Теория. Научный подход
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, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства. Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям 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 и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.
Ассортимент, качество и состав автомобильных бензинов
Основную массу автомобильных бензинов в России вырабатывают по ГОСТ 2084–77 и ГОСТ Р51105-97 и ТУ 38.001165-97. В зависимости от октанового числа ГОСТ 2084–77 предусматривает пять марок автобензинов: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Для первых двух марок цифры указывают октановые числа, определяемые по моторному методу, для последних — по исследовательскому. В связи с увеличением доли легкового транспорта в общем объеме автомобильного парка наблюдается заметная тенденция снижения потребности в низкооктановых бензинах и увеличения потребления высокооктановых. Бензин А-72 практически не вырабатывается ввиду отсутствия техники, эксплуатируемой на нем. Наибольшая потребность существует в бензине А-92, который вырабатывается по ТУ 38.001165–97, хотя доля бензина А-76 в общем объеме производства остается очень высокой. Указанные ТУ предусматривают также марки бензинов А-80 и А-96 с октановыми числами по исследовательскому методу соответственно 80 и 96. Эти бензины предназначены в основном для поставки на экспорт. Бензин АИ-98 с октановым числом 98 по исследовательскому методу производится по ТУ 38.401-58-122–95 и ТУ 38.401-58-127–95. Бензины А-76, А-80, АИ-91, А-92 и А-96 допускается вырабатывать с использованием этиловой жидкости. Малоэтилированный бензин АИ-91 с содержанием свинца 0,15 г/дм3 выпускается по отдельным техническим условиям (ТУ 38.401-58-86–94). При производстве бензинов АИ-95 и АИ-98 использование алкилсвинцовых антидетонаторов не допускается. Требования ГОСТ 2084–77 к качеству автомобильных бензинов приведены в таблице.Все бензины, вырабатываемые по ГОСТ 2084–77, в зависимости от показателей испаряемости делят на летние и зимние. Зимние бензины предназначены для применения в северных и северо-восточных районах в течение всех сезонов и в остальных районах с 1 октября до 1 апреля. Летние — для применения во всех районах кроме северных и северо-восточных в период с 1 апреля по 1 октября; в южных районах допускается применять летний бензин в течение всех сезонов. Параметры автомобильных бензинов, вырабатываемых по ГОСТ 2084–77, существенно отличаются от принятых международных норм, особенно в части экологических требований. В целях повышения конкурентоспособности российских бензинов и доведения их качества до уровня европейских стандартов разработан ГОСТ Р 51105–97 “Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия”, который вводится в действие с 01.01.99 г. Этот стандарт не заменяет ГОСТ 2084–77, которым предусмотрен выпуск как этилированных, так и неэтилированных бензинов. В соответствии с ГОСТ Р 51105–97 будут вырабатываться только неэтилированные бензины (максимальное содержание свинца не более 0,01 г/дм3).
Характеристики автомобильных бензинов (ГОСТ 2084–77) |
Показатели |
А-72 |
А-76 неэтил. |
А-76 этил. |
АИ-91 |
АИ-93 |
АИ-95 |
Детонационная стойкость: октановое число, не менее: |
моторный метод |
72 |
76 |
76 |
82,5 |
85 |
85 |
исследовательский метод |
Не нормируется |
91 |
93 |
95 |
Массовое содержание свинца, г/дм3, не более |
0,013 |
0,013 |
0,17 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
Фракционный состав: температура начала перегонки бензина, °С, не ниже: |
летнего |
35 |
35 |
35 |
35 |
35 |
30 |
зимнего |
Не нормируется |
10 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше: |
летнего |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
75 |
зимнего |
55 |
55 |
55 |
55 |
55 |
55 |
50 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше: |
летнего |
115 |
115 |
115 |
115 |
115 |
120 |
зимнего |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
105 |
90 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше: |
летнего |
180 |
180 |
180 |
180 |
180 |
180 |
зимнего |
160 |
160 |
160 |
160 |
160 |
160 |
Конец кипения бензина, °С, не выше: |
летнего |
195 |
195 |
195 |
205 |
205 |
205 |
зимнего |
185 |
185 |
185 |
195 |
195 |
195 |
Остаток в колбе, %, не более |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
Остаток и потери, %, не более |
4,0 |
4,0 |
4,0 |
4,0 |
4,0 |
4,0 |
Давление насыщенных паров бензина, кПа: |
летнего, не более |
66,7 |
66,7 |
66,7 |
66,7 |
66,7 |
66,7 |
зимнего |
66,7-93,3 |
66,7-93,3 |
66,7-93,3 |
66,7-93,3 |
66,7-93,3 |
66,7-93,3 |
Кислотность, мг КОН/100 см3, не более |
3,0 |
1,0 |
3,0 |
3,0 |
0,8 |
2,0 |
Содержание фактических смол, мг/100см3, не более: |
на месте производства |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
на месте потребления |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
Индукционный период на месте производства бензина, мин, не менее |
600 |
1200 |
900 |
900 |
1200 |
900 |
Массовая доля серы, %, не более |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
Цвет |
- |
- |
Желтый |
- |
- |
- |
Примечания. 1. Для бензинов всех марок: испытание на медной пластинке — выдерживают; содержание водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды — отсутствие; плотность при 20 °С — не нормируется, определение обязательно. 2. Для городов и районов, а также предприятий, где Главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные. 3. Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу: 10 % перегоняется при температуре не выше 75 °С; 50 % перегоняется при температуре не выше 120 °С; 4. Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускаемая температура конца кипения не выше 205 °С — для летнего и не выше 195 °С — для зимнего. |
В зависимости от октанового числа по исследовательскому методу установлено четыре марки бензинов: “Нормаль-80”, “Регуляр-91”, “Премиум-95”, “Супер-98”. Бензин “Нормаль-80” предназначен для использования на грузовых автомобилях наряду с бензином А-76. Неэтилированный бензин “Регуляр-91” предназначен для эксплуатации автомобилей взамен этилированного А-93. Автомобильные бензины “Премиум-95” и “Супер-98” полностью отвечают европейским требованиям, конкурентоспособны на нефтяном рынке и предназначены в основном для зарубежных автомобилей, ввозимых в Россию. С целью ускорения перехода на производство неэтилированных бензинов взамен этиловой жидкости допускается использование марганцевого антидетонатора в концентрации не более – 5 мг Мn/дм3 для марки “Нормаль-80” и не более 18 мг Мn/дм3 для марки “Регуляр-91”. В соответствии с европейскими требованиями по ограничению содержания бензола введен показатель “объемная доля бензола” — не более 5 %. Установлена норма по показателю “плотность при 15 °С”. Ужесточена норма на массовую долю серы — до 0,05 %. Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей и рационального использования бензинов введено пять классов испаряемости для применения в различных климатических районах по ГОСТ 16350 – 80. Наряду с определением температуры перегонки бензина при заданном объеме предусмотрено определение объема испарившегося бензина при заданной температуре 70, 100 и 180 °С. Введен показатель “индекс испаряемости”. В ГОСТ Р 51105–97 наряду с отечественными включены международные стандарты на методы испытаний (ISO, EN, ASTM). Нормы и требования к качеству автомобильных бензинов и характеристики испаряемости по ГОСТ Р 51105–97 приведены в таблице.
Нормы и требования к качеству автомобильных бензинов по ГОСТ Р 51105–97 |
Показатели |
Нормаль-80 |
Регуляр-91 |
Премиум-95 |
Супер-98 |
Октановое число, не менее: моторный метод |
76,0 |
82,5 |
85,0 |
88,0 |
Октановое число, не менее: исследовательский метод |
80,0 |
91,0 |
95,0 |
98,0 |
Содержание свинца, г/дм3, не более |
0,010 |
Содержание марганца, мг/дм3, не более |
50 |
18 |
- |
- |
Содержание фактических смол, мг /100 см3, не более |
5,0 |
Индукционный период бензина, мин, не менее |
360 |
Массовая доля серы, %, не более |
0,05 |
Объемная доля бензола, %, не более |
5 |
Испытание на медной пластине |
Выдерживает, класс 1 |
Внешний вид |
Чистый, прозрачный |
Плотность при 15 °С, кг/м3 |
700-750 |
725-780 |
725-780 |
725-780 |
Примечания. 1. Содержание марганца определяют только для бензинов, с марганцевым антидетонатором (МЦТМ). 2. Автомобильные бензины, предназначенные для длительного хранения (5 лет) в Госрезерве и Министерстве обороны, должны иметь индукционный период не менее 1200 мин. |
По составу автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, ароматизации термического крекинга, висбрекинга, замедленного коксования. Компонентный состав бензина зависит, в основном, от его марки и определяется набором технологических установок на нефтеперерабатывающем заводе. 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 с экологической точки зрения является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. В составе бензинового фонда России доля компонента каталитического риформинга превышает 50 %. 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 — 25–35 %. В их составе практически отсутствуют диеновые углеводороды, поэтому 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 целесообразно использовать смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга. Бензины таких термических процессов, как крекинг, замедленное коксование имеют низкую детонационную стойкость и химическую стабильность, высокое содержание серы и используются только для получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах. При производстве высокооктановых бензинов используются алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол. Бензины АИ-95 и АИ-98 обычно получают с добавлением кислородсодержащих компонентов: метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с трет-бутанолом, получившей название фэтерол. Введение МТБЭ в бензин позволяет повысить полноту его сгорания и равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. Максимально допустимая концентрация МТБЭ в бензинах составляет 15 % из-за его относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинам. Для достижения требуемого уровня детонационных свойств этилированных бензинов к ним добавляют этиловую жидкость (до 0,15 г свинца/дм3 бензина). К бензинам вторичных процессов, содержащим непредельные углеводороды, для их стабилизации и обеспечения требований по индукционному периоду разрешается добавлять антиокислители Агидол-1 или Агидол-12. В целях обеспечения безопасности в обращении и маркировки этилированные бензины должны быть окрашены. Бензин А-76 окрашивается в желтый цвет жирорастворимым желтым красителем К, бензин АИ-91 — в оранжево-красный цвет жирорастворимым темно-красным красителем Ж. Этилированные бензины, предназначенные для экспорта, не окрашиваются. Примерные компонентные составы автомобильных бензинов различных марок приведены в таблице.
Средние компонентные составы автомобильных бензинов |
Компонент |
А-76 (А-80) |
А-76* |
АИ-91 |
А-92 |
А-92* |
АИ-95 |
АИ-98 |
Бензин каталитического риформинга: |
мягкого режима |
40-80 |
70-60 |
60-90 |
60-88 |
50-100 |
- |
- |
жесткого режима |
- |
- |
40-100 |
40-100 |
10-40 |
5-90 |
25-88 |
Ксилольная фракция |
- |
- |
10-20 |
10-30 |
- |
20-40 |
20-40 |
Бензин каталитического крекинга |
20-80 |
10-60 |
10-85 |
10-85 |
10-85 |
10-50 |
10-20 |
Бензин прямой перегонки |
20-60 |
40-100 |
10-20 |
10-20 |
10-80 |
- |
- |
Алкилбензин |
- |
- |
5-20 |
5-20 |
- |
10-35 |
15-50 |
Бутаны+изопентан |
1-7 |
1-5 |
1-10 |
1-10 |
1-7 |
1-10 |
1-10 |
Газовый бензин |
5-10 |
5-10 |
5-10 |
5-10 |
5-10 |
- |
- |
Толуол |
- |
- |
0-7 |
0-10 |
- |
8-15 |
10-15 |
Бензин коксования |
1-5 |
5-10 |
- |
- |
- |
- |
- |
Гидростабилизированный бензин пиролиза |
10-35 |
10-20 |
10-30 |
10-30 |
10-30 |
10-20 |
10-20 |
МТБЭ |
<=8 |
- |
5-12 |
5-12 |
- |
10-15 |
10-15 |
* - Этилированный. |
В последнее время ассортимент автобензинов значительно пополнился за счет новых марок, выпускаемых по техническим условиям. Это обусловлено резким ростом производства неэтилированного бензина и сокращением производства бензина этилированного. При этом тетраэтилсвинец заменяется на различные нетрадиционные присадки и добавки, ранее выпускаемыми химической и микробиологической промышленности в иных целях. К таким веществам относятся различные эфиры, спирты, металлоорганические соединения и т.д. Необходимость производства таких бензинов по техническим условиям диктуется тем, что все присадки и добавки могут вводиться в строго определенных концентрациях. Для контроля содержания этих компонентов в технических условиях предусматриваются специальные показатели и вводятся дополнительные методики контроля. Все бензины, выпускаемые по техническим условиям, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51313-99 Бензины автомобильные. Общие технические требования, который вводится с 01 июля 2000г. Соответствие бензинов, выпускаемых по техническим условиям, требованием ГОСТ Р 51313-99 проверяется при их сертификации, которая является обязательной.
Бензины автомобильные. Общие технические условия. |
Наименование показателя |
Значение показателя для типов бензинов |
Метод испытания |
I |
II |
III |
IV |
Детонационная стойкость: |
октановое число по исследовательскому методу, не менее |
80 |
91 |
95 |
98 |
по ГОСТ 8226 |
октановое число по моторному методу, не менее |
76 |
- |
- |
- |
по ГОСТ 511 |
Концентрация свинца, г/дм3, не более, для бензина: |
неэтилированного |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
по ГОСТ 28828 |
этилированного |
0,17 |
- |
- |
- |
|
Давление насыщенных паров, кПа |
35-100 |
35-100 |
35-100 |
35-100 |
по ГОСТ 1756 |
Фракционный состав: |
90% бензина перегоняется при температуре, °С, не выше |
190 |
190 |
190 |
190 |
|
конец кипения бензина, °С, не выше |
215 |
215 |
215 |
215 |
|
остаток в колбе, %, не более |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
|
Массовая доля серы, %, не более |
0,1 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
по ГОСТ 19121 или ГОСТ Р50442 |
Объемная доля бензола, %, не более |
5 |
5 |
5 |
5 |
по ГОСТ 29040 |
|