CC BY
29
Смирнова Т. Б., Темерева И. В.Рецептурно-технологическое обоснование состава и качества бензина марки Супер Евро-98 производства АО «Газпромнефть - ОНПЗ»// Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2020 - № 1 (20) январь - март - URL http://e-journaLomgau.ru/images/issues/2020/1/0081Lpdf. ISSN 2413-4066
УДК 66.092.094.25
Смирнова Татьяна Борисовна
Канд. с.-х. наук, доцент
СКИТУ (филиал) ФГБОУВО
«МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ)», г. Омск
renpiorhin@yandex .т
Темерева Ирина Владимировна
Старший лаборант
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск
iv.temereva@omgau.org
Рецептурно-технологическое обоснование состава и качества бензина марки Супер Евро-98 производства АО «Газпромнефть - ОНПЗ»
Аннотация. Современный автомобильный бензин XXI века должен сочетать в себе потребительские свойства, отвечающие как требованиям экологического законодательства, так и уровню развивающейся автомобильной техники. Борьба с загрязнением атмосферы от выхлопных газов растущего парка автотранспорта продолжит оказывать в ближайшем будущем огромное воздействие на характеристики бензина и способы его производства. В статье предложен вариант модифицированной рецептуры бензина марки Супер Евро-98 на основе эмпирического расчета с выходом на требования стандарта Евро-4.
Ключевые слова: бензин, стандарт, рецептура, компаундирование, бензол.
Бензины - топлива, предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением. Бензины находят широкое применение в сельскохозяйственной промышленности, авиации, как растворитель лакокрасочных материалов и для других бытовых нужд.
К технологическим процессам, в которых получаются бензиновые фракции, используемые в качестве компонентов бензинов, относятся: первичная перегонка нефти; каталитический крекинг; каталитический риформинг; сернокислотное алкилирование; изомеризация; термокрекинг; висбрекинг; замедленное коксование; пиролиз; гидрокрекинг; гидроочистка; газофракционирование [1].
Компонентный состав бензина зависит от его марки. На АО «Газпромнефть-ОНПЗ» производят бензины различных марок: Нормаль-80 (АИ-80-К5), ГОСТ Р 51105-97; Регуляр-92 (АИ-92-К5), ГОСТ Р 51105-97; Премиум Евро-95 (АИ-95-К5), ГОСТ Р 51866-2002; Супер Евро-98 (АИ-98-К5), ГОСТ Р 51866-2002 и др. [2].
Буквы АИ обозначают автомобильный бензин; цифры (80, 92, 95 и 98) - октановое число автомобильного бензина, определенного исследовательским методом; символы К3, К4, К5 - экологический класс бензина.
Среди большого ассортимента автомобильных бензинов, широко востребованным является марка Супер Евро-98. Бензин предназначен для использования в качестве моторного топлива на транспортных средствах с бензиновыми двигателями, сконструированными для работы на неэтилированном бензине.
Объемы выпуска моторных топлив увеличиваются из года в год, что обусловлено развитием транспортной сети и расширением автомобильного парка. Нефтеперерабатывающая промышленность всего мира сталкивается с жесткими экологическими требованиями к качеству выпускаемых продуктов.
Основными источниками вредных выбросов являются моторные топлива. Выбросы тем менее опасны, чем меньше содержится в топливах серы, азота и ароматических соединений, которые относятся к экологическим характеристикам бензина [3].
Все законодательные инициативы, жестко регламентирующие экологические показатели качества топлив, в итоге направлены на снижение токсичности транспортных средств. В соответствии с концепцией развития отечественного автомобилестроения заводы выпускают автомобили, отвечающие введенным стандартам, однако, основная масса автопарка (50%) имеет возраст свыше 10 лет и только 19% - до 5 лет. Борьба с загрязнением атмосферы от выхлопных газов растущего парка автотранспорта продолжит оказывать в ближайшем будущем огромное воздействие на характеристики бензина и способы его производства. В связи с этим, стоит проблема насыщения рынка топливом востребованного качества [4, 5].
Цель исследования - повышение экологической безопасности бензина. В связи с поставленной целью, были определены следующие задачи:
- модифицировать рецептуру бензина Супер Евро-98 эмпирическим расчетом с выходом на требования стандарта Евро-4;
- провести аналитический контроль экспериментального образца.
Методологическая база:
- теоретический анализ; -эмпирический метод;
- методы аналитического контроля.
В настоящее время существует более десятка ГОСТов, регламентирующих различные качественные показатели бензинов. В отношении автомобильного бензина действуют европейские стандарты. В таблице 1 приведены основные требования к эксплуатационным и экологическим характеристикам законодательства Западной Европы [6].
Таблица 1 - Требования к автомобильным бензинам
Наименование показателя Евро-4 (класс 4)
ОЧММ (октановое число (ОЧ) по, моторному методу (ММ), не менее Супер Евро-98: 88 Премиум Евро-95: 85 Регуляр Евро-92: 83
ОЧИМ (октановое число (ОЧ) по, исследовательскому методу (ИМ), не менее Супер Евро-98: 98 Премиум Евро-95: 95 Регуляр Евро-92: 92
Концентрация свинца, мг/дм3, не более Отсутствие
Концентрация смол, мг/100 см3 не более 5,0
Плотность при 150С, кг/м3 720-775
Объемная доля оксигенатов, % не более: метанол этанол изопропиловый спирт трет-бутиловый спирт эфиры другие оксигенаты Отсутствие 5 10 7 15 10
Максимальное содержание: бензола, % 1,0
серы, ррт 50
ароматических углеводородов, % 35
олефиновых углеводородов, % 18
кислорода, % 2,7
Давление насыщенных паров, кПа, не более 60
Наличие моющих присадок Обязательно
Соответствие бензина европейскому стандарту имеет целью соблюдение экологических требований на территории Российской Федерации, открывает возможность унификации российских и европейских требований к топливу, стимулирует производителей к вложениям в нефтеперерабатывающее производство для получения качественного топлива. В таблице 2 приведены основные характеристики бензина Супер Евро-98 по ГОСТ Р 51866-2002 (с изменениями).
Таблица 2 - Физико-химические и эксплуатационные показатели бензина _Супер Евро-98_
Наименование показателя Класс 4
ОЧММ (октановое число, моторный метод) 88
ОЧИМ (октановое число, исследовательский метод) 98
Концентрация РЬ, г/л, не более отсутствует
Концентрация Мп, мг/л, не более отсутствует
Концентрация фактических смол, мг/100 см3, не более 5
Индукционный период бензина, мин, не менее 360
Массовая доля серы, мг/кг, не более 50
Объёмная доля бензола, %, не более 1,0
Испытания на медной пластине Класс 1
Внешний вид Чистый Прозрачный
Плотность при 15 °С 720-775
Примерный компонентный состав автомобильного бензина Супер Евро-98 приведен в таблице 3.
_Таблица 3 - Средний компонентный состав бензина Супер Евро-98_
Показатели, % объма Супер Евро-98
Бензин риформинга 25-88
Крекинг бензин 10-20
Изомеризат 15-50
Толуол 10-15
Метил-трет-бутиловый эфир (МЭТБ) 10-15
Предложение по модернизации: ввести в состав бензина Супер Евро-98 газовый бензин с целью стабилизации содержания бензола в его составе при сохранении требуемого стандартами октанового числа.
Газовый бензин получают из природного газа. Содержит значительное количество пропана и бутана. В результате удаления пропана получают стабильный газовый бензин (в составе практически отсутствуют такие ядовитые компоненты, как бензол, дурол и изодурол). Применяется в качестве сырья в нефтехимической промышленности, на заводах органического синтеза, а также для получения бензина с заданными свойствами [7, 8].
Концентрации бензола в бензиновых компонентах были определены в лаборатории Омского нефтеперерабатывающего завода с помощью инфракрасного спектрофотометра с Фурье-преобразованием «Paragon 1000».
Для приготовления калибровочных, верификовочных и проверочных стандартов используются индивидуальные ароматические углеводороды производства АО «Газпромнефть - ОНПЗ» - бензол, толуол, пара-, орто-, мета-ксилолы с массовыми долями основного вещества более 99%. Для того, чтобы минимизировать испарение легких компонентов, необходимо охладить все химические вещества и топлива, используемые для приготовления стандартов.
Массовая доля бензола в бензине определяется автоматически по высоте пика графика. Для преобразования стандартов для калибровки и квалификации в % объема используют формулу 1:
¥ь = Мъ (о,/0,8844), (1)
где ¥ъ -концентрация бензола, % объема; Мъ - концентрация бензола, % массовый;
О, - относительная плотность при 15,560С испытуемого, калибровочного или квалификационного стандарта.
Результаты анализа по данным лаборатории нефтеперерабатывающего завода представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Содержание бензола в компонентах бензина
Компонент бензина Содержание бензола,%
Газовый бензин 0,23
Крекинг-бензин 0,59
Бензин риформинга 6,48
Каждый из бензиновых компонентов характеризуется рядом показателей, значимых для оценки эксплуатационных характеристик конкретной бензиновой фракции [9, 10]. Оценить качество бензиновых фракций, используемых в рецептуре бензинов можно при анализе таблицы 5.
Таблица 5 - Характеристики бензиновых компонентов
Наименование показателя Газовый бензин Крекинг-бензин Бензин риформинга Изомеризат Коксовый бензин Прямогонный бензин Гидрочищенный бензин Метил-трет-бутиловый эфир Толуол
Плотность при 150С, кг/м3 638 738 810 650 724 711 753 746 866
Октановое число -моторный метод -исследовательский метод 65,5 66,1 80,7 91,5 90,4 102 89 92 68,4 76 60 62 не меняется 100 117 109 120
Содержание серы, ррт, не более 61 109,0 0,14 0,3 4100 до 20 50 - -
Объемная доля бензола,% 0,03 0,59 6,48 0 0,25 5,39 - - -
Объемная доля олефинов,% - 29 1,2 0 35,3 0,04 - - -
Объемная доля аренов, % 0,21 25,3 79 0 5,2 до 19 - 0 100
Процесс компаундирования бензина заключается в том, чтобы на основании эмпирического подсчета из ряда бензиновых компонентов приготовить требуемое топливо. При компаундировании наиболее важными показателями, характеризующими моторное топливо, является октановое число, фракционный состав, давление насыщенных паров, химический состав. При современных экологических требованиях к бензинам на передний план выходят содержание серы и бензола [11]. Для расчета состава приготовляемого моторного топлива используются различные формулы, основанные на правиле аддитивности.
1. Расчет октанового числа по исследовательскому методу (ОЧИМ) проводился по формуле 2:
ОЧИМ = Ар ■ хр + Ак ■ хк + Аи ■ хи + Аа ■ ха + Амтбэ ■ Хмтбэ + 4 ■ хг + Ат • хт, (2) где Ар - октановое число бензина риформинга;
Ак - октановое число бензина каталитического крекинга после гидроочистки;
Аи - октановое число изомеризата; Аа - октановое число бензина алкилирования; Аг - октановое число газового бензина; Ат - октановое число толуола;
Амтбэ - октановое число метил-трет-бутилового эфира;
х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы.
ОЧИМ = 102 • 0,12 + 91,5 • 0,15 + 92 • 0,012 + 96,1 • 0,39 +117 • 0,14 + 66,1 • 0,04 +120 • 0,04 = 98,3
2. Расчет октанового числа по моторному методу (ОЧММ): ОЧММ = 90,4 • 0,12 + 80,7 • 0,15 + 89 • 0,12 + 92,7 • 0,39 +100 • 0,14 + 65,5 • 0,04 +109 • 0,04 = 90,7
3. Расчет плотности (р, кг/м ):
р = р • хр + рк • хк + Ри • хи + Ра • ха + Рг • хг + Рт • хт + РМТБЭ • хМТБЭ, (3)
где рр - плотность бензина риформинга;
рк - плотность бензина каталитического крекинга после гидроочистки;
ри - плотность изомеризата;
ра - плотность бензина алкилирования;
рг - плотность газового бензина;
рт - плотность толуола;
рМТБЭ - плотность метил-трет-бутилового эфира;
х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы.
рт= 810• 0,12 + 738• 0,15 + 650• 0,12 + 697 • 0,39 +146• 0,14 + 638• 0,04 + 866• 0,04 = 722,3 кг/м3
4. Расчет содержания серы, Бррт:
Б = Бр • хр + Бк • хк + Би х и + 8а- х а + Бг • хг + Бт • хт + Бмтбэ • хмтбэ, (4) где Бр - содержание серы в бензине риформинга;
- содержание серы в бензине каталитического крекинга после гидроочистки; Би - содержание серы в изомеризате; Ба - содержание серы в бензине алкилирования; Бг - содержание серы в газовом бензине; Бт - содержание серы в толуоле;
Бмтбэ - содержание серы в метил-трет-бутиловом эфире; х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы. Я98 = 0,14 • 0,12 + 50 • 0,15 + 0,12 • 0,3 + 70 • 0,39 + 0 + 61 • 0,04 + 0 = 37,29 ррт 5. Расчет содержания бензола (Б,%):
Б = Бр • хр + Бк • хк + Би • хи + Ба • ха + Бг • хг + Бт • хт + Бмтбэ • хМТБЭ, (5) где Бр - содержание бензола в бензине риформинга;
Бк - содержание бензола в бензине каталитического крекинга после гидроочистки;
Би - содержание бензола в изомеризате;
Ба - содержание бензола в бензине алкилирования;
Бг - содержание бензола в газовом бензине;
Бт - содержание бензола в толуоле;
БМТБЭ - содержание бензола в метил-трет-бутиловомэфире; х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы. Б = 6,48 • 0,12 + 0,59 • 0,15 + 0 + 0,12 • 0 + 0,04 • 0,231 + 0 + 0 = 0,87% 6. Расчет содержание аренов (Лг,%),
Аг = Лгр • хр + Лгк • Хк + Лги • хи + Лга • ха + ЛГг • хг + ЛГт • хт + ЛГмтбэ • хМТБЭ, (6) где Лгр - содержание бензола в бензине риформинга;
Лгк - содержание аренов в бензине каталитического крекинга после гидроочистки;
Лги - содержание аренов в изомеризате;
Лга - содержание аренов в бензине алкилирования;
Лгг - содержание аренов в газовом бензине;
Лгт - содержание аренов в толуоле;
Агмткэ - содержание аренов в метил-трет-бутиловом эфире; х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы. Ar = 79 • 0,12 + 25,31 • 0,15 + 0 + 0,15 • 0,12 + 0 + 0,214 • 0,04 +100 • 0,4 = 17,3% 7. Расчет содержания олефинов (Ol,%),
Ol = Olp • Xp + 01к • Хк + 01и • Хи + 01а • Ха + Olr • Xr + 01т • Хт + 01мТБЭ • ХмТБЭ, (7) где 01р - содержание бензола в бензине риформинга;
01к - содержание олефинов в бензине каталитического крекинга после гидроочистки;
01и - содержание олефинов в изомеризате;
01а - содержание олефинов в бензине алкилирования;
01г - содержание олефинов в газовом бензине;
01т - содержание олефинов в толуоле;
01МТБЭ - содержание олефинов в метил-трет-бутиловом эфире; х - содержание каждого компонента в бензине в долях от единицы. Ol = 1,2 • 0,12 + 29 • 0,15 + 0,12 • 0 + 0,39 • 0 + 0 + 0 + 0 = 4,49%
Лабораторный анализ экспериментального образца на содержание бензола показал результаты, близкие к расчетным: 0,92% объема и 0,87% объема (соответственно). По содержанию бензола, аренов, серы и величине октанового числа, образец удовлетворяет требованиям государственного стандарта к бензинам класса Евро-4 по основным эксплуатационным и экологическим характеристикам.
Таким образом, в результате эмпирического компаундирования установлен качественный и количественный состав модифицированного бензина марки Супер Евро-98, в рецептуре которого используется гидроочищенный бензин каталитического крекинга, понижающий содержание серы и газовый бензин, не увеличивающий содержание токсичного бензола.
Ссылки на источники:
1. Капустин В. М. Химия и технология переработки нефти / В. М. Капустин, М. Г. Рудин. - М.: Химия, 2013 - 495 с.
2. Ходяков А. А. Компонентный состав бензинов стандарта "Евро" / А. А. Ходяков, С. В. Хлопков, Р. Х. Ю. Абу-Ниджим // Автомобильная промышленность : ежемес. науч.-техн. журн. - 2020. - № 1. - С. 33 - 39.
3. Тимофеев В. С., Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: учебное пособие / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов, А. В. Тимошенко - М.: ВШ, 2010. - 408 с.
4. Хаджиев С. Н. Перспективные технологии для нефтепереработки и нефтехимии / С. Н. Хаджиев, В. М. Капустин, А. Л. Максимов // Экол. вестн. России : ежемес. науч.-практ. журн. - 2014. - № 9. - С. 26 - 33.
5. Булатников В. В. Об экологических и эксплуатационных характеристиках отечественного автомобильного бензина / В. В. Булатников, В. А. Хавкин // Экол. вестн. России : ежемес. науч.-практ. журн. - 2016. - № 2. - С. 22 - 23.
6. ГОСТ Р 51866-2002 (EH 228-2004) Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия. - Москва : Изд-во стандартов, 2002. - 2 с.
7. Галлямов М. А. К вопросу обеспечения безопасности при гидроочистке бензиновых фракций на нефтеперерабатывающих / М. А. Галлямов, В. С. Проскура // Безопасность жизнедеятельности : науч.-практ. и учеб.-метод. журн. - 2018. - № 6. - С. 23 - 26.
8. Вержичинская С. В. Химия и технология нефти и газа: учебное пособие / С.В. Вержичинская, Н. Г. Дигуров, С. А. Синицин. - М.: ФОРУМ, 2009 . - 400 с.
9. Савастенко Э. А. Возможности повышения эксплуатационной топливной экономичности бензинового двигателя / Э. А. Савастенко // Автомобильная промышленность : ежемес. науч.-техн. журн. - 2016. - № 2. - С. 4 - 5.
10. Емельянов В. Е. Моторные топлива : антидетонационные свойства и воспламеняемость. / В. Е. Емельянов, В. Н. Скворцов. - М. : Техника, 2006. - 191 с.
11. Оптимальное компаундирование бензинов / В. В. Поздяев, В. Е. Сомов, Н. В. Лисицын, Н. В. Кузичкин // М.: Нефтепереработка и нефтехимия. - 2002. - №10. - С. 53-57.
Tatyana Smirnova
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
SKITU (branch) MSUTM (FCU) named after K.G. Razumovsky, Omsk
Irina Temereva
Senior laboratory assistant FSBEIHE OmskSAU, Omsk
Compounding and technological justification of the composition and quality of Super Euro-98 gasoline produced by «Gazpromneft-ONPZ JSC»
Abstract. Modern automobile gasoline of the XXI century should combine consumer properties that meet both the requirements of environmental legislation and the level of developing vehicles. The fight against air pollution from the exhaust fumes of a growing fleet of vehicles will continue to have a huge impact on the characteristics of gasoline and how it is produced in the near future. The article offers a variant of a modified formula for Super Euro-98 gasoline based on an empirical calculation that meets the requirements of the Euro-4 standard. Keywords: gasoline, standard, formulation, compounding, benzene.
