CC BY
47
УДК 66.097.658.2
©
Ашрафов Р.А., Оруджев Ю.И., Алиев А.Д., Султанов Х.С., Умудов С.У., Намазов А.С.
Преподователи кафедры механики и авиационной техники Азербайджанское Высшее Военное Училище имени Гейдара Алиева, Азербайджанское Высшее Военное Лётное Училище
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ С ЦЕЛЬЮ СОХРАНЕНИЯ ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В
МЕГАПОЛИСАХ
Аннотация
Статья посвящена одной из актуальной проблемы современности - загрязнению атмосферного воздуха выхлопными газами в больших городах. Сделан обзор бензинов выпускающимся в различных странах мира. В статье представлены химический состав бензинов в соответствии с нормами мирового стандарта, требования к качеству бензинов России и в странах СНГ.
Ключевые слова: экологию окружающей среды, токсичности отработанных выхлопных газов, окружающей среды, автомобильных бензинов, содержание бензола. Keywords: ecology of environment, toxicness of exhaust exhaust-gass, environment, motor-car petrols, maintenance of benzol.
С целью снижения токсичности отработанных выхлопных газов ужесточаются требования к качеству автомобильных бензинов. На токсичность отработанных газов автомобиля влияют качество применяемого топлива, конструкция двигателя, техническое состояние автомобиля, качество смазочных материалов.
В развитых странах приняты жесткие нормы на токсичность отработанных газов автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, регламентирующие содержание монооксида углерода, двуоксида серы, оксидов азота. Так, с 2005 г. в Европейских странах действуют нормы токсичности на Евро-4, в Российской Федерации с 2009 г. запрещено производство бензина ниже стандарта Евро-3, а с 2010 г. произошел переход на Евро-4, а с 2014 г. - на Евро-5 [1].
Для автомобильных бензинов нормируются требования к показателям, влияющим на экологию окружающей среды: содержание серы, бензола, свинца, ароматических и олефиновых углеводородов, детонационную стойкость.
В табл. 1 представлен химический состав бензинов в соответствии с нормами мирового стандарта , из которой видно, что в основном за основу взяты следующие показатели: бензол, олефиновые углеводороды и сера.
Таблица 1
Химический состав бензинов в соответствии с нормами мирового стандарта
Максимальное содержание Евро-3 2000 г. Евро-4 2005 г. Евро-5 2009 г.
1 Ароматические углеводороды, % об. в том числе бензол, не более 42 1,0 35 1,0 35 1,0
2 Олефиновые углеводороды, % об., не более 18 14 14
3 Кислород, % об. 2,3 2,7 2,7
4 Сера, ррт, не более 150 50 10
© Ашрафов Р.А., Оруджев Ю.И., Алиев А.Д., Султанов Х.С., Умудов С.У., Намазов А.С., 2014 г.
Необходимо отметить, что качество выпускаемых топлив и ассортимент их должен обеспечить надежную эксплуатацию всех имеющихся в стране транспортных средств. При этом наблюдается постоянный рост доли современных импортных автомобилей, удовлетворяющих требованиям Евро-3 и Евро-4, оснащенных системами нейтрализации отработанных газов и электронным управлением.
Если бензины А-92 и А-96 допускаются вырабатывать с этиловой жидкостью, то при производстве бензинов марки АИ-95 и АИ-98 использование алкилсвинцовых антидетонаторов не допускаются. Максимальное содержание свинца в составе этилированных бензинов не должно превышать 0,01 г/дм .
С целью ускорения перехода на производство неэтилированных бензинов взамен этиловой жидкости допускается использование марганцевого антидетонатора в концентрации не более 5 мг Мп/дм3 для марки бензина «Нормаль-80» и не более 18 мг Мп/дм для марки «Регуляр-91».
В соответствии с европейскими требованиями введено ограничение на содержание ароматических углеводородов, особенно бензола.
Снижение суммарного содержания ароматических углеводородов до 25-30 % об. и бензола до 1,0 % в автомобильных бензинах без потери октанового числа (октана-тонн) имеет важное значение в обеспечении дальнейщего качества бензинов.
Увеличение содержания ароматических углеводородов от 30 % до 50 % и выше приводит к увеличению отложения нагаров в камере сгорания почти на 40%, при этом уменьшается его объем, увеличивается фактическая степень сжатия, ухудшается теплоотвод в окружающую среду, возрастает канцерогенность выхлопных газов, в их составе увеличивается содержание бензола, толуола и ксилолов.
Поэтому необходимо снижение содержания ароматических углеводородов в составе автомобильного бензина, но для сохранения октанового числа необходимо значительно увеличить в их составе высокооктановые изопарафиновые углеводороды С5-С6, т.е. увеличить мощности процессов изомеризации, алкилирования. Максимальное количество изо С5-С6 считается 30 %, что позволит снизить чувствительность бензинов на 10 п. [2].
Ужесточаются нормы на массовую долю серы, которая ухудшает эксплуатационные свойства бензинов, снижает термическую и антиокислительную способность, повышает склонность бензинов к смолообразованию, придает моторным топливам неприятный запах, загрязняет окружающую среду и вызывает коррозию аппаратуры. Самыми агрессивными среди сернистых соединений являются меркаптаны (ЯБИ), содержание которых не должно превышать 5-10 ррт, в то время как содержание общей серы не должно превышать 30 ррт
[3].
В составе бензинов введено ограничение и на содержание фактических смол - не выше 5,0 г / 100 см3 бензина.
Смолы образуются при действии тепла и кислорода воздуха, они отлагаются на поверхности двигателя автомобиля, приводят к неполному сгоранию топлива и повышенному выбросу токсичных веществ.
Автомобильные бензины должны обладать определенным фракционным составом, оптимальной плотностью, вязкостью, прокачиваемостью при низких температурах окружающей среды, давлением насыщенных паров для обеспечения эксплуатационных характеристик системы питания. Фракционный состав влияет на скорость прогрева двигателя, его приемлемость и на износ цилиндрической группы. Температура выкипания 10 % бензина показывает возможность запуска двигателя при низких температурах, а 50 % температура перегонки бензина влияет на скорость прогрева двигателя [4].
Европейским комитетом стандартов разработаны новые нормативы на предельно допустимые значения плотности бензинов и упругость паров.
Следует отметить, что этот показатель по странам Европы и в Японии ниже, чем в американских стандартах. А с целью снижения потери бензина от испарения в Европейских
странах машины снабжены специальным конденсационным баком с поглотителем, предусмотрены также защитные меры по уменьшению потерь в системе распределения бензина.
В соответствии с новыми дополнениями к закону о чистоте воздушного бассейна основными отличиями качества автомобильных бензинов с улучшенными экологическими характеристиками, называемые также реформулированными, модифицированными, "зелеными", экологически чистыми являются:
- низкая летучесть;
- пониженное содержание ароматических (особенно бензола) и олефиновых углеводородов, участвующих в образовании смога;
- объязательное использование кислородсодержащих компонентов и моющих присадок для предотвращения образования отложений в системах подачи топлива в двигатели;
- отсутствие свинца, марганца и других тяжелых металлов.
Использование оксигенатов позволяет снизить выбросы оксида углерода в отработанных газах и повысить детонационную стойкость бензинов. Оксигенаты фотохимически менее активны по сравнению с углеводородами и имеют более низкую смогообразующую способность .
Известно, что США - признанный лидер в области требований к экологической чистоте топлив. Рост числа автомобилей предопределяет ужесточение национальных стандартов, ограничивающих вредные воздействия отравляющих газов .
Бензины, выпускаемые в странах СНГ отличаются от существующей в США и Западной Европе, невысоким качеством, что связано с недостаточным количеством установок, производящих высокооктановые компоненты: каталитического риформинга, каталитического крекинга, алкилирования и практическим отсутствием установок изомеризации и получения высокооктановых диалкиловых эфиров.
С целью улучшения экологии окружающей среды, унификации требований и обеспечения экспорта качество автомобильного бензина должно соответствовать следующим требованиям (табл. 2) в странах СНГ.
Таблица 2
Требования к качеству бензинов России и в странах СНГ
Показатель ГОСТ 51105-97 2010 г.** 2020 г.**
Содержание бензола, %, не более 5,0 1,0 1,0
Содержание серы, не более 0,05 % 150 ррм 30 ррм
Содержание ароматики, %, не более Не нормир.* 42 30
Содержание олефиновых, %, не более Не нормир.* 18 14
Содержание кислорода, %, не более Не нормир.* 2,3 2,7
Фракционный состав, %:
до 100 оС перегоняется, не менее - 46 46
до 150 °С перегоняется, не менее - 75 75
Давление насыщ. паров, кПа, не более - 60 60
Применение моющих присадок Не нормир. Обязательно
*- по комплексу методов содержание ароматических углеводородов не должно превышать 55 % об., олефиновых - 30 % об. и МТБЭ - 15 % об.
**- за основу приняты требования Евро-3 и Евро-4 в связи с присоединением России к Европейским экологическим программам.
Резюмируя вышеизложенное следует, что высокооктановые автомобильные бензины должны иметь:
- октановое число по моторному методу не ниже 85 п., по исследовательскому методу не ниже 93 п., коэффициент распределения октановых чисел (Крдс) должен быть выше 0,9;
- содержание ароматических углеводородов не выше 35 %, в том числе бензола не более 1 %;
- содержание непредельных углеводородов не выше 14 %;
- содержание изопарафиновых углеводородов - не ниже 25 %;
- содержание общей серы - ниже 30 ppm;
- давление насыщенных паров - не выше 500 мм рт. ст.;
- индукционный период не ниже 900-1000 мин.;
- фракционный состав в пределах 35-195-210 °С.
Литература
1. Гусейнова И.С., Мирзоева Л.М., Юнусов С.Г., А.Д. Гусейнова, Р.А.Ашрафов Алкилирование бензольной фракции бензина риформинга на цеолитсодержащем катализаторе // Процессы нефтехимии и нефтепереработки 2008, № 3 - 4, с. 208 - 213.
2. Ашрафов Р. А., Современные требования к экологически чистым автомобильным бензинам // Innovations and Technologies News. Latvia, Riga, 2011, №2(11), с.16-21.
3. Гусейнова И.С., Мирзоева Л.М., Юнусов С.Г., Гусейнова А.Д., Ашрафов Р.А. Алкилирование бензольной фракции бензина риформинга на цеолитсодержащем катализаторе// Процессы нефтехимии и нефтепереработки, 2008, № 3-4(35-36), c.208-213.
4. Гусейнова А.Д.,Мирзоева Л.М.,Гусейнова И.С.,Юнусов С.Г.,Ашрафов Р.А. Получение экологически чистых компонентов автомобильных бензинов // Азербайжарское нефтяное хозяйство. 2009. №10, с.51-55.
