CC BY
125
А. Ф.Ахметов (чл.-корр. АН РБ, д.т.н., проф., зав.каф.),
Ю. В. Красильникова (студ.), А. В. Ганцев (асп.)
Производство топлив с улучшенными экологическими свойствами
Уфимский государственный нефтяной технический университет, технология нефти и газа 450062, г. Уфа, ул.Космонавтов, 1; тел. (347) 243-15-35, e-mail: [email protected]
A. F. Akhmetov, Yu. V. Krasilnikova, A. V. Gantsev
Manufacture of оН with the improved ecological properties
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; Phone (347)2431535, е-mail: [email protected]
Обсуждаются проблемы производства современных автомобильных бензинов, соответствующих международным требованиям EVRO-3, EVRO-4, с содержанием ароматических углеводородов не более 35% и бензола не более 1%. Приведен сравнительный анализ качества зарубежных, отечественных моторных топлив, компонентный состав бензинового фонда США, Европы и России. Предлагаются технологии по получению бензинов с улучшенными экологическими свойствами.
Ключевые слова: ароматические углеводороды; бензин; бензол.
Основными видами моторных топлив в настоящее время являются автомобильные бензины и дизельные топлива, производство которых в мире составляет более 1.7 млрд т. в год и на их выработку расходуется до 70% добываемой нефти.
Автомобильные бензины в России в основном вырабатываются по ГОСТ Р 51105-97 (табл.1) и делятся на классы (табл. 2) 1 2.
Постановлением Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 г. № 118 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» установлены следующие сроки производства автомобильного бензина и дизельного топлива для автомобильной и иной техники1: Класса 2 — до 31 декабря 2008 г.; Класса 3 — до 31 декабря 2009 г.; Класса 4 — до 31 декабря 2012 г.
Таким образом, до 31 декабря 2009 г. должен быть прекращен выпуск бензинов Нормаль-80 и Регуляр-92.
Дата поступления 10.04.09
In the paper the problems of manufacture of the modern automobile gasolines corresponding to international requirements EVRO-3, EVRO-4 are discussed with the maintenance of aromatic hydrocarbons is no more than 35 % and benzene is no more than 1 %. The comparative analysis of quality foreign, domestic motor топлив, structure of petrol fund of the USA, Europe and Russia is adduced. Also technologies on manufacture of gasolines with the improved ecological properties are offered.
Key words: aromatic hydrocarbons; gasoline; benzene.
По просьбам нефтяных компаний, учитывая не лучшее технологическое оснащение российских НПЗ, а также значительный парк устаревшей автомобильной техники, в течение 3 лет со дня вступления в силу регламента наряду с производством и потреблением автобензина, соответствующего требованиям документа, разрешается выпуск в оборот марок бензина Нормаль-80 и Регуляр-92 при условии соответствия всех остальных характеристик требованиям регламента.
Аналогично, в течение 3 лет допускается производство дизельного топлива для сельскохозяйственной и внедорожной техники с цета-новым числом не менее 45 и массовой долей серы не более 2000 мг/кг, без нормирования смазывающей способности и массовой доли полициклических ароматических углеводородов.
В настоящее время в России высока доля техники экологических классов Евро-2 и ниже, использующие низкооктановые бензины. Анализ производства, внутреннего потребления и экспорта автомобильного бензина Ре-гуляр-92 показал, что за 2005—2007 гг. экспорт
Основные классы автомобильных бензинов
Россия
Показатель Нормаль-80 (класс 2) Регуляр-92 (класс 2) Регуляр-92 (класс 3) Премиум-95 (класс 4) Супер-98 (класс 4)
1. Октановое число, не менее:
по моторному методу 76.0 83,0 83,0 85,0 88,0
по исследовательскому методу 80.0 92,0 92,0 95,0 98,0
2. Содержание бензола, %об. 5 5 5 1.0 1.0
3. Содержание ароматических углеводородов, %об. - - 42.0 35.0 35.0
4. Содержание олефиновых углеводородов, %об. - - 18.0 18.0 18.0
5. Содержание кислорода, %об. - - 2.7 2.7 2.7
6. Содержание серы, ppm 500 500 150 50 10
Таблица 2
Характеристика автомобильного бензина Единица измерения Нормы в отношении
Класс 2 Класс 3 Класс 4 Класс 5
1. Массовая доля серы, не более Мг/кг 500 150 50 10
2. Массовая доля кислорода, не более % - 2.7 2.7 2.7
3. Объемная доля углеводородов, не более: %
- бензола 5 1 1 1
- ароматических - 42 35 35
- олефиновых - 18 18 18
Октановое число:
- исследовательский метод, не менее 92 95 95 95
- моторный метод, не менее 83 85 85 85
этой марки бензина возрос на 1971 тыс. т. Вряд ли бензин АИ-92 идет на дальнейшую переработку, скорее, в странах-импортерах он потребляется в качестве конечного продукта. В России же в 2005—2006 гг. производство АИ-92/АИ-93 выросло на 4085 тыс. т, а внутреннее потребление — на 2251 тыс. т. В 2006— 2007 гг. рост производства и внутреннего потребления составил соответственно 1678 и 1586 тыс. т 3.
Неясно, чем же заправлять автомобили, потребляющие бензин класса 2, после 5 сентября 2011 г.? По данным «Автостата» на начало 2008 г. в России зарегистрировано почти 35.5 млн автомобилей всех категорий, 88.7% которых оснащены бензиновыми двигателями. Среди них только около 8.5 млн транспортных средств моложе пяти лет. Заправка автомобиля бензином с октановым числом выше требуемого не только нежелательна, но и приводит к преждевремменому износу двигателя.
Основным направлением развития топливного сектора стран ЕС и Америки является улучшение экологической обстановки, а не повышение эксплуатационных характеристик,
таких как октановое число. Выпуск бензина Регуляр с октановым числом 92 не планируется прекращать. В США для улучшения экологических характеристик бензинов выбрали стратегическое направление производства ре-формулированных бензинов. В штате Калифорния была разработана жесткая программа производства и применения реформулирован-ного бензина — California Air Resources Board (CARB - I, CARB - II).
Повышение экологических характеристик достигается отказом от любых детонационных присадок и снижением содержания в топливах бензола и суммы ароматических углеводородов, дабы снизить количество выбросов в атмосферу при хранении, транспортировке и заправке, а также понизить токсичность продуктов сгорания при работе двигателей. В настоящее время требования по выбросу вредных веществ регулируется правилом 49 ЕЭК ООН и директивой 88/77 ЕС (табл. 3, 4, 5) 4.
Для того чтобы удовлетворить эти требования, сформулированы нормы мировой хартии к качеству бензинов и дизельных топлив представленных в табл. 6, 7 5.
Динамика некоторых показателей качества бензинов и дизельных топлив в России и за рубежом в сравнении с требованиями европейских стандартов представлены в табл. 8, 9 4, 6.
По-видимому, направлением развития топливного сектора России также должно стать снижение содержания в автобензинах: бензола с 5% об. до 1% об., ароматических углеводородов с 50% об до 35% об. В дизельных топливах: повышение цетанового числа с 48 до 55, снижение общей серы с 0.5% мас. до 0.0035% мас. и полициклических ароматических углеводородов не более 11% мас.
Из табл. 1 видно, что содержание бензола в бензинах класса 2 составляет — 5% об., а требование класса 3 по содержанию бензола — 1% об. Из этого можно сделать вывод, что лучше модернизировать технологию производства этих бензинов и снизить содержание бензола до 1% об., не отказываясь преждевременно от марок А-80 и АИ-92, которыми заправляет-
ся большинство транспортной техники. Для России эта задача существенно сложнее, чем для США и Европы, из-за различного набора процессов переработки нефти (табл. 10).
Как видно из табл. 10, большую часть бензинов в России и Европе получают на установках каталитического риформинга. В этих бензинах содержится большое количество ароматических и изопарафиновых углеводородов и практически не содержатся олефиновые углеводороды.
Однако разработки по получению бензинов с улучшенными экологическими свойствами имеются.
Так, например, учеными кафедры технологии нефти и газа Уфимского государственного нефтяного технического университета в 1970—1980 гг. разработан процесс РИГИЗ, который направлен на снижение содержания ароматических углеводородов, в том числе бензола. Суть этого процесса заключается
Таблица 3
Нормативные требования, предъявляемые к экологичности транспортных средств
Нормативные акты Выбросы загрязняющих веществ, г/кВт
СО СН N0* Твердые частицы
Правило 49 ЕЭК ООН 14.0 3.5 18.0 Не реглам.
Директива 88/77 ЕС 11.2 2.4 14.4 Не реглам.
ЕШ0-1 (с 1993 года) 4.5 1.1 8.0 0.36
ЕШ0-2 (с 1996 года) 4.0 1.1 7.0 0.15
ЕШ0-3 (с 1.10.2000 года) 2.0 0.6 5.0 0.1
ЕШ0-4(2003-2005гг.) 1.5 0.5 3.5 0.08
ЕШ0-5(2006-2009гг.) 1.0 0.5 2 0.05
Таблица 4
Динамика нормативных требований по токсичности легковых автомобилей
Нормы Тип двигателя Срок введения (Европа) Предельно-допустимые выбросы вредных веществ, г/км
СО СН N0* СН+ N0* Твердые частицы
ЕШ0-1 Бензиновый 1993 2.72 Не регла-ментир. 0.97 Не реглам.
Дизельный 2.72 0.97 0.14
ЕШ0-2 Бензиновый 1996 2.2 Не регла-ментир. 0.05 Не реглам.
Дизельный 1.0 0.7 0.08
ЕШ0-3 Бензиновый 2000 2.3 0.2 0.15 Не реглам. Не реглам.
Дизельный 1.0 1.0 0.08 0.3 0.025
ЕШ0-4 Бензиновый 2005 1.0 0.1 0.08 0.3 0.025
Дизельный 0.5 Не рег- лам. 0.25 Не реглам. Не реглам.
Таблица 5
Динамика нормативных требований по токсичности дизельных автомобилей
Нормы Срок введения (Европа) Предельно-допустимые выбросы вредных веществ, г/кВтч
СО СН N0* Твердые частицы
ЕШ0-1 1996 4 1.1 7 0.15
ЕШ0-2 2000 2.1 0.66 5 0.1-0.13
ЕШ0-3 2005 1.5 0.25 2 0.02
ЕШ0-4 2008 1.5 0.25 2 0.02
Требования мировой топливной хартии к качеству бензинов
Показатели EURO-2 EURO-3 EURO-4
1. Октановое число, не менее исследовательский метод 91 95 98 91 95 98 91 95 98
моторный метод 82 85 88 82.5 85 88 82.5 85 88
2. Индукционный период, мин., не менее 360 480 480
3. Массовая доля серы, %, не более 0.1 0.02 0.003
4. Концентрация свинца, г/дм3, не более 0.013 отсутствие
5. Концентрация марганца, железа, фосфора - отсутствие
6. Содержание ароматических углеводородов, %об., не более 50 40 35
7. Содержание бензола, %об., не более 5 2.5 1
8. Концентрация фактических смол, мг/100 см3 бензина, не более 5 5 5
9. Плотность при 15 0С, кг/м3 715-780 715-770 715-770
Таблица 7
Требования мировой топливной хартии к качеству дизельных топлив
Показатели EURO-2 EURO-3 EURO-4
1. Цетановое число > 48 > 53 > 55
2. Цетановый индекс > 45 > 50 > 52
3. Плотность при 15оС, кг/м3 820-860 820-850 820-840
4. Вязкость при 40оС, мм2/с 2.0-4.5 2.0-4.0 2.0-4.0
5. Содержание общей серы, %масс. < 0,5 < 0.03 < 0.003
6. Содержание ароматических углеводородов, %масс. - < 25 < 15
7. Содержание полициклических ароматических углеводородов - < 5 < 2
8. Температура, оС выкипания 90% выкипания 95% конца кипения < 370 < 340 < 355 < 365 < 320 < 340 < 350
9. Температура вспышки в закрытом тигле, оС > 55 > 55 > 55
10. Коксуемость 10% остатка, %масс. < 0.30 < 0.30 < 0.20
Таблица 8
Сравнительная характеристика показателей качества бензинов в России и США
Показатель Россия США
Нормаль - 80 Регуляр - 92 Премиум -95 Супер - 98 Обычный бензин США й ы ня на со О л 0 Я -0 ЇІ5 > 1 О Is 5 ое ■&Ю е Р Реформулированный бензин (сложная модель) CARB-I CARB - II
1. Содержание бензола, %об. 5 5 1.0 2 0.8 0.8 1.0 0.8
2. Содержание ароматических углеводородов, %об. - - 42.0 32.0 27.0 25.0 25.0 22.0
3. Содержание олефиновых углеводородов, %об. - - 18.0 9.5 8.5 8.5 6.0 4.0
4. Содержание кислорода, %об. - - 2.7 Не регламен- тируется 2 2 2 Не регламен- тируется
5. Содержание серы, ppm 500 500 150 339 130 130 40 30
Сравнительная характеристика показателей качества дизельных топлив в России и за рубежом
Показатель Россия (ГОСТ 305-82) CEN AGO RF73 Swedich С1эбб 1
Летнее Зимнее Арктическое (Великобритания) (Швеция)
1. Плотность при 15 °С, кг/м3 860 840 830 837 814
2. Фракционный состав, °С: - 50% 280 280 255 269 231
- 96% 360 340 330 368 293
3. Цетановое число 45 45 45 50 58
4. Вязкость при 20 оС, мм2/с 3.0-6,0 1.8-5.0 1.5-4.0 2.823 1.903
5. Содержание серы, % мас. 0.2 0.2 0.2 0.05 0.001
Таблица 10
Компонентный состав бензинового фонда России, США и Европы 7
Показатели Россия США Европа
Общий объем бензинового фонда, млн т в год 24 330 130
Компонентный состав, %об.
Бутаны 5.7 7 5
Риформат 54.1 34 48.2
Фр. кат. крекинга 20 35.5 27
Изомеризат 1.5 5 5
Алкилат 0.3 11.2 5
Оксигенаты 0.2 3.6 2
Бензиновая фракция гидрокрекинга 13.3 3.1 7.3
Фр.термических процессов 4.9 0.6 0.5
Содержание АУ (общее) 42 31 39
в следующем: риформат подвергается ректификации с выделением головной фракции н.к. — 85 оС. Фракция н.к. — 85 оС, содержащая 22—25 % ароматических углеводородов, в том числе основную часть (до 95%) бензола, подвергается гидроизомеризации на платиновом катализаторе; в результате бензол полностью гидроизомери-зуется практически без снижения октанового числа. Смешением гидроизомеризата с остаточной фракцией 85 оС — к.к. получают высокооктановый базовый компонент автомобильных бензинов с улучшенными экологическими показателями. Однако этот процесс в промышленности еще не реализован. По прошествию времени аналогичные технологии появились и за рубежом: «Бенсат», «Пенекс-Плас», «Ал-кимакс» фирм ЮОП, ФИН, которые нашли применение в промышленном масштабе 8.
Надеемся, что задача по выпуску моторных топлив, удовлетворяющих требованиям ЕВРО-3, ЕВРО-4, будет решена с помощью отечественных разработок.
Литература
1. Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судоому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 г. №118.
2. Никитина Е. А., В. Е. Емельянов, Булатников В. В. Обсуждение проекта новой редакции ГОСТ Р 51105 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин» / / Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний.— 2007.— №2.— С. 2.
3. Классный бензин // Нефтегазовая вертикаль.— 2008.- №11.- С. 32.
4. Бойченко С. В., Черняк Л. Н. Эколого-энерге-тические аспекты системы топливообеспечения транспортного сектора // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компани».- 2007. — №4.— С. 35.
5. Ахметов С. А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива. Учебное пособие.— СПб: Недра, 2007.— 312 с.
6. Крылов И. Ф., Емельянов В. Е. Лекция 7— Ал-тернативные дизельные топлива // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний.— 2007.— №1.— С. 40.
7. Матузов Г. Л., Ахметов А. Ф. Пути производства автомобильных бензинов с улучшенными экологическими свойствами // Баш. хим. ж.— 2007.— Том 14.— №2.— С.121.
8. Абдульминев К. Г., Ахметов А. Ф. Перспективы исследования технологии автомобильных бензинов с улучшенными экологическими показателями // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения».— 24— 25 октября 2006 (Левинтерские чтения). — Самара.— С. 21.
