Палива на основі нафтопродуктів

Вимоги до якості палив постійно підвищуються. Насамперед це стосується вмісту сірки (у всіх видах нафтопродуктів), ароматичних вуглеводнів (у бензинах, дизельних паливах), бензолу, олефінів і летких вуглеводнів фракцій С4 і С5 (у бензинах). Норми на автомобільні бензини в США і, зокрема, у штаті Каліфорнія, представлені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 Федеральні та каліфорнійські специфікації на бензини у США

Показник | Федеральні норми | Каліфорнійські норми

Існуючі | Перспективні | Середні | Максимальні

Тиск насиченої пари за Райдом, кПа, не більше | 59 | 48 | 48 | 48

Вміст, %, (об.)

Олефінів, не більше | 9,2 | 8,0 | 4,0 | 6,0

Ароматичних вуглеводнів, не більше | 32 | 28 | 22 | 25

Бензолу, не більше | 1,5 | 1,0 | 0,8 | 1,0

Сірки, не більше | 0,034 | 0,01 | 0,003 | 0,004

Вміст кисню, % (об.)

Мінімально | - | 2,0 | 1,8 | 1,8

Максимально | - | 2,7 | 2,2 | 2,2

У західноєвропейських країнах вимоги до бензинів наближаються до американського. Нижче наведені норми стандарту ВЛ-228 на неетилований автомобільний бензин у країнах ЄЕС:

Густина при 15°С, кг/м2 730-780

Октанове число, не менше:

моторний метод 85

дослідницький метод 95

Вміст, не більш:

свинцю, г/л 0,013

сірки, % мас. 0,1

бензолу, % об'ємн. 0,5

фактичних смол, мг/100 дм3 0,5

У таблиці 3.2 приведені данні про норми на дизельне паливо в Каліфорнії (введені в 1993 р.) і екологічно чисті палива у Швеції (введені в 1991 р.). Шведські норми найбільш тверді, але одночасно у Швеції використовується і дизельне паливо класу 3, близьке за якістю до палива Л-0,2.

Ускладненні вимоги вступають у протиріччя з якістю сировини для виробництва палив. По-перше, змінюються характеристики нафт, що добуваються. По-друге, з поглибленням процесу переробки нафти в паливному балансі збільшується кількість нестабільних фракцій вторинного походження, що містять багато неграничних вуглеводнів, гетероатомних сполук і металів. Іноді стає важким фракційний склад палив.

Таблиця 3.2 Вимоги до якості дизельних палив у Каліфорнії і Швеції

Показник | Каліфорнія | Швеція

Кл.1 | Кл.2

Температура, С

Н.к., не нижче | 170 | 180 | 180

Википає 90%, не вище | 320 | - | -

Википає 95%, не вище | - | 285 | 295

Вміст, %, не більше

Сірки | 0,05 | 0,001 | 0,005

АВ* | 10 | 5 | 20

ПАВ** | 1,4 | 0,02 | 0,1

Мінімальне цетанове число | 48 | 50 | 47

Густина при 15С, кг/м3 | 830-860 | 800-820 | 800-820

*ароматичні вуглеводні

**поліциклічні ароматичні вуглеводні

Історично склалося так, що спочатку добували малосірчисті нафти, а пізніше почали експлуатувати родовища з великим вмістом сірки. У 2010 р., за прогнозами нам доведеться мати справу з нафтами, що містять на 20 -- 50% сірки більше, ніж сьогодні. Гарною ілюстрацією цьому може бути історія розробки нафтових родовищ у Росії: у минулому столітті нафти, що добувають, містили 0,07-0,4% сірки (Апшерон, Грозний), сьогодні із Західного Сибіру надходить нафта, що містить до 2% сірки, а концентрація сірки в поволзькій нафті ще вище і досягає в окремих випадках 5%.

Що стосується глибини переробки нафти, то вона дозволяє істотно збільшити кількість світлих фракцій у паливному балансі. На початку 1990-х років глибина переробки нафти в технічно розвитих країнах склала 82-92%, а в Росії -- 65%., в Україні -- 53-54% При глибині переробки 92% вихід моторних палив складає 78-79% на нафту, а при 65% - на третину менше.

За умови стабілізації і навіть зниженні темпів видобутку нафти, збільшення виходу світлих фракцій -- насущна задача для України. Вона обумовлюється розвитком процесів деструктивної переробки важких нафтових залишків, насамперед, каталітичного крекінгу.

Октанове число (ОЧ) -- умовний показник, що характеризує здатність палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим запаленням. Воно визначається на спеціальних установках шляхом порівняння характеристик горіння випробуваного палива й еталонних сумішей ізооктану з н-гептаном. Випробування протікають у двох режимах: твердому (частота обертання колінвалу 900 хв-1, температура всмоктуваної суміші 149°С, змінний кут випередження запалювання ) і м'якому (600 хв-1, температура всмоктуваного повітря 52°С, кут випередження запалювання 13°). Одержують відповідно моторне і дослідницьке октанове числа (ОЧМ і ОЧД). Різниця між ними називається чутливістю і характеризує ступінь придатності бензину до різних умов роботи двигуна. Вважають, що ОЧД краще характеризує бензини при їзді в міських умовах, а ОЧМ -- в умовах високих навантажень і швидкостей. Середнє арифметичне між ОЧД й ОЧМ називають октановим індексом прирівнюють до дорожнього октанового числа, що нормується стандартами деяких країн (наприклад, США) і вказується на бензоколонках як характеристика палива, що продається.

При виробництві бензинів змішанням фракцій різних процесів важливе значення мають т.зв. октанові числа змішання (ОЧЗ), що відрізняються від дійсних октанових чисел окремих компонентів. Октанові числа змішання залежать від природи нафтопродукту, його вмісту в суміші й деяких інших факторів. У парафінових вуглеводнів ОЧЗ вище дійсних ОЧ, а в ароматичних залежність більш складна. Різниця може перевищувати 20 пунктів. Октанове число змішання важливо враховувати при додаванні в паливо оксигенатів: спиртів і ефірів.

До початку 1970-х років проблема підвищення октанового числа бензину вирішувалася винятково за рахунок застосування етилової рідини, що містить тетраетилсвинець (ТЕС). На рис. 3.2 представлені дані про середній вміст свинцю й октанові числа регулярних автомобільних бензинів США. Впровадження каталітичних нейтралізаторів, чутливих до наявності свинцю, привело до необхідності перегляду технічної політики в різних країнах. Були розроблені програми переходу на неетиловані