных бензинов, а системы хранения, транспортировки и обращения с бензином заинтересованы в минимальной летучести с целью снижения потерь от испарения.
Поэтому стандартами на автомобильные бензины в зависимости от климатических условий в регионах предусмотрены производство и применение бензинов с различными классами испаряемости: ГОСТ 2084 — 2 класса испаряемости, ГОСТ Р 51105 — 5 классов испаряемости, ГОСТ 51866 — 10 классов испаряемости.
Это позволяет исключить образование паровых пробок при высокой температуре окружающей среды и снизить потери от испарения при хранении и транспортировке.
Совершенствование конструкций автомобиля с целью снижения вредных выбросов, а именно установления на них систем нейтрализации отработавших газов, определяющим в решении экологических проблем на транспорте.
Применение нейтрализаторов отработавших газов на автомобилях позволило резко сократить вредные выбросы автотранспортом, но при этом значительно повысить следующие требования к качеству автомобильных бензинов:
· отказ от использования свинцовых антидетонаторов;
· снижение содержание серы;
· введение нормирования углеводородного состава.
Жесткие требования на автомобильные бензины ограничивают содержание серы, испаряемость и углеводородный состав бензина: ароматических (в первую очередь бензола) и олефиновых углеводородов.
С 31 декабря 2012 года в силу вступил Технический регламент Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту». Этим регламентом были утверждены обязательные требования к экологической безопасности различных типов топлива выпускаемым в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза. Техническим регламентом вводились экологические классы бензина — класс 2,3,4,5 (соответствующие «Евро-2,3,4,5») и устанавливалось предельно допустимое содержание вредных для окружающей среды и человека химических веществ [4]. Ограничения по химическому составу для автомобильных бензинов в соответствии с классами 2,3,4,5 приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Требования к характеристикам автомобильного бензина
Характеристики автомобильного бензина |
Единица измерения |
Нормы в отношении экологического класса |
|||
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
||
Массовая доля серы, не более |
мг/кг |
500 |
150 |
50 |
10 |
Объемная доля бензола, не более |
% |
5 |
1 |
1 |
1 |
Массовая доля кислорода, не более |
% |
не опред. |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
Объемная доля углеводородов не более: |
% |
|
|
|
|
Ароматических |
|
не опред. |
42 |
35 |
35 |
непредельных |
|
не опред. |
18 |
18 |
18 |
Октановое число |
— |
|
|
|
|
по исследовательскому методу |
|
80 |
80 |
80 |
80 |
по моторному методу |
|
76 |
76 |
76 |
76 |
Давление насыщенных паров |
кПа |
|
|
|
|
в летний период |
|
35—80 |
35—80 |
35—80 |
35—80 |
в зимний период |
|
35—100 |
35—100 |
35—100 |
35—100 |
Жесткие требования к содержанию серы в автомобильных бензинах обусловлены тем, что концентрации оксида углерода, окислов азота и углеводородов в отработавших газах уменьшаются при снижении серы в топливе.
Одним из главных факторов, определяющий склонность бензина к нагарообразованию в двигателе является углеводородный состав. Анализ имеющихся данных показывает, что склонность автомобильных бензинов к нагарообразованию зависит, главным образом, от содержания в них непредельных и ароматических углеводородов.
Непредельные углеводороды имеют высокую химическую активность и склонность к превращениям под действием высоких температур, что в значительной мере обусловливают склонность автомобильных бензинов к нагарообразованию. Современные высокооктановые бензины не содержат непредельных углеводородов, или же содержат небольшое количество относительно неактивных углеводородов этого класса. Склонность к нагарообразованию таких бензинов обусловливается количеством и строением ароматических углеводородов.
Строение ароматических углеводородов оказывает существенное влияние на нагарообразование в камерах сгорания и на клапанах двигателей, что ухудшает такие их эксплуатационные показатели как кпд, мощность, экономические и экологические характеристики. Под воздействием высоких температур ароматические углеводороды претерпевают окислительные превращения и являются основным источником образования нагара.
Ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, поэтому являются ценными составляющими автомобильных бензинов. Однако содержание их в товарных бензинах должно быть ограничено вследствие повышения нагарообразования в двигателе. Также ароматические углеводороды способствуют образованию в отработавших газах канцерогенного бензола. Снижение доли ароматических углеводородов в бензине приводит к уменьшению содержания токсичных продуктов в отработавших газах.
Среди ароматических соединений самым легкокипящим является бензол, он вреден для людей, непосредственно работающих с ним: вызывает заболевание лейкемией и ограничение его в бензине является единственным ограничением по компонентному составу автомобильных бензинов. Бензол является природным компонентом сырой нефти и продуктом процесса каталитического риформинга, являющегося основным источником высокооктановых компонентов бензинов. Ограничение содержание бензола в бензине – это прямой способ ограничить его поступление в атмосферу в результате испарения и с отработавшими газами.
Помимо выполнения экологических требований стало необходимо постоянно наращивать выпуск бензинов с ОЧИ 92, 95 и выше, спрос на которые непрерывно растет. Производство экологически чистых высокооктановых бензинов это сложная проблема для ряда отечественных НПЗ, в силу того, что помимо повсеместно распространенного процесса каталитического риформинга, для этого необходимы процессы каталитического крекинга, алкилирования и изомеризации легких парафинов, более жесткие процессы гидроочистки. Однако, на тех НПЗ, которые, не располагают ими, внедрение этих процессов требует значительных капиталовложений; необходимо дополнительно извлекать из риформатов бензол и снижать жесткость риформинга, что снижает октановый потенциал. Октановое число, в этом случае, оправданно поднимать присадками: кислородсодержащей — МТБЭ, наиболее эффективной из существующих беззольных присадок — NМА или, что наиболее экологически безопасно и экономически выгодно, их смесями.
В последние годы в России наблюдаются рост общего объема производства и доли в нем высокооктановых бензинов (ОЧИМ — 92 ед. и выше), что позволит полностью обеспечить потребность страны автомобильным бензином [2].
Для улучшения эксплуатационных и экологических свойств особое внимание уделяется повышению качества автомобильных бензинов и технологиям их получения. В перспективе развития НПЗ России стоит задача получения товарных бензинов, удовлетворяющих требованиям ЕЭС по следующим показателям качества:
· содержания бензола не более 1 % об.;
· содержание ароматических углеводородов не более 35 % об.
Одним ведущих процессов производства высокооктанового компонента автомобильного бензина является каталитический риформинг. Основные реакции углеводородов на катализаторе — дегидрирование нафтеновых и дегидроциклизация парафиновых углеводородов — приводит к накоплению в продукте риформинга ароматических соединений, которые имеют высокое октановое число. Однако, эти соединения являются самыми токсичными из всех групп углеводородов, при сгорании которых образуются ядовитые вещества с низким значение предельно допустимой концентрации (ПДК). Особенно опасен — бензол. Он наиболее химически стабилен в природных условиях. При сгорании бензола образуется бензопиррен, который по степени токсичности относится к первому классу опасности с ПДК — 0,00001 мг/м3 [3] .
Как известно, технологии, обеспечивающие снижение содержания бензола в продуктах риформинга, обычно подразделяются на три группы. К первой группе относят: технологии удаления из сырья риформинга бензолобразующих компонентов. Это достигается за счет повышения температуры начала кипения целевой фракции.
Ко вторым и третьим группам относят: технологии физического и химического снижения содержания бензола в продуктах реакции риформинга, например экстрактивное выделение бензола в составе бензол-толуол-ксилольной фракции, гидрирование бензола с образованием циклогексана, алкилирование бензола низкомолекулярными олефинами и т. п. Все названные направления имеют как преимущества, так и недостатки. Поэтому решающими при выборе технологии производства катализата становиться оценка затрат на внедрение, ожидаемые эксплуатационные затраты и возможность решения поставленной задачи при имеющемся на предприятии наборе компонентов для смешения.
Современные автомобильные бензины готовят смешением компонентов, получаемых путем прямой перегонки, каталитического риформинга и каталитического крекинга, изомеризации, алкилирование, 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 [1] .
Таким образом, для каждого предприятия необходимо разработать схему бензинового производства, сочетающую в себе реконструкцию существующих установок каталитического риформинга, исходя из обеспечения в товарной массе бензинов не более 30 % суммарной ароматики и строительство новых установок изомеризации, алкилирования, каталитического крекинга, этерификации, удостоверяющих современным экологическим требованиям.
Список литература:
1.Анисимов В.И. Анализ работы установок риформинга на различных видах сырья / В.И. Анисимов, А.В. Комарова, Ю.Г. Морошкин, Ю.В. Шумовский // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2007. — № 7. — С. 11—20.
2.Бакалейник А.М. Влияние качества бензинов на величину загрязняющих выбросов автомобилей / А.М. Бакалейник, В.Е. Емельянов // ЭКиП: Экология и промышленность России. — 2006. — № 7. — С. 29—31.
3.Белоусова О.Ю. Динамика изменения качества автомобильного бензина / О.Ю. Белоусова, А.Е. Белоусов М.Ф. Минхайров, Ю.П. Ясьян // Технология нефти и газа. — 2010. — № 3. — С. 9—12.
4.Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» Утвержден Решением Комиссии Таможенного союза от 18 октября 2011 года № 826
5.Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р от 28 августа 2003 года.
дипломов
Оставить комментарий