Химический и углеводородный состав бензинов

Химический и углеводородный состав бензинов

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:

1. 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.
2. Увеличение доли в составе товарных бензинов высокооктановых компонентов, не содержащих бензол: алкилата, изомеризатов, оксигенатов (спиртов, эфиров и т. д.), а также применение нетоксичных антидетонаторов.
3. 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.