Бензин: основные показатели качества

Бензин: основные показатели качества

Бензин (от франц. benzine) — смесь легких углеводородов с температурой кипения 30−205єС. Прозрачная жидкость плотностью 0,70−0,78 г/см². Производится путем смешивания компонентов первичной (прямой) перегонки нефти, продуктов крекинга отдельных ее фракций и присадок (в основном повышающих октановое число).

Бензин является топливом для автомобильных двигателей с искровым зажиганием. Основные показатели качества бензина: фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационная стойкость.

Фракционный состав. Бензин, который поступает в систему питания карбюраторного двигателя, должен образовывать топливно-воздушную смесь определенного состава, обеспечивающую полноту сгорания на всех режимах двигателя. Горючая смесь должна иметь определенные соотношения паров бензина и воздуха. Сущность определения фракционного состава сводится к следующему. Бензин в количестве 100 мл нагревают в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, они конденсируются, превращаются в жидкость, которую собирают в мерный цилиндр. Во время перегонки регистрируют температуру начала кипения (падения первой капли в цилиндр), а затем выкипания 10, 50, 70, 90% и конца кипения. Эти данные приводят в стандартах и паспортах качества.

Давление насыщенных паров (ДНП) — это давление, которое оказывают пары на стенки сосуда при испарении топлива в замкнутом пространстве. ДНП зависит от химического и фракционного составов топлива. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. ДНП возрастает при повышении температуры. Определяют давление паров, выдерживая испытуемый бензин 20 минут в герметичном резервуаре при температуре 38єС. По прошествии данного времени по манометру фиксируют давление паров бензина.

Детонационная стойкость — важнейший показатель качества бензина. Октановое число (ОЧ) бензина — основной показатель, характеризующий детонационную стойкость бензина. Определяют подбором смеси эталонных углеводородов — гептана (ОЧ = 0) и изооктана (ОЧ = 100), детонационная стойкость которой равна детонационной стойкости испытываемого бензина при равных условиях испытания. Процентное содержание изооктана в полученной смеси принимают за октановое число бензина. Определение ОЧ производится на специальной моторной установке, с переменной степенью сжатия, двумя методами: исследовательским и моторным. При исследовательском методе режимы и параметры моторной установки подбирают так, чтобы характеризовать детонационные свойства бензина при эксплуатации автомобиля в городских условиях (движение с небольшой скоростью, частыми пусками и остановками двигателя). Моторный метод имеет более жесткий режим испытания (повышенная температура, большее число оборотов) для определения ОЧ бензина в условиях форсированной работы двигателя (например, при движении по скоростной трассе). В связи с этим ОЧ по исследовательскому методу на 4−10 единиц выше, чем по моторному. Эту разницу называют чувствительностью бензина.

Изменить ОЧ топлива можно путем смешения низкои высококтанового бензинов. Октановое число такой смеси (по моторному методу) подсчитывается по следующей формуле:

ОЧ_смеси = ОЧ_н + y (ОЧ_в — ОЧ_н),.

где ОЧ_в и ОЧ_н — октановые числа соответственно высокои низкооктанового бензина по моторному методу,.

y — доля высокооктанового бензина в смеси.

Если ОЧ компонентов смеси определены по исследовательскому методу, их следует заменить ОЧ, определенными по моторному методу.

Высокая детонационная стойкость (большое ОЧ) бензина достигается использованием в качестве его компонентов высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти и / или антидетонаторов.

Антидетонаторы — вещества, которые добавляются в бензин с целью повышения его детонационной стойкости.

В бензинах А-76, А-80, А-91 и А-92 применяются антидетонаторы на основе ароматических аминов (экстралин, А4А, Дакс, Самин). Эти вещества малотоксичны, не образуют нагара, стабильны и обладают хорошей эффективностью — в концентрации до 1% повышают ОЧ бензина на 9 — 12 единиц.

Одним из наиболее эффективных антидетонаторов, широко применяемых в настоящее время в высокоразвитых странах, является метил — трет-бутиловый эфир (МТБЭ). По свойствам МТБЭ близок к бензинам, имеет высокое октановое число, нетоксичен. Добавка 10−15% МТБЭ в бензин повышает ОЧ на 6−12 единиц, что позволяет получать неэтилированные бензины с высокой детонационной стойкостью и хорошими экологическими характеристиками.

Бензины по ГОСТу, в зависимости от испаряемости и, соответственно, пусковых свойств, делятся на зимние, летние и всесезонные сорта. Зимние сорта содержат больше легких спусковых фракций, поэтому заправка ими автомобиля летом может вызвать паровоздушные пробки в топливной системе, приводящие к перебоям в работе двигателя.

В зависимости от ОЧ (по исследовательскому методу), установлено четыре марки бензинов: «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум 95» и «Супер-98». Первый предназначен для автотранспорта, использующего А-76. «Регуляр-91» заменяет А-92, 93. Бензины «Премиум-95» и «Супер-98» полностью отвечают западным стандартам и предназначены в основном для автомобилей иностранного производства.

Промышленное производство топлив состоит из следующих основных этапов: подготовительный (обессоливание и обезвоживание), первичная переработка нефти и процессы смешения (компаундирования).

Первичная переработка (прямая перегонка) — разделение нефти на отдельные фракции по температурам кипения. Смысл этого процесса довольно прост. Как и все другие соединения, любой жидкий углеводород нефти имеет свою температуру кипения, то есть температуру выше которой он испаряется. Температура кипения возрастает по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле. Например, бензол С₆Н₆ кипит при 80,1°С, а толуол С₆Н₅ — СН₃ при 110,6°С).

Различают два способа перегонки нефти. Более старый из этих способов основан на принципе фракционированного испарения: нефть подвергают постепенно возрастающему нагреву, во время которого из нее последовательно отгоняются сначала легкокипящие бензины, лигроины, а потом все более тяжелые фракции — керосиновые, дизельные и мазутные. Вше 350 °C температуру не поднимают, так как в остающихся углеводородах содержатся нестабильные соединения, которые при нагреве осмоляют нефть, разлагаются до углерода и способны закоксовать, забить смолой всю аппаратуру.

Второй способ перегонки нефти основан на принципе фракционной конденсации: нефть подвергается быстрому нагреву до температуры кипения наиболее тяжелых фракций, а затем конденсируется в ректификационных колоннах. После перегонки бензин подвергается стабилизации (испарение легких углеводородов С₃ — С₅) и очистке от непредельных, сернистых и кислородных соединений.

Прямая перегонка позволяет получить небольшую часть (10−25%) бензиновых фракций, в основном невысокого качества. Прямогонные бензины имеют, как правило, очень низкое ОЧ (не более 60). Для увеличения выхода и улучшения его качества используют деструктивные процессы.

Вторичная переработка (деструктивные процессы от лат. destructio — нарушение, разрушение структуры) изменяет химический состав и структуру углеводородов.

Основным методом является крекинг (от латинского cracking — расщепление), главная реакция которого — расщепление крупных молекул на более мелкие: под действием высоких температур без катализатора — термический крекинг, в присутствии катализатора — каталитический крекинг, катализатора и водорода — гидрокрекинг. Эти процессы позволяют увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 60%.

Для получения высокооктановых компонентов товарных бензинов используют процессы каталитического риформинга (получение ароматических компонентов), алкилирования (получение алкилатов), изомеризации (получение изомеров), пиролиз (термическое расщепление и изомеризация). Для удаления серы из топлив применяется гидроочистка.

По сравнению с прямой перегонкой все процессы вторичной переработки сложны в технологическом отношении и дорогостоящи, однако позволяют существенно увеличить выход товарных топлив и улучшить их качество.

Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок является завершающим процессом получения товарных бензинов. Компаундированием можно приготовить заданный продукт из ряда компонентов в различных пропорциях, рационально используя физические и химические свойства каждого компонента. Кроме того, компаундирование дает возможность правильно использовать все ресурсы имеющихся компонентов для приготовления товарных продуктов.

Процесс производства бензина «Нормаль-80» в управлении «Татнефтегазпереработка» основан на доведении свойств гексановой фракции, полученной из куба колонны К-605 ГФУ-300 до требований, предъявляемых к автомобильным топливам. При этом необходима корреляция двух показателей — пусковых свойств и антидетонационной стойкости. Пусковые свойства обеспечиваются за счет пентанов, содержащихся в стабильном бензине. Необходимое количество пентанов определено экспериментально в лабораторных условиях и подтверждено отработкой на реальном двигателе. Антидетонационные свойства обеспечиваются за счет привлечения высокооктановых компонентов и антидетонаторов. В качестве антидетонатора предлагается весьма эффективный и доступный экстралин.

Не менее важным в производстве бензина является также процесс компаундирования (смешения) компонентов. Предусмотрено смешение в несколько стадий:

• — в смесителях статического типа СМ-1, СМ-2 и СМ-3 за счет турбулизации потока и использования центробежных и центростремительных сил;
• — в емкостях горизонтального типа Е-5, Е-6 за счет турбулентного возмущения стационарного слоя жидкости;
• — в центробежных насосах Н-1, Н-4 и последующих трубопроводах за счет пульсаций, центробежных, центростремительных и кориолисовых сил.

бензин фракционный перегонка высокооктановый.