Материал: Просто о сложном
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Класс качества
Первый экологический стандарт «Евро-1» для отработанных газов автомобилей был введен в Европе 24 года назад — в 1992 м. Просуществовал он недолго — всего три года. «Второй» евро стал более жестким:
почти вдвое было снижено допустимое содержание твердых частиц. Но самое радикальное ужесточение произошло с введением «Евро-3» в 1999 году. Новый стандарт предполагал суммарное уменьшение уровня выбросов почти на 40%. «Четвертый» и «пятый» евро продолжили движение в этом направлении, но теперь большое значение стало придаваться выбросам СО2, поскольку весь «цивилизованный мир» начал активную борьбу с глобальным потеплением. «Евро-6» в этом смысле лишь закрепляет тенденцию. Стоит подчеркнуть, что сам термин «стандарт евро» относится исключительно к содержанию вредных веществ в отработанных автомобильных газах, а не в моторном топливе. В России же названия экологических стандартов автоматически перенеслись на качественные характеристики бензина или дизеля, хотя требования к безопасности топлива сформулированы в специальном техническом регламенте Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», в котором принят термин «экологический класс» (от К2 до К5).
«Газпром нефть» одной из первых в России перешла на производство бензинов и дизельного топлива пятого экологического класса — в 2015 году. Окончательно же Россия собирается перейти на топливо стандарта Евро-5 с 1 июля 2016 года.
вызвать коррозию топливной системы. |
12% |
и высокое октановое число, |
||
Неактивные сернистые соединения |
и приемлемое содержание |
|||
(тиофены, сульфиды, высшие меркапта- |
ароматики. |
|||
ны и др.) не вызывают коррозии, одна- |
|
|
||
ко при их сгорании образуются оксиды |
РАБОЧИЕ ЛОШАДКИ |
|||
серы (SO2, SO3), которые, в свою очередь, |
|
|
||
Основная область применения |
||||
и коррозионный износ двигателя повы- |
||||
шают, и на окружающую среду влияют |
легких газойлей, полученных |
|||
не лучшим образом: кислотные дожди, |
увеличения мощности двигате- |
при атмосферной перегонке |
||
представляющие собой раствор серной |
ля автОмобиля можно достичь |
нефти, а также с помощью |
||
кислоты, — прямое следствие попадания |
за счет использования совре- |
гидрокрекинга, термического |
||
в атмосферу значительного количества |
менного топлива G-Drive |
или каталитического крекинга |
||
серного ангидрида. |
|
и коксования нефтяных остат- |
||
Большую опасность для людей пред- |
«Евро-6» подразумевает уже не более |
ков, — изготовление дизельного топли- |
||
ставляют и некоторые ароматические |
24% ароматических углеводородов. Что- |
ва. В его состав входят углеводороды |
||
соединения, в частности ряд полицикли- |
бы добиться соответствия бензина эко- |
с интервалом кипения 200–350°C. Дизель |
||
ческих ароматических углеводородов, |
логическим стандартам, сегодня высоко- |
состоит из более тяжелых углеводородов, |
||
а также бензол, который признан силь- |
октановый (с октановым числом 100–104) |
чем бензин и керосин, он более вязкий |
||
ным канцерогеном. Ограничение содер- |
бензин каталитического риформинга |
и темный (прозрачен, но имеет желтова- |
||
жания ароматики — требование, которое |
(риформат), содержащий много аромати- |
тый или коричневатый оттенок). Тради- |
||
позволяет снизить негативный экологиче- |
ческих углеводородов, смешивают с дру- |
ционно дизель использовался в первую |
||
ский эффект от использования бензина. |
гими фракциями с меньшим октановым |
очередь как топливо для железнодо- |
||
Для примера, в бензинах класса «Евро-3» |
числом, полученными в результате изо- |
рожного и водного транспорта, грузово- |
||
содержание ароматики было ограничено |
меризации, каткрекинга или алкилиро- |
го автотранспорта, сельскохозяйственной |
||
42%, а последний европейский стандарт |
вания. В результате удается получить |
техники, а также в качестве котельного |
||
Приложение к журналу «Сибирская нефть» |
|
1 9 |
|
||
www.gazprom-neft.ru |
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Октановое число определяет детонационную стойкость бензина, то есть его способность противостоять самовоспламенению при сжатии. Детонация возникает, когда часть топлива в цилиндре двигателя загорается еще до того, как его достигнет пламя от свечи зажигания, и сгорает быстрее, чем требуется.
Термический
икаталитический крекинг
Термический крекинг — процесс расщепления молекул тяжелых углеводородов на молекулы с меньшей молекулярной массой при высокой температуре (более 500°C) и высоком давлении. Создание в 1930 х годах в США эффективных катали заторов, ускоряющих процессы крекинга, привело к тому, что каталитический крекинг достаточно быстро вытеснил терми
ческий с ведущих позиций среди процессов глубокой переработки нефти. Более высокая скорость протекания реакций позволи ла уменьшить размеры установок. Снизилась и температура реакции. Кроме того, процесс давал иное соотношение продуктов, позволяя получать бензин с более высоким октановым числом.
Сырьем для каталитического крекинга служат атмосферный и вакуумный газойль. Основные продукты крекинга — пентан-гек сановая фракция (т. н. газовый бензин) и нафта крекинга, которые используются как компоненты автомобильного бензина. Также образуются разнообразные газообразные компоненты (метан, этан, этилен, сероводород, пропан, пропилен, бутан, бутилен).
Процесс протекает следующим образом. В нижнюю часть реактора вводится поток нагретого катализатора, в который впры скивается также нагретое сырье и пар. Испаряясь, сырье поднимается вместе с катализатором в верхнюю часть реактора. В это время и протекают реакции крекинга. Затем катализатор при помощи пара отделяется от полученных продуктов, которые от правляются на разделение в ректификационную колонну. Так как во время реакций на поверхности частиц катализатора оседа ет кокс — побочный продукт крекинга, — катализатор теряет свою активность и нуждается в очистке. Для этого его направляют в регенератор, где загрязнение выжигается. После этого катализатор снова готов к использованию.
2 0 |
|
Приложение к журналу «Сибирская нефть» |
и н ф о г ра ф и к а : А н н а С и м о н о в а |
|
|||
|
|
нефть. просто о сложном |
|
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
топлива. Однако позднее приобрел попу- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
лярность и как топливо для легковых |
Борьба за экологичность привела |
|||||
автомобилей благодаря экономичности |
||||||
и надежности дизельных моторов. |
к запрету тетраэтилсвинца — присадки, |
|||||
В дизельном двигателе горючая смесь |
||||||
повышающей октановое число |
||||||
воспламеняется не от искрового зажи- |
||||||
гания, а в результате сжатия. Это значит, |
товарного бензина |
|||||
что, в отличие от бензинов, для дизель- |
||||||
ного топлива высокая детонационная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
стойкость как раз нежелательна. Глав- |
|
|
|
|
|
|
ный критерий его качества — воспламе- |
|
|
|
|
|
|
няемость, которая выражается цетановым |
двигателя, уровень выбросов и шум. Еще |
|||||
числом. Подобно определению октаново- |
одна важная качественная характеристи- |
|||||
го числа бензина его получают, сравнивая |
ка дизеля — низкотемпературные свой- |
|||||
исследуемое топливо со смесью цета- |
ства, то есть способность не замерзать |
|||||
на (C16H34) и α-метилнафталина (C11H10). |
при низких температурах. |
|||||
Процентное содержание цетана в смеси |
Углеводородный состав дизельной |
|||||
с аналогичной воспламеняемостью и даст |
фракции более сложен, чем у более лег- |
|||||
цетановое число. Высокое цетановое чис- |
ких дистиллятов: в зависимости от про- |
|||||
ло и хорошая воспламеняемость дизель- |
цесса получения здесь можно найти |
|||||
ного топлива снижают время запуска |
и парафиновые углеводороды (алканы), |
|||||
Приложение к журналу «Сибирская нефть» |
|
2 1 |
|
||
www.gazprom-neft.ru |
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Внедрение процесса гидроочистки на нефтеперерабатывающих производствах было в первую очередь продиктовано увеличением добычи высокосернистой нефти. В процессе
гидроочистки нефтепродукты обрабатываются водородом, который, в свою очередь, является побочным продуктом процесса каталитического риформинга.
Термические процессы
Термические процессы нефтепереработки позволяют получать различные нефтепродукты под воздействием тепла и высокого давления. Первым из таких процессов стал термический крекинг. В настоящее время раз-
личные варианты термических процессов (коксование, пиролиз, флексикокинг, висбрекинг) используются в первую очередь для переработки тяжелых фракций нефти и нефтяных остатков. К примеру, коксование позволяет получать из них твердый нефтяной кокс (состоящий преимущественно из углерода), а также низкокипящие углеводороды, которые можно использовать в каче-
стве сырья для других процессов с последующим получением ценных моторных топлив. Висбрекинг применяют для получения главным образом котельных топлив (топочных мазутов) из гудронов. Флексикокинг предназначен для переработки остатков различных процессов, которые смешиваются с нагретым коксовым порошком и дают на выходе разнообразные компоненты жидких топлив и газ. Пиролиз используется для получения углеводородного газа, содержащего такие вещества, как этилен, пропилен и дивинил, — сырье для нефтехимической промышленности.
Гидропроцессы
Вгидропроцессах все реакции происходят под действием водорода. Простейший гидропроцесс — гидроочистка. Она применяется для того, чтобы удалить из нефтепродуктов компоненты, содержащие серу, и не-
которые другие соединения. При высоком давлении и температуре сырье смешивается с водородом и катализатором. В результате атомы серы освобождаются от предыдущих химических связей и соединяются с атомами водорода, образуя стойкое химическое соединение — сероводород, который легко отделяется в виде газа. Гидроочистке подвергаются бензиновые фракции, керосиновые фракции, дизельное топливо, вакуумный газойль и фракции масел.
Гидрокрекинг — один из видов крекинга, используемый для получения бензина, дизельного и реактивного топлива, смазочных масел, сырья для каталитического крекинга и др. Одновременно с реакциями крекинга происходит гидроочистка продуктов от соединений серы и насыщение водородом непредельных углеводородов, то есть получение устойчивых соединений.
производить разные сорта дизельного топлива из различных смесей углеводородов с учетом дальнейшего применения. За основу принимают средние дистилляты прямой перегонки — в советские времена их использовали без лишних примесей — это всем известная солярка. Ценный компонент дизеля — газойль гидрокрекинга, у него высокое цетановое число и малое содержание посторонних примесей. Вообще гидроочистка — обязательный процесс при получении качественного дизеля — в средних и тяжелых дистиллятах скапливается максимальное количество серы и других примесей, бывших в исходном сырье.
ТОПЛИВО ДЛЯ ФОНАРЕЙ И САМОЛЕТОВ
Керосин был первым видом топлива, который стали получать из нефти с помощью перегонки. Первоначально
он использовался в основном для уличного освещения. Керосин представляет собой прозрачную, бесцветную или желтоватую, слегка маслянистую на ощупь жидкость — смесь углеводородов, молекулы которых содержат от восьми до 15 атомов углерода. Температура
2 2 |
|
Приложение к журналу «Сибирская нефть» |
|
||
|
|
нефть. просто о сложном |
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
кипения керосинов находится в интервале 150–250°C.
Сегодня керосин применяют в первую очередь как авиационное реактивное топливо, а также в качестве компонента жидкого ракетного топлива, в бытовых нагревательных и освети-
тельных приборах, в аппаратах для резки металлов, как растворитель, а также как сырье для нефтеперерабатывающей промышленности.
Реактивное топливо получают из малосернистого или обессеренно-
го керосина, легкого газойля коксования и гидрокрекированных компонентов. Оно проходит строгую проверку качества по таким параметрам, как плотность, вязкость, низкотемпературные характеристики, электропроводность, коррозионные свойства и др. В реактивных топливах недопустимо присутствие сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыла нафтеновых кислот, механических примесей, воды.
Мировое производство реактивного топлива составляет в среднем 5% от
перерабатываемой нефти. В мирное время военные потребляют около 10% от общих ресурсов реактивных топлив. 
Каталитический риформинг
Каталитический риформинг — процесс переработки прямогонных бензиновых фракций нефти. Его задача улучшать исходное сырье за счет увеличения октанового числа. В процессе риформинга алканы превращаются в так называе-
мые ароматические углеводороды, характерная черта которых — замкнутая структура молекулы или наличие бензольного кольца — группы из шести атомов углерода, соединенных друг с другом по кругу. Самое простое и одно из самых распространенных ароматических соединений — бензол, молекула которого состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода. Свое название эта группа веществ получила благодаря тому, что первые открытые ее представители обладали приятным запахом. В дальнейшем понятие «ароматичность» стали связывать не с запахом, а с определенными химическими свойствами, характерными для этих соединений.
Продукты каталитического риформинга (риформат) используют не только как компонент для производства автобензинов, но и как сырье для извлечения индивидуальных ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол и ксилолы. Ароматика, в свою очередь, становится сырьем для производства самых различных пластиков.
Алкилирование
А лкилирование — это процесс, который позволяет получить высокооктановые бензиновые компоненты (алкилат) из непредельных углеводородных газов. В основе процесса лежит реакция соединения алкена и алкана с получением
алкана с числом атомов углерода, равным сумме атомов углерода в исходных соединениях. По сути это реакция, обратная крекингу, так как в результате получаются вещества с более длинными цепочками молекул и большей молекулярной массой. Впоследствии алкилат смешивают с низкооктановыми бензиновыми фракциями, получая на выходе облагороженный бензин.
Изомеризация
И зомеризация — процесс получения изоуглеводородов, то есть углеводородов с более разветвленными цепочками атомов углерода, из углеводородов нормального строения. Например, если молекула пентана представляет собой це-
почку из пяти расположенных друг за другом атомов углерода, то изопентан — это цепочка из четырех атомов углерода с ответвлением, образованным пятым атомом углерода. Изомеризация позволяет повысить октановое число смеси и используется для облагораживания бензина.
Молекула пентана и молекула изопентана (справа)
Приложение к журналу «Сибирская нефть» |
|
2 3 |
|
||
www.gazprom-neft.ru |
|
|