CC BY
186
УДК 665.6:665.733.5
Г. Л. Матузов, А. Ф. Ахметов
Развитие производства автомобильных бензинов в России
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1, кафедра ТНГ; тел. (347) 242-07-12
Рост автомобильного парка и связанное с ним увеличение загрязнения окружающей среды предъявляют все более жесткие требования к качеству вырабатываемых бензинов в части их экологических свойств. Целью данной работы является историко-технический анализ становления и развития производства автомобильных бензинов и ароматических углеводородов, а также анализ изменения требований, предъявляемых к качеству современных автомобильных бензинов.
Ключевые слова: история развития, двигателе-строение, бензины, требования, методы оценки, нефтепереработка, нефтехимия, технологические процессы, усовершенствование, качество, тенденции производства.
В начале XX века нефтепереработка развивалась стремительно. В 1915 г. в России было уже около 70 нефтеперегонных заводов. Основными продуктами перегонки были керосин (для освещения) и мазут (для отопления). Легкие фракции, не находящие применения, сжигали или выливали в ямы. Появление автомобилей резко изменило отношение к «ненужному» бензину, самой актуальной задачей стало выделение из нефти максимального количества легкокипящих бензиновых фракций 1~3'10. На заводах происходит реконструкция процессов перегонки нефти, и основными нефтепродуктами становятся автомобильный бензин, тракторный керосин и котельное топливо. Так, в 1932 г. удельный вес потребления бензина и керосина составил 18.55 и 12.3 %, соответственно, а в 1938 г. — вырос до 27.1 и 23.7 %.
Первоначально практически единственным свойством, определяющим качество бензина, служил его удельный вес (плотность). Затем была введена оценка бензинов путем разгонки по узким углеводородным фракциям (фракционный состав). Методы определения антидетонационных свойств бензинов, характеризующих плавность и экономичность работы двигателя при использовании бензина, начали применять в 1930-х гг. Так, сначала была разработана методика определения бензольного
числа бензина. Данная методика основывалась на следующем принципе: антидетонационную способность исследуемого топлива, определяемую на лабораторном одноцилиндровом моторе, сравнивали с характеристиками стандартных смесей индивидуальных углеводородов — бензола и н-гептана. Таким образом, бензольное число бензина определялось как содержание бензола (в %) в идентичной ему по антидетони-рующей способности смеси бензола и н-гепта-
на
3, 9, 12
Методика определения октанового числа получила распространение во второй половине 1930-х гг. Она отличалась от предыдущей только использованием в стандартных смесях вместо бензола изооктана (2,2,4-триметилпен-тана). Так как бензол имеет более высокую антидетонационную способность, то октановое число образца получается ниже его бензольного числа (на 15—20 единиц).
В дальнейшем с развитием автомобильной техники для высокофорсированных двигателей испытание по определению октанового числа проводится при повышенной частоте оборотов, этот метод определения октанового числа был назван исследовательским.
Первоначально бензины получались фракционированием нефти, то есть применялись прямогонные бензины. Исключением являлись авиационные бензины, которые получали компаундированием с индивидуальными углеводородами, чаще всего бензолом. Поэтому с первых лет использования бензина в качестве топлива для карбюраторных двигателей стояла задача повышения октановых характеристик прежде всего тяжелых углеводородов (С7—С11)3,17.
Получение бензинов с высокой детонационной стойкостью путем «физического» фракционирования нефти оказалось возможным только при использовании сырья с высоким содержанием циклоалкановых и ареновых углеводородов, как, например, Бакинских неф-тей. Большинство остальных нефтей состояли в основном из предельных углеводородов с большей долей алканов. Октановые числа пря-могонных бензиновых фракций составляли
Дата поступления 10.04.07
всего 40—55 единиц, что привело к необходимости разработки и внедрения новых процессов, позволяющих изменять химический состав топлив.
В СССР уже в 1950-х гг. была разработана и усовершенствована технология защелачи-вания, которая применяется и сегодня для очистки прямогонных и вторичных бензинов. В то же время в основе получения авиабензинов были такие процессы, как алкилирование изобутана олефинами, олигомеризация олефи-нов и др. Освоение каталитического облагораживания прямогонных бензинов (включая гидроочистку) в СССР началось с 1955—1957 гг., однако, полный переход к каталитической технологии конверсии углеводородов С5—С11 пря-могонного происхождения был осуществлен только в 1980-х гг. 8' 12.
Разработка и совершенствование процессов каталитического риформинга с получением продуктов с высоким содержанием высокооктановых ареновых углеводородов начиная с 1950-х гг., сделала эти процессы основой технологии производства прямогонных бензинов. Преимущества каталитической переработки по сравнению с термическими процессами такие: выше октановое число (от 70 по м.м. и выше), ниже выход побочных продуктов (газа), отсутствие диенов и, вследствие, выше химическая стабильность получаемого катали-зата, а также возможность получения водород-
содержащего газа, который может использо-
11 20 25
ваться в гидрогенизационных процессах ' ' .
В СССР развитие технологии каталитической ароматизации, создание эффективных катализаторов обеспечивало запас по октановому числу, что наряду с применением октано-повышающих присадок позволяло обходиться без каталитической конверсии углеводородов С5-Сб 13,14.
Как за рубежом, так и в СССР, в связи с необходимостью дальнейшего повышения октанового числа бензинов наряду со снижением применения тетраэтилсвинца (ТЭС), использование прямогонной легкой бензиновой фракции в качестве компонента товарного топлива уже не позволяло получать бензин требуемого качества. Для решения этой проблемы была реализована схема адсорбционного выделения на цеолитах нормальных алканов из фракции углеводородов С5—С6, позволяющая получать из нее денормализат с октановым числом по моторному методу порядка 78—83 пунктов и алканы нормального строения чистотой до 98% и выше для нефтехими-
14 15
ческой промышленности 14' 15.
Однако данная технология не нашла широкого применения. Поэтому возникла необходимость в процессах химической конверсии углеводородов С5—С6 с целью повышения октанового числа, какими стали процессы каталитической изомеризации, широко внедренные в промышленно развитых странах в 1950-х гг. 7 13.
С 1980-х годов в связи с ужесточением экологических требований начали вводить ограничения на содержание бензола в бензине (рис. 1), в некоторых странах до 1% об., а в перспективе ожидается, что стандарты на бензины потребуют полного удаления бензола и снижения содержания ареновых углеводородов до 35% и ниже 15-17, 24.
Первые технологии получения бензинов с содержанием бензола до 1% были разработаны в конце 1970-х гг. в Уфимском нефтяном институте (ныне Уфимский государственный нефтяной технический университет) — процесс РИГИЗ. В данном процессе предусматривается выделение легкой фракции катализата ри-формига жесткого режима, содержащей бензол, с последующей ее гидроизомеризацией на алюмоплатиновом катализаторе, промотиро-ванном фтором или хлором. Бензол при этом
4 5 17 24
превращается в метилциклопентан 4' 5' "' 24.
Внедрение таких процессов на нефтеперерабатывающих предприятиях, расширение разработки и освоение производства автомобильных бензинов, удовлетворяющих современным экологическим требованиям — путь решения в производстве автомобильных бензинов с улучшенными экологическими показателями.
Переход к выпуску таких автомобильных бензинов в России затруднен структурой нефтеперерабатывающей промышленности, существенно отличающейся от США и Европы.
В целом по динамике развития нефтедобычи, нефтепереработки и бензинового фонда можно отметить следующее: мощности по производству бензинов в различных регионах в 2005 г. составляли: по каталитическому ри-формингу и алкилированию в США — 45.2%, в странах Евросоюза — 53.2%, в Азиатско-Тихоокеанском регионе — 21% на перерабатываемую нефть, а по каталитическому крекингу и гидрокрекингу 38.6, 34.3 и 20.5 % соответственно 20' 25.В состав бензинов, выпускаемых в Российской Федерации, входит наибольшее количество бензинов каталитического рифор-минга — 54.1% об. Доля бензинов каталитического крекинга составляет всего 20% доли изомеризата, алкилата и оксигенатов также
Бензин А-56 Бензин А-66
Этилированный
Конец 1950-х гг. — начало 1960-х гг.
Бензин А-66 (87%) Бензин А-72
Этилированный
На передовых НПЗ, имеющих установки 35—5 (или 35—11),
доля бензинов А-72 была несколько выше — 25—30 %
Бензин А-66 Бензин А-72
Этилированный
Конец 1960-х гг.- начало 1970-х гг.
Бензин А-66 Бензин А-72 Бензин А-76
Этилированный
Конец 1970-х гг.- начало 1980-х гг.
Бензин А-72 Бензин А-76 Бензин АИ-91,92
Этилированный Не этилированный
1990-е гг.
Бензин А-76 Бензины АИ-91,92,93 Бензин АИ-95,98
Этилированный Не этилированный
Историческая динамика развития бензинового фонда в СССР
Рис. 1.
значительно ниже, чем в странах Запада, и составляют 1.5, 0.3 и 0.2 % 6 20.
Поэтому задача снижения содержания бензола и ароматических углеводородов в получаемых бензинах наиболее актуальна и требует как научного, так и технического решения.
Литература
1. Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. / Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов.— 1980.— Ч. 2.— 328 с.
2. Калиманов Д. А., Иванников В. М. Эксплуатация реформинг-установки.— Уфа: УНПЗ, 1938.- 109 с.
3. Везирова Н. Р. История развития промышленных процессов конверсии нефтяных углеводородов С5—С11 (на примере Уфимской группы НПЗ). Дис ... канд. техн. наук.— Уфа.— 2003.— 146 с.
4. Стром Д. Н. // Новости нефтяной техники.-1950.— Вып. 2. — С. 10.
5. Стром Д. Н. // Новости нефтяной техники.— 1950.— Вып.5.— С. 23.
6. Дорошинская С. // Новости нефтяной техники.— 1953.— Вып.1.— С. 10.
7. Целконогов И., Карачурчи В. // Новости нефтяной техники.— 1953.— Вып. 4.— С. 8.
8. Леонтьев Б. // Новости нефтяной техники.— 1954.— Вып. 6.— С. 22.
9. Рожков И., Корнилова Е. // Новости нефтяной техники.—1954.— Вып. 6.— С. 19.
10. Дрангулян А. М. // Новости нефтяной техники.— 1957.— Вып. 5.— С. 24.
11. Фокин В. А., Глинчак С. И., Массаров С. В., Сафонова С. Г. // ХТТМ.— 1987.— №4.— С. 25.
12. Опыт работы установок каталитического ри-форминга и гидроочистки. ЦНИИТЭнефтегаз:
Материалы совещания.— Новокуйбышевск.— 1956.— 192 с.
13. Мурский Я. В., Дорогочинский А. З., Мегедь Н. Ф. // Нефтепереработка и нефтехимия. — 1967.— №4.— С. 22.
14. Картер К. П. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.— 1978.— №2.— С. 45.
15. Силин А. Д., Рожков И. // Нефтепереработка и нефтехимия.— 1962.— №1.— С. 45.
16. Ахметов А. Ф., Сайфуллин Н. Р., Абдульми-нев К. Г. и др. // Нефтепереработка и нефтехимия.— 1994.— №6.— С. 23.
17. Абдульминев К. Г., Ахметов А. Ф., Сайфул-лин Н. Р., Соловьев А. С., Абдуллахи Х. М. // Баш. хим. ж.— 2000.—Т. 7, №2.— С. 47.
18. Маслянский Г. Н., Георгиевский В. Ю., Розен-блит А. Б., Шипикин В. В. // ХТТМ.— 1980.— №1.— С. 3.
19. Яковлев А. А, Карманова Т. В. // ХТТМ.— 1984.— №6.— С. 23.
20. Каминский Э. Ф., Усманов Р. М., Проко-пюк А. С. и др. // Нефтепереработка и нефтехимия.— 2005.— №10.— С. 6.
21. Демьяненко Е. А., Сачивко А. В., Твердохле-бов В. П. и др. // ХТТМ.— 1993.— №6.— С. 3.
22. Технология производства реформулированного бензина. 1995. / Информационные материалы фирмы иОР.
23. Капустин В. М., Кукес С. Г., Бертолусин Р. Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР.— М: Химия, 1995.— 304 с.
24. Ахметов А. Ф. Разработка и исследование комбинированного процесса риформинга бензиновых фракций. Дис. канд. техн. наук.— Уфа, 1975.— 156 с.
25. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа.— Уфа: изд-во «Гилем», 2002.— 671 с.
