Производство бензинов с улучшенными экологическими характеристиками

По своему составу бензины являются углеводородными систе­мами, которые образуются в результате различных технологических процессов переработки; атмосферно-вакуумкой перегонки нефти, каталитических процессов (крекинга, гидрокрекинга, рк-форминга) и других. В составе бензинового фонда России доля компонентов каталитического риформинга достигает 50%. Одной из основных задач в улучшении экологических характеристрик ав­томобильных бензинов является сокращение применения бензинов, содержащих ТЭС в качестве антидетонатора. Эта задача пока ре­шена в Японии, США и Канаде. В некоторых странах: Голландии, Австрии, Дании, Бельгии, Швейцарии, Швеции, Финляндии, Норвегии и Германии разрешено вводить этиловую жидкость толь­ко в специальные высокооктановые сорта.

Переход на неэтилированиые топлива не только предотвраща­ет эмиссию свинца с продуктами сгорания, но и сокращает на 60~ 90% другие вредные выбросы путем использования каталитических нейтрализаторов, для которых свинец является ядом. Кроме того, в этом случае возможно поддержание состава топливно-воздушной смеси, близкое к стехиометрическому, что обеспечивает та­кие оптимальные характеристики бензина, как плотность, вяз­кость, испаряемость, углеводородный состав, которые практически не влияют на токсичность отходящих газов. Но отказ от этилирования влечет за собой проблемы, связанные с обеспечением требуемого октанового числа бензина.

Первоначально этилированные сорта заменялись регулярными бензинами с относительно низким октановым числом (82 – 86 м. м). Это было связано с отставанием темпов наращивания мощностей производства высокооктановых компонентов от требований по снижению норм этилирования. Однако дефицит высокооктановых неэтилированных бензинов был временным. Доля этилированных бензинов на протяжении 80-х годов ежегодно снижалась в среднем на 5-6 %. В 1995 г. доля неэтилированных бензинов достигла 65% от общего потребления, а к 2000 г. – более 90%. Основным видом неэтилированных бензинов должен стать премиальный бензин «европремиум» (табл.23, 24.).

Таблица 23. Основные свойства неэтилированных автомобильных бензинов Западноевропейских стран

Таблица 24. Требования к автомобильным бензинам, предусмотренные Законом о чистоте воздушного бассейна США и Европейским комитетом стандартов

Известно, что США – признанный лидер в области требований к экологической чистоте топлив. Рост числа автомобилей предопределяет ужесточение национальных стандартов, ограничивающих вредное воздействие ОГ. В соответствии с новыми дополнениями к Закону о чистоте воздушного бассейна основными отличиями качества автомобильных бензинов с улучшенными экологическими характеристиками, называемыми также реформулированными, модифицированными, «зелеными», экологически чистыми и т.п., являются:

- низкая летучесть (давление насыщенных паров);

- пониженное содержание ароматических (особенно бензола) и олефиновых углеводородов, участвующих в образовании смога;

- обязательное использование кислородосодержащих компонентов и моющих присадок для предотвращения образования отложений в системах подачи топлива в двигатель;

- отсутствие свинца, марганца и других тяжелых металлов.

Испарение бензинов – основная причина естественных потерь и выбрасов в окружающую среду токсичных углеводородов. При транспортировке, хранении и заправке автомобилей бензином потери от испарения достигают 1,5 – 2%. Снижение содержания свинца и изменение состава автомобильных бензинов привели к другой проблеме — увеличению показателя летучести товарных бензинов. Показатели летучести автомобильных бензинов (упругость паров по Рейду) для легких сортов бензинов повысились с 609 до 714, для зимних — с 7.98 до 931 г/см². Углеводороды, содержащиеся в парах бензинов, представляют опасность не только как токсич­ные вещества, но, участвуя в фотохимических реакциях под дейст­вием солнечного света, приводят к образованию различного смога. Все это вызывает необходимость снижения давления насыщенных паров бензинов, что, в свою очередь, понижает их ресурсы и дето­национную стойкость. Максимальное давление насыщенных паров для бензинов с улучшенными экологическими свойствами — не выше 79,9 кПа.

В нефтеперерабатывающей промышленности принят ряд изме­нений в. технологии производства бензинов. Так, большинство нефтеперерабатывающих компаний пошло по пути снижения со­держания в бензинах компонентов, с высоким показателем летуче­сти. К последним относятся н-бутан, кислородсодержащие соеди­нения, легкий прямогонный бензин и легкие продукты различных процессов, доля которых возрастает с ростом жесткости режимов работы установок. Суммарная доля таких компонентов может достигать 40% от общего объема товарных бензинов. Успешному решению проблемы способствовал ввод в эксплуатацию дополнительных мощностей процессов, таких, как алкилирование, каталитиче­ская полимеризация и димеризация, а также снижение давления на установках процесса риформинга, переход к процессам с непре­рывной, регенерацией катализатора. Изменения в компонентном составе продукции в структуре технологического парка нефтепере­работки сопровождались также увеличением содержания в бензи­нах ароматических углеводородов и изопарафинов, окислением до­ли низкооктановых н-парафинов.

С целью повышения октановых характеристик товарных бен­зинов расширялось применение спиртов и эфиров в качестве ком­понентов. Углеводородный состав бензина с улучшенными эколо­гическими характеристика нормируется по содержанию арома­тических соединений, бензола и олефинов. Содержание бензола в бензине США составляет не более 3%, в новых спецификациях на экологически чистые бензины - не более 1%. Ограничение со­держания ароматических соединений до 20~25% (вместо ранее принятых 35-50%) приводит к удорожанию бензина. Выбор эконо­мичной схемы снижения содержания бензола в, бензине зависит от многих факторов, среди которых преобладает модернизация уста­новок каталитического риформинга. Олефины — наиболее фотохимически активные компоненты бензина, поэтому их содержание ограничивают 5-10%, в том числе легких олефинов (до С₅) -не более 1%. Основное количество олефинов поступает в бензино­вый фонд вместе с бензинами каталитического крекинга. Изменяя жесткость режима работы установки и подбирая соответствующий катализатор процесса, можно регулировать их содержание и при максимальных выходах направлять на получение высокооктано­вых компонентов.

Содержание серы в моторных топливах относится к показате­лям, непосредственно связанным с выбросом токсичных веществ (оксидов серы) в атмосферу, поэтому ужесточается норма на со­держание "общей серы в бензинах (не более 0,05%) и вводится по­казатель "содержание меркаптановой серы" (не более 0,001%).

К числу наиболее серьезных изменений в композиционном со­ставе экологически чистого бензина откосится высокая доля кисло­родсодержащих соединений типа МТБЭ, что способствует умень­шению выбросов - окиси углерода, снижению отношения воздух/ топливо, повышению октанового числа и позволяет вывести из со­става бензинового фонда канцерогенный бензол. Эти соединения фотохимически менее активны, чем углеводороды, и, следователь­но, имеют более низкую смогообразующую активность. МТБЭ и другие эфиры могут входить в состав экологически чистого бен­зина в количестве до 15%*.

Европейским комитетом стандартов также разрабатываются новые нормативы на предельно допустимые значения плотности бензинов и упругости паров. Следует отметить, что в целом по странам Западной Европы и в Японии этот показатель несколько ниже, чем в американских стандартах. С целью снижения потерь бензина от испарения новые машины в европейских странах снаб­жаются специальным конденсационным баком с поглотителем. Предусмотрены также защитные меры по уменьшению потерь в системе распределения бензина. Рассматривается вопрос о снижении предельно допустимой концентрации бензола в неэтилированном бензине, составляющей около 5% об. Однако использова­ние катализаторов дожига и специальных баков приводит к резко­му сокращению выбросов бензола в атмосферу.

Невысокое качество отечественных автомобильных бензинов связано с недостаточным количеством установок, производящих высокооктановые компоненты, - каталитического риформинга, каталитического крекинга, алкилирования. и практическим отсут­ствием установок изомеризации и получения высокооктановых диалкиловых эфиров. Сложившаяся к настоящему времени компонентная структура бензинового фонда в России существенно отли­чается от существующей в США и Западной Европе. Отличитель­ной особенностью суммарного фонда бензинов США является вы­сокое содержание в нем алкилбензина и кислородсодержащих, до­бавок, особенно в реформулированном топливе. В отечественных бензинах доля прямогонных фракций по сравнению с зарубежны­ми существенно выше. Такие же низкооктановые компоненты, как рафинат, в США и ФРГ в бензины вовсе не вовлекаются. Однако при этом общее и среднее содержание бензола, ароматических и олефинозых углеводородов в отечественных бензинах не выше чем в других странах.