Какие углеводороды содержатся в бензине
Химический состав бензинов характеризуют групповым
углеводородным составом, т. е. содержанием в них ароматических,
олефиновых, нафтеновых и парафиновых углеводородов.
Кроме углеводородов в бензине в незначительном количестве содержатся
гетероатомные углеводородные соединения, которые включают серу, кислород и азот.
Они попадают в бензин из перерабатываемой нефти, а кислородные соединения
образуются в процессе окисления углеводородов при хранении бензина.
Компоненты бензина не содержат металлоорганических соединений нефти, которые
концентрируются, как правило, в высококипящих фракциях.
С целью улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств автобензинов в
их состав в ограниченных количествах вовлекают кислородсодержащие компоненты
(простые эфиры и спирты), а также специальные антидетонационные присадки, в том
числе и металлсодержащие.
Для ограничения содержания антидетонационных присадок в спецификациях на
бензины предусмотрены максимально допустимые концентрации свинца, марганца,
железа.
Ограничения на химический и углеводородный составы автомобильных
бензинов:
А. Содержание серы.
Увеличение содержания сернистых соединений в бензине приводит к повышению
нагарообразования и износа деталей двигателя, старению моторного масла, а также
оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды как
непосредственно – выбросы оксидов серы, твердых частиц, так и косвенно –
снижение эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших
газов.
Б. Содержание ароматических углеводородов и в первую очередь
бензола.
Повышение содержания ароматических углеводородов в бензине, как правило,
ведет к соответствующему увеличению их в выбросах несгоревших углеводородов.
Существенно менее отчетливо выражена эта связь с концентрацией канцерогенных
полиароматических углеводородов: при увеличении ароматических углеводородов за
счет использования толуола в бензине не отмечается увеличения выбросов бенз
(альфа) пирена с отработавшими газами двигателя.
Одним из однозначно установленных последствий повышения содержания
ароматических углеводородов в бензине является увеличение выбросов в окружающую
среду бензола. Проведенными исследованиями установлено, что существует линейная
зависимость между содержанием бензола в бензине и его концентрацией во всех
видах выбросов несгоревших углеводородов: отработавших газах, испарениях из
топливной системы; при заправке автомобиля топливом. Для автомобилей,
не
оборудованных каталитическим нейтрализатором, основным источником выбросов
бензола в атмосферу являются отработавшие газы (около 70%), меньшую роль играет
поступление с испарениями (20%), в еще меньшей степени влияют потери при
заправке (10%).
Экспериментальные оценки показали, что общая эмиссия бензола увеличивается
примерно на 2 мг/км на каждый процент увеличения объемного содержания бензола в
бензине.
Содержание бензола в отечественных автобензинах не должно превышать 5,0 % об.
Содержание бензола в основных компонентах: стабильном катализате риформинга 2,0
— 7,0% об., бензине каталитического крекинга 1,0 — 3,5% об., бензине прямой
перегонки 0,5 — 1,5% об.
Уменьшить содержание бензола в вырабатываемых автобензинах можно следующими
путями:
- Вырезкой из бензина каталитического риформинга фракции 60—85 °С,
содержащей более 20% бензола, с последующим использованием ее для получения
бензола. При этом содержание бензола в товарных бензинах уменьшается почти в
три раза, а октановая характеристика бензина риформинга после выделения
фракции 60—85 °С повышается на 1— 1,5 ед. - Увеличение доли в составе товарных бензинов высокооктановых компонентов,
не содержащих бензол: алкилата, изомеризатов, оксигенатов (спиртов, эфиров и
т. д.), а также применение нетоксичных антидетонаторов. - Подбор сырья и снижение жесткости процесса риформинга, экстракция, а также
селективное гидрирование бензола в циклогексан или алкилирование бензола в
алкилароматические углеводороды.
Возможно сочетание нескольких вариантов, исходя из особенностей НПЗ, наличия
сырья, концепции переработки и интеграции с химическим производством.
Суммарное содержание ароматических углеводородов контролируется при
проведении квалификационных испытаний и не должно превышать 55% об.
В. Содержание олефиновых углеводородов.
Максимальное содержание олефиновых углеводородов в товарных автобензинах не
должно превышать 18%, так как они являются основным источником образования
смолистых веществ в бензине. Увеличение содержания олефиновых углеводородов
также влияет на повышение эмиссии в окружающую среду озонообразующих веществ и
токсичных диеновых соединений с отработавшими газами.
Г. Содержание оксигенатов (общее по концентрации кислорода и по
отдельным спиртам и эфиром).
Оксигенаты имеют высокую детонационную стойкость, что позволяет заменять ими
ароматическое углеводороды, к тому же они способствуют снижению токсичности
отработавших газов автомобилей.
Однако при содержании в бензине оксигенатов более 2,7% по кислороду
наблюдается увеличение массового и удельного расхода топлива из-за низкой
теплоты сгорания оксигенатов, а также потеря мощности двигателем автомобиля.
Поэтому из экологических предпосылок содержание оксигенатов в бензине должно
составлять 2,0 – 2,7% по кислороду.
В спецификациях на автомобильные бензины введены также нормы на максимальное
содержание отдельных оксигенатов.
Источник
Бензин и его характеристики. Смесь, горючая, лёгких углеводородов с температурой кипения от 33 до 205 °C. Плотность около 0,71 г/см³. Теплотворная способность примерно 10 200 ккал/кг (46 МДж/кг, 32,7 МДж/литр). Температура замерзания −72 °C в случае использования специальных присадок. Бензин — продукт переработки нефти. Представляет горючее с низкими детонационными характеристиками. Существуют: природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации. Так же сжиженные нефтяные газы и все продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Бензин – это самое распространенное топливо для большинства видов транспорта.
Поршневых двигателях внутреннего сгорания
Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные. Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества. Их физико-химические и эксплуатационные свойства различны. Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований.
Они должны обеспечивать экономичную и надежную работу двигателя (Бензин и его характеристики). Требования эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава. При любых температурах; иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания. На всех режимах работы двигателя не изменять своего состава и свойств. При длительном хранении не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.
Состав бензинов
Бензин — представляет собой смесь углеводородов состоящих в основном из предельных 25-61 %, непредельных 13-45%, нафтеновых 9-71 %, ароматических 4-16 % углеводородов с длиной молекулы углеводорода от C 5 до C 10 и числом углеродных атомов от 4-5 до 9-10 со средней молекулярной массой около 100Д. Так же в состав бензина могут входить примеси — серо-, азот- и кислослородсодержащих соединений. Бензин — это самая легкая фракция из жидких фракций нефти (Бензин и его характеристики). Эту фракцию получают в числе разных процессов возгонки нефти. По этому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов определяется согласно ГОСТ 2177-99.
Легкие фракции бензина характеризуют пусковые свойства топлива — чем ниже температура выкипания топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55 градусов (зимний сорт) и 70 градусов (летний) по Цельсию. Зимние сорта бензина имеют более легкий (чем летние) фракционный состав. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя. Основная часть топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят: образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50% отгона. Минимальный интервал температур от 90% до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90% топлива иногда называют точкой росы.
Свойства бензинов
Бензины — легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м? Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания — ниже минус 60 градусов. При сгорании бензинов образуется вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70—120 г/м3 образуются взрывчатые смеси.
Автомобильные бензины в силу своих физико-химических характеристик должны обладать следующими свойствами:
- Однородность смеси;
- Плотность топлива — при +20 °С должна составлять 690…750 кг/м2;
- Небольшую вязкость — с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20…30%;
- Испаряемость — способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;
- Давление насыщенных паров — чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом — до 670 ГПа и зимой — от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах;
- Низкотемпературные свойства — способность бензина выдерживать низкие температуры;
- Сгорание бензина. Под “сгоранием” применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500…2400 °С.
Автомобильные бензины
В России автомобильные бензины выпускаются по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002, а также по ТУ 0251-001-12150839-2015 Бензин АИ 92,95 (Альтернативный).
Автомобильные бензины подразделяются на летние и зимние (в зимних бензинах содержится больше низкокипящих углеводородов).
Основные марки автомобильных бензинов ГОСТ Р 51105-97:
Нормаль-80 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 80;
Регуляр-92 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 92;
Премиум-95 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95;
Супер-98 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 98
Маркировка автомобильных бензинов
В соответствии с ГОСТ Р 54283-2010, автомобильные бензины маркируются тремя группами знаков, разделёнными дефисом (например, «АИ-92-4»):
- буквы «АИ» (бензин автомобильный с октановым числом, измеренным исследовательским методом ГОСТ 8226-82);
- октановое число, измеренное исследовательским методом (например, 80, 92, 95 или 98);
- число 2, 3, 4 или 5 — класс бензина; число совпадает с номером экологического стандарта серии «Евро», которому должен соответствовать бензин (2 для Евро-2, 3 для Евро-3 и т. д.).
Пример. Марка «АИ-92-4» расшифровывается как бензин автомобильный с октановым числом 92, измеренным исследовательским методом, соответствующий четвёртому экологическому классу (стандарту Евро-4). Поскольку с 2003 года в России официально прекращено производство вредного этилированного бензина, то все бензины считаются неэтилированными, и данный факт в маркировке никак не отображается.
Сырьё для получения бензина
Сырьём для получения бензина является нефть. Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ). Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87% углерода, 11–15% водорода, 0,01–6% серы, 0–2% кислорода и 0,01–3% азота. Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. (Бензин и его характеристики) Простейший из них – метан CH4 – является основным компонентом природного газа.
Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды. Обычная сырая нефть из скважины — это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. Химически нефти очень различны и изменяются от парафиновых, которые состоят большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновых или асфальтеновых, которые содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновые нефти по сравнению с нафтеновыми или асфальтеновыми обычно содержат больше бензина и меньше серы и являются главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырых нефтей, в общем, содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, и асфальта.
Источник
В последнее время всё чаще стали встречаться персонажи твердо уверенные во вселенском заговоре и в частности в том, что бензина в России нет, а всё то, что есть это отходы хим. производств. Некие тёмные элементы поганят девственно чистый прямогонный бензин присадками и прочая ересь. Ну и как не затронуть всеми любимое октановое число, которое окутано не одной легендой и каждый мнит себя знатоком. В итоге по просьбе драйвовчан решил написать небольшую статейку про получение бензина и о некоторых его характеристиках. Сразу оговорюсь, что засунуть в интернет статью всё то чему 5 лет учат в институте не реально, так что не обессудьте, как смог. Букв будет много, не реально много (в один пост не поместилось), так что наливаем чашечку кофе. Те кто не готов вспомнить азы химии и заходит только поболтать и посмотреть картинки – не напрягаемся и проходим мимо. Итак заканчиваем с прелюдией и поехали.
То что нефть это смесь углеводородов я думаю все знают. Современные нефтеперерабатывающие заводы имеют установки первичной переработки нефти. Их задача – разделить нефть на отдельные фракции. Перегонка нефти (дистилляция, ректификация) – процесс разделения нефти на отдельные фракции в зависимости от температуры их кипения. Фракции, выкипающие до 330–350°С, выделяются на установках под атмосферным давлением. Отгонять из нефти фракции, выкипающие при более высокой температуре, при атмосферном давлении нельзя, так как в этих условиях разложение углеводородов начинается раньше, чем их выкипание. Для более глубокого фракционирования, т.е. выделения масляных фракций, давление в установках понижают до 4–6 кПа. При этом понижается температура кипения углеводородов, что позволяет продолжить перегонку и получить уже не только топливные, но и масляные фракции.
При атмосферном давлении и повышении температуры из нефти испаряются последовательно различные индивидуальные углеводороды. Фракцией называется группа углеводородов, выкипающая в определенном интервале температур. Бензиновая фракция 35 – 215°С (С5–С10); Дизельная 180 – 260°С (С9–С14); газойль 280 – 360°С (С15–С20). Кроме того, керосиновая 200 – 300°С (С12–С18) и топливо для реактивных двигателей 120–315 °С (С8-С16);
После отгона фракций, выкипающих до 350°С, остается вязкая темная жидкость, называемая мазутом. Разделить мазут на фракции можно только при пониженном давлении. Этот процесс позволил получить из мазута соляровые фракции (С12–С20), дистиллятные смазочные масла, в том числе и базовые масла для двигателей внутреннего сгорания, вазелин (С20–С50) и смесь твердых углеводородов – парафин (С19–С35). После отгонки из мазута масляных фракции остается гудрон. Гудрон уже при 30—40°С застывает, образуя твердую массу. Его используют как сырье для приготовления битума или остаточных масел очень высокой вязкости.
К основным процессам вторичной переработки относятся:
Каталитический крекинг на алюмосиликатных катализаторах – наиболее распространенный в нефтеперерабатывающей промышленности каталитический процесс, занимающий среди процессов переработки нефти по объему перерабатываемого сырья второе место после первичной перегонки. Основная цель процесса — получение высокооктанового бензина из сырья, выкипающего в пределах 200–500°С (чаще 300–500 °С). От термического он отличается применением катализаторов, в присутствии которых процессы деструкции идут в направлении образования изомерных, наиболее ценных для бензинов углеводородов. Процесс протекает при давлении 0,06–0,14 МПа и температуре 450–500°С. В качестве катализатора используют природные алюмосиликаты или синтетические цеолитсодержащие катализаторы.
Характерные особенности каталитического крекинга: избирательная активность к различным типам углеводородов, высокая скорость протекания реакций (значительно большая, чем при термическом крекинге), активное протекание процессов изомеризации. В результате каталитического крекинга получаются продукты, в которых содержание изоалканов и ароматических углеводородов достигает 55 %, цикланов 20–25 %; алкены и алкадиены, характерные для продуктов термического крекинга и являющиеся основной причиной их низкого качества, составляют всего 5–9 %. Общий выход бензиновых фракций достигает 50 % и более. Целевым продуктом каталитического крекинга является бензин высокой детонационной стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу). Недостатки процесса: 1) постоянное загрязнение катализатора смолистыми отложениями, требующее постоянной регенерации катализатора; 2) образование алкенов, понижающих химическую стабильность продуктов.
Гидрокрекинг – каталитический процесс деструктивной переработки нефтяного сырья под давлением водорода и при высокой температуре. Он заключается в расщеплении компонентов сырья с одновременным гидрированием образовавшихся «осколков».
Гидрокрекинг представляет собой разновидность каталитического крекинга в присутствии водорода. Гидрокрекинг, кроме увеличения выхода целевого продукта, используется для гидроочистки продуктов, в первую очередь, от серы и азота. Таким образом, гидрокрекинг сочетает в себе каталитический крекинг, гидрирование и гидроочистку.
Сырьем гидрокрекинга обычно служат тяжелые нефтяные фракции (350–500°С) и остаточные фракции – мазут, гудрон. В качестве катализаторов для гидрирования используют платину, никель, кобальт, а также сульфиды вольфрама и молибдена. В качестве катализатора для крекинга и изомеризации применяют синтетические алюмосиликаты.
Загрязнения катализатора не происходит, т. к. вследствие присутствия избыточного количества водорода полимеризация с образованием смол не происходит.
Гидрокрекинг осуществляют при температуре 300–425°С и давлении 7–20 МПа. Массу исходного сырья вместе с катализатором пропускают через реактор, в который под давлением подается водород. В результате первой стадии процесса при температуре 420°С, катализатор Al–Co–Mo, получается обычно широкая фракция с концом кипения 300—350 °С. Этот продукт подвергается дальнейшей обработке, при которой температуру снижают до 320—425 °С, давление водорода поддерживают на уровне 15 МПа, катализатор Ni или Pt.
Изменяя режим гидрокрекинга (давление, температуру и объемную скорость подачи реагентов), можно получать необходимые фракционный и групповой химические составы целевого продукта (бензина, реактивного или дизельного топлива). Остаточные продукты переработки можно вводить в процесс повторно.
Например, при гидрокрекинге гайзоля (350–500°С) получают 51% бензина с октановым числом 82, 10% – газовая фракция С3–С4, 25% – дизельная фракция, 8% – газойль.
Преимущества по сравнению с другими процессами переработки:
1) гибкость процесса, т. е получение из одного сырья разных целевых продуктов;
2) большой выход светлых продуктов;
3) высокое качество продуктов.
Риформинг в нефтеперерабатывающей промышленности используется для повышения октанового числа бензиновых фракций и для получения аренов (ароматических углеводородов). Если в качестве катализатора используют платину, то риформинг называют платформингом.
Сырьем для риформинга являются бензиновые фракции (85–180°С) первичной перегонки нефти. Каталитический риформинг осуществляют при температуре 470–530 °С и давлении 2–4 МПа в среде водородсодержащего газа. При реформинге алканы подвергаются изомеризации, дегидроциклизации
и гидрокрекингу. Бензин каталитического реформинга содержит 50–60% ароматических углеводородов, 30%–алканов, 10–15% циклоалканов. Экспериментально было доказано, что максимально допустимое содержание ароматических углеводородов в бензине не должно превышать 40-45% иначе это приводит к повышенному нагарообразованию. В связи с этим бензин каталитического реформинга не может использоваться в качестве топлива в чистом виде.
Бензин каталитического реформинга используется для выделения индивидуальных аренов, используемых в органическом синтезе.
Алкилирование – процесс получения высококачественного высокооктанового компонента автомобильного и авиационного бензинов – алкилата (алкилбензина), состоящего практически целиком из изоалканов С6 –С9, причем из них 69% приходится на изооктан (2,2,4–триметилпентан). Алкилбензин имеет октановое число 90–98 ед. Сырьем является бутан-бутиленовая смесь, выделяемая из газов каталитического и термического крекинга. Алкилирование изобутана алкенами (преимущественно бутиленами) проводится при давлении 0,3–1,2 МПа с использованием в качестве катализатора Н2SО4 или НF.
Получение топлив для двигателей внутреннего сгорания – сложный процесс, включающий получение первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок называется компаундирование.
Автомобильные бензины одной марки, изготовленные на разных предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации.
Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в таблице:
Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга или каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким
содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям.
Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90–93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30–40 %, олефиновых – 10–25 %. Они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800–900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов используется смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.
В Европе действует стандарт на бензин EN 228:2008 (ароматика -35%, бензол — 1%, олефины -18%, кислород — 2.7%, сера- 10 мг/кг) – это нормы бензина Евро5.
Компонентный состав европейского бензина на протяжении последних лет включал в себя: бензин каталитического крекинга – 30%, бензин каталитического риформинга – 50%, продукты: алкилирования — 5%, изомеризации – 8%, добавки (ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ, спирты) -7%.
Среди европейских НПЗ наиболее удачный компонентный состав бензинов в Германии: бензин каткрекинга и риформат – 73.4%, алкитат -5.1%, изомеризат — 16.2%, добавки — (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ и др.) -5.3%.
Компонентный состав американского бензинового фонда в начале 2007 года был таким: бензин каталитического крекинга -34%, бензин риформинга – 28%, алкилат – 12%, изомеризат – 4%, добавки (спирты, ЕТВЕ, МТВЕ и др.) – 15%, прочие -7%.
Небольшое архивное видео с приветом из молодости :))
далее часть 2
Источник