ПОВЫШЕНИЯ  КАЧЕСТВА  АВТОМОБИЛЬНЫХ  БЕНЗИНОВ  КАК  СПОСОБ  СНИЖЕНИЯ  ВРЕДНЫХ  ВЫБРОСОВ  АВТОТРАНСПОРТОМ

Камзина  Меруерт  Амангельдиновна

магистрант  2  курса,  кафедры  ТНГ  УГНТУ,  РФ,  Республика  Башкортостан,  г.  Уфа

Е-mail: 

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

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.