Асортимент сучасних бензинів. Порівняльна характеристика за екологічними показниками
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра екології
Домашнє завдання
з дисципліни «Хіммотологія»
на тему: «Асортимент сучасних бензинів. Порівняльна характеристика за екологічними показниками »
Виконала: студенка групи 500 ІЗДН
Гніденко А.Г.
Перевірила: доцент кафедри
екології Л. М. Черняк
Київ-2015
Зміст
Вступ
. Загальні вимоги до автомобільних бензинів
. Основні властивості автомобільних бензинів
. Хімічна стабільність
. Екологічні вимоги
Висновки
Список літератури
Вступ
Сучасні товарні автомобільні бензини являють собою суміш компонентів, що отримуються в результаті різних технологічних процесів переробки нафти.
Автомобільні бензини, як правило, готуються змішанням компонентів, одержаних шляхом прямої перегонки, термічного крекінгу і риформінгу, каталітичного крекінгу і риформінгу, коксування, гідрокрекінгу, алкілування, полімеризації, ізомеризації та інших процесів переробки нафти і нафтових фракцій. Одним з вирішальних показників, що визначають співвідношення компонентів в товарних бензинах, є їх детонаційна стійкість.
У світі налічується багато мільйонів автомобілів, які спалюють величезну кількість нафтопродуктів, суттєво забруднюючи атмосферне повітря, насамперед у великих містах. Вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння містять величезну кількість токсичних сполук - бензопірену, альдегідів, оксидів азоту та вуглецю і особливо небезпечних сполук свинцю.
1.Загальні вимоги до автомобільних бензинів
Бензин - легкозаймиста горюча рідина (температура займання бензинів становить -27...-39°С, а температура самозаймання становить 355...370°С, тому слід ретельно виконувати правила техніки безпеки. Бензини повинні насамперед відповідати конструкції двигуна і мати такі фізико-хімічні властивості, які забезпечували б:
а) безперебійну подачу бензину в систему живлення;
б) утворення якісної паливно-повітряної суміші потрібного складу;
в) нормальне та повне згоряння одержаної суміші в двигунах (без виникнення детонації);
г) зменшення корозії та корозійного спрацьовування деталей двигуна;
д) зменшення відкладень у впускному трубопроводі, камері згоряння та інших місцях двигуна;
е) збереження якостей при зберіганні, перекачуванні та транспортуванні;
ж) екологічну безпеку.
Кожна з перелічених вимог визначається одним чи кількома показниками, величини яких для різних марок бензинів нормуються Держстандартами. Ці показники за їх впливом на ті чи інші властивості можна умовно поділити на: сумішоутворюючі властивості, які забезпечують подачу бензину й утворення паливно-повітряної суміші, та показники, що забезпечують пуск та роботу двигунів; низькотемпературні властивості; властивості, які забезпечують повне згоряння бензинів, антидетонаційні властивості та властивості, які визначають вплив на корозію та утворення відкладень у двигуні.
Експлуатаційні вимоги, які пред'являють до автобензинів, наведено в табл. 2.1.
Таблиця 2.1 Експлуатаційні вимоги до автобензинів
Вимоги до паливаПризначення вимогПовне згоряння паливно-повітряної суміші (ППС) без виникнення детонації на всіх експлуатаційних режимах роботи двигунаДосягнення необхідної потуж- ності двигуна, а також забезпечен-ня надійності (безвідмовності та працездатності) роботи двигунаВідсутність або мінімальне нагароутворенняУсунення перегріву і підви-щеного зносу складових одиниць двигунаВідсутність корозії деталей при безпосередньому контакті з бензином і ППСЗабезпечення надійності (без-відмовності і довговічності) роботи двигунаСтабільність якості при транспортуванні, перекачуванні, збереженні та видачі, а також низька температура застиганняЗабезпечення необхідної потуж-ності і паливної економічності, а також надійності роботи двигунаЗдатність до фільтрування і відстоюванняЗабезпечення необхідної якості бензинуЕкологічна безпекаУсунення негативного (шкід-ливого) впливу на людину, тварин і навколишнє середовище
. Основні властивості автомобільних бензинів
Для забезпечення повного згорання автобензина у двигуні необхідно перевести його в короткий проміжок часу з рідкого стану в паровий і змішати з повітрям у відповідному співвідношенні, тобто утворити паливно-повітряну суміш (ППС).
Залежно від конструкції двигуна можливими є два способи утворення ППС: при застосувані першого - в карбюраторі проходить часткове випаровування автобензину і утворення ППС, а потім паровітровий потік розподіляється по циліндрах (карбюраторні двигуни); при застосуванні другого - автобензин вприскується за допомогою форсунок в камеру згорання або у впускний трубопровід (двигуни з інжекторними системами).
До найважливіших хімічних показників, від яких залежить випаровуваність автобензинів, є:
тиск насичених парів;
фракційний склад.
Пускові властивості автобензинів залежать від вмісту в ньому легких (пускових) фракцій, наявність яких може бути визначеною за тиском насичених парів в кПа (мм рт. ст.) згідно з ГОСТ 1756-52 за температурою википання 10\% (об.) палива; пускові властивості автобензинів погіршуються з пониженням тиску їх насичених парів.
Фракційний склад автобензинів визначають перегонкою на спеціальному приладі згідно з ГОСТ 2177-82, при цьому відмічають температуру в °С початку кипіння, температуру википання 10, 50, 90\% (об.) палива і кінця кипіння.
Від фракційного складу залежать такі показники: швидкість прогріву двигуна, його прийнятність, а також спрацьованість циліндро-поршневої групи (ЦПГ). Найсуттєвіший вплив на швидкість прогріву двигуна та його прийнятність має температура википання 50\% (об.) бензину. Чим нижчою є температура повітря, тим нижчою є температура википання 50\% (об.) для швидкого прогріву двигуна; при зниженні температури цей вплив збільшується.
Для нормальної роботи двигуна велике значення має повнота википання палива, яка характеризується температурою википання 90\% (об.) бензину і температурою кінця кипіння. При неповному википанні бензину у впускній системі частина його може поступати в камеру згоряння в рідкому стані, змиваючи моторну оливу зі стінок циліндрів, що призводить до підвищення зносу деталей ДВЗ і негативно впливає на потужність та економічність його роботи.
Зниження температури кінця кипіння бензинів може підвищити їх експлуатаційні властивості, однак це знижує ресурс двигунів. Застосування в сучасних двигунах систем безпосереднього вприскування бензину - інжекторних систем з електронним або механічним управлінням - дозволяє достатньо ефективно використовувати бензини з підвищеною температурою кінця кипіння, наприклад, бензини А-80, А-92 та ін., за ТУ У 00149943.501-98 для яких нормується температура кінця кипіння 215°С (див. табл. 2.2).
Детонаційна стійкість (ДС). Цей показник характеризує здатність автобензинів протистояти самозайманню при стисненні. Висока детонаційна стійкість (ДС) автобензину забезпечує його максимальне згоряння в усіх режимах експлуатації двигуна, причому, в цьому випадку процес згорання палива у двигуні має радикальний характер.
Показником ДС автобензинів є октанове число (ОЧ), яке показує вміст ізооктану - С8 Н18 (в об.\%) в суміші з гептаном - С7Н16, що за ДС є еквівалентним паливу, випробуваному в стандартних умовах.
У лабораторних умовах октанове число автобензинів та їх компонентів визначають на одноциліндрових моторних установках УІТ-85 або УІТ-86 моторним (ГОСТ 511-82) і дослідницьким (ГОСТ 8226-82) методами (в подальшому відповідно ММ і ДМ).
Вимоги до ДС автобензинів залежать від конструктивних особливостей двигуна (зокрема ступеня стиснення і діаметра циліндра). Оскільки збільшення ступеня стиснення дозволяє підвищити експлуатаційні показники та економічність роботи двигуна, то це є визначальним в розвитку виробництва двигунів. Таким чином, прогрес у виробництві двигунів призводить до постійного підвищення вимог до ДС.
Для підвищення октанове число автобензинів використовують два способи:
технологічний, шляхом переробки бензинів прямої перегонки на установках каталітичного крекінгу і каталітичного риформінгу з метою підвищення олефінових, ароматичних та ізопарафінових вуглеводнів;
шляхом введення в товарний автобензин антидетонаційних присадок (АДП) і високооктанових компонентів (ВОК).
З точки зору експлуатаційних властивостей автобензинів технологічний шлях є найбільш позитивним, але у будівництво нових технологічних установок, з метою отримання високооктанових автобензинів або високооктанових компонентів, необхідні значні капіталовкладення.
Найдешевшим і до недавнього часу найпоширенішим методом підвищення ДС товарних бензинів були добавки до них тетраетилсвинцю (ТЕС) - Р6(С2Н5)4, тобто алкілсвинцевого АДП.
ТЕС рівною мірою підвищує октанове число різних вуглеводнів, його використовують у вигляді етилової рідини , до складу якої входять органічні сполуки брому (брометил або дибромпропан) і барвник; наприклад, відповідно до ЕР марок Р-9 і П-2.
Етилової рідини, як і продукти її згорання, є дуже токсичною. Окрім великої токсичності, застосування етилованих автобензинів перешкоджає широкому використанню на автомобілях каталізаторів для спалювання відпрацьованих газів, оскільки продукти згорання свинцю отруюють каталізатор.
Як альтернатива алкілсвинцевим АДП для підвищення ДС автобензинів в Україні допущено до застосування при виробництві автобензинів поліфункціональну присадку Екооктан + згідно з ТУ У 19036396.003-98. Цю присадку призначено для покращання експлуатаційних характеристик та підвищення ОЧ, вона являє собою складну композицію сполук марганцю та сполук, що виносять нагар, і за своїми фізико-хімічними властивостями є близькою до марганцевої АДП марки МЦТМ (Росія). За токсичністю автобензини з марганцевим АДП відповідають неетилованим автобензинам, причому вміст канцерогенних вуглеводів у відпрацьванних газах при використанні присадки Екооктан + знижується до 70\%.
При виробництві високооктанових бензинів широке розповсюдження в Україні і за кордоном отримав метил-трет-бутиловий ефір (МТБЕ). Експлуатаційні характеристики роботи двигуна на суміші автобензину з МТБЕ є вищими порівняно з експлуатаційними характеристиками двигуна при роботі на автобензинах з добавками ЕР, однак МТБЕ, незважаючи на високу вартість, не має підвищеної токсичності і його застосування є економічно оправданим при виробництві високооктанових автобензинів.
В Україні допущено до застосування високооктанову кісневмістну добавку (ВКД) згідно з ТУ У 18.475-98 для автобензинів з концентрацією, не більшою за 6\%. Суттєвим недоліком ВКД є її здатність розчиняти в собі воду, що знижує стабільність бензинів при їх зберіганні.
Водночас ведуться роботи з використання етил-трет-бутилового ефіру (ЕТБЕ) для виробництва високооктанових автобензинів. Введення ЕТБЕ знижує нерівномірність розподілу ДС автобензину за фракціями і схильність його до нагароутворення; токсикологічні випробовування показали, що ЕТБЕ не проявляє негативної дії на організм людини .
. Хімічна стабільність (ХС)
Цей показник характеризує здатність автобензину зберігати свої властивості і хімічний склад під час довгого зберігання, перекачування, транспортування та нагрівання у впускній системі бензинового двигуна.
ХС автобензинів визначається швидкістю реакцій окиснення. При окисненні автобензинів в них накопичуються смолисті речовини, які можуть випадати з палива, при цьому утворюються відкладення в резервуарах, трубо- і паливопроводах та ін.
ХС товарних автобензинів та їх компонентів оцінюють стандартними методиками шляхом прискоренного окиснення при 100°С і тиску 0,7 МПа кисню (ГОСТ 4039-88). Цим методом визначають індукційний період (ІП), тобто час (в хв.) від початку випробувань (окислення автобензина) до початку активного вбирання ним кисню. Чим вищим є ІП, тим вищою є стійкість автобензину до окиснення при тривалому зберіганні.
ХС етилованих автобензинів залежить також від вмісту в них ЕР, оскільки ТЕС при зберіганні окиснюється, утворюючи при цьому незначний осад.
Для забезпечення необхідного рівня ХС в автобензини додаються протиокисні присадки (ПОП), наприклад, ФУ-16.
Схильність до утворення відкладень і нагароутворення. Застосування автобензинів, особливо етилованих, супроводжується утворенням відкладень у пусковій системі двигуна, в паливному баці, на впускних клапанах і поршневих кільцях, а також нагару в камері згоряння.
Утворення відкладень частково залежить від вмісту в автобензині смолистих речовин, нестабільних вуглеводнів, невуглеводневих домішок, а також від групового і фракційного складу, які визначають миючі властивості автобензинів. Значною мірою, цей процес визначається конструктивними особливостями двигуна. Сполуки, які містять сірку і наявні в автобензині, як і збільшена концентрація ТЕС, беруть участь в нагароутворенні.
Корозійна активність автобензинів і продуктів їх згорання залежить від вмісту загальної та меркаптанової сірки (в \%), кислотності (в мг КОН/100 дм3 бензину), вмісту водорозчинних кислот і лугів та наявності води. Ці показники визначаються відповідно до ГОСТ 5985-79, ГОСТ 6307-75 та ГОСТ 2477-65 і задаються нормативною документацією на автобензини, які повинні витримувати випробовування на мідній пластинці згідно з ГОСТ 6321-69 (це дуже чутлива оцінка на вміст у автобензині сірководню і вільної сірки).
Ефективним засобом захисту від корозії паливної апаратури є добавка до автобензинів спеціальних антикорозійних (АКП) або багатофункціональних (БФП) присадок.
4. Екологічні вимоги
Серед екологічних показників автобензинів найважливішим є вміст в них сполук свинцю. Це пов'язано не тільки з високою токсичністю етилованих автобензинів і продуктів їх згорання, а й з можливістю застосування каталітичних систем нейтралізації відпрацьованих газів, оскільки продукти згорання свинцю забруднюють каталізатор. У США і в ряді європейських країн використання етилованих автобензинів заборонено законом. У жовтні 1999 р. в Україні прийнято Програму поступового припинення використання етилованого бензину з метою виконання загальноєвропейської стратегії припинення використання етилованого бензину та Протоколу про важкі метали відповідно до конвенції 1979 р. про транскордонне забруднення повітря на великі відстані, прийнятого у червні 1998 р. у м. Орхус (Данія) на четвертій конференції Навколишнє середовище для Європи. У 1999 р. обсяг виробництва неетилованих автобензинів в Україні становив 97,5\% загального їх виробництва. Згідно з прийнятою Програмою до 1 січня 2001 р. максимальний вміст свинцю в етилованому автобензині потрібно знизити з 0,37 до 0,15 г/л, а з 1 січня 2005 р. в Україні мали вироблятися тільки неетиловані автобензини. Передбачається розробка і впровадження державного стандарту України на автобензини з визначенням норм вмісту свинцю, бензолу та ароматичних вуглеводнів, які будуть відповідати вимогам директив Європейської Економічної Співдружності (ЄЕС). Асортимент, основні показники якості і склад вітчизняних товарних автомобільних бензинів
Товарні автобензини в Україні виробляються згідно з ГОСТ 2084-77, а також ТУ У 00149943.501-98 та ТУ У 320.00158764.025-99.
Залежно від октанового числа (ОЧ) ГОСТ 2084-77 передбачає випуск автобензинів марок А-72 (неетилований ), А-76 (етилований, неетилований), АИ-92 (АІ-92) (етилований, неетилований), АИ-95 (АІ-95) (неетилований) (табл. 2.2). автомобільний бензин експлуатаційний
Таблиця 2.2
Характеристики автомобільних бензинів за ГОСТ 2084-77
ПоказникЗначення характеристики для бензинів марокА-72 А-76АИ-93 (АІ-93)АИ-95 (АІ-95) неетилованийнеетилованийНеетилованийетилованийнеетилованийетилований1234567Детонаційна стійкість: октанове число за ММ (не менше) 72 76 76 85 85 85октанове число за ДМне нормується939395Концентрація свинцю, г/дм3 бензину (не більше) Фракційний склад: температура початку перегонки, °С (не нижче): літнього 0,013 35 0,013 35 0,170 35 0,013 35 0,370 35 0,130 35зимовогоне нормується10\% переганяється при температурі, °С (не вище): літнього зимового 50\% переганяється при температурі, °С (не вище): літнього зимового 90\% переганяється при температурі, °С (не вище): літнього зимового кінець кипіння бензину, °С (не вище): літнього зимового 70 55 115 100 180 160 195 185 70 55 115 100 180 160 195 185 70 55 115 100 180 160 195 185 70 55 115 100 180 160 195 185 70 55 115 100 180 160 195 185 70 55 115 100 180 160 195 185 залишок у колбі, \% (не більше) залишок і витрати, \% (не більше)1,5 41,5 41,5 41,5 41,5 41,5 4Тиск насичених парів бензину, кПа: літнього(не більше) зимового (в межах) Кислотність, мг КОН/100 см3 бензину (не більше) Концентрація фактичних смол, мг/100 см3 бензину (не більше): на місці виробництва на місці споживання Індукційний період бензину на місці виробництва, хв (не менше) Масова частка сірки, \% (не більше) 66,7 66,7... 93,3 3 5 10 600 0,1 66,7 66,7... 93,3 1 3 8 1200 0,1 66,7 66,7... 93,3 3 5 10 900 0,1 66,7 66,7... 93,3 0,8 відсутня 5 1200 0,1 66,7 66,7... 93,3 3,0 5 7 900 0,1 66,7 66,7... 93,3 2,0 5 - 900 0,1Випробування на мідній пластинці Водорозчинні кислоти і луги Механічні домішки і водавитримує відсутні відсутніКолір--жовтий-оранжево-червоний-Густина при 20°С, кг/м3 Важкі вуглеводніне нормується відсутніПримітки.
Для міст і районів, а також підприємств, де головним санітарним лікарем заборонено застосування етилових бензинів, призначаються тільки неетиловані бензини.
Допускається виробляти бензин для застосування в південних районах із показниками за фракційним складом - 10\%; переганяється при температурі, не вищій за 120°С.
Для бензинів, виготовлених із застосуванням компонентів каталітичного риформінгу, допускається температура кінця кипіння бензину літнього виду, не вища за 205°С, а бензину зимового виду - не вища за 195°С.
Автомобільні етиловані бензини для експорту виготовляються без добавки фарби (допускається біло-жовте забарвлення); концентрація свинцю в них не повинна перевищувати 0,15 г/дм3, а масова частка меркаптанової сірки за ГОСТ 17323-71 - 0,001\%.
Для тривалого зберігання в Держрезерв призначено тільки автобензин літнього виду марки А-76 на всі періоди року.
Параметри автобензинів, що виробляються згідно з ГОСТ 2084-77, суттєво відрізняються від прийнятих міжнародних норм, особливо щодо екологічних вимог. Для підвищення конкурентоспроможності українських бензинів було розроблено ТУ У 00149943.501-98 Бензини автомобільні з підвищеним кінцем кипіння (для яких передбачено визначення сумарного вмісту ароматичних вуглеводнів та масової частки бензолу не більше 5\%), (табл. 2.3), а також ТУ У 320.00158764.025-99 (табл. 2.4).
За галузевим стандартом України ДСТУ 320.00149943.015-2000 виробляються бензини моторні сумішеві неетиловані, які виготовляються з базових компонентів та високооктанової кисневмісної добавки (ВКД) з масовою часткою, що не перевищує 6\%, і використовуються як паливо для бензинових автомобільних двигунів та двигунів мотоциклів, а також двигунів іншого призначення.
Таблиця 2.3 Характеристики автомобільних бензинів з підвищеним кінцем кипіння за ТУ У 00149943.501-98
ПоказникМаркаА-80А-92А-95А-9612345Детонаційна стійкість: октанове число за ДМ (не менше) октанове число за ММ (не менше) Фракційний склад: температура початку перегонки, °С (не нижче) 10\% переганяється при температурі, °С (не вище) 50\% переганяється при температурі, °С (не вище) 90\% переганяється при температурі, °С (не вище) кінець кипіння, °С (не вище) залишок у колбі, \% (не більше) залишок і витрати, \% (не більше) 80,0 76,0 30 75 120 190 215 1,5 4,0 80,0 76,0 30 75 120 190 215 1,5 4,0 80,0 76,0 30 75 120 190 215 1,5 4,0 80,0 76,0 30 75 120 190 215 1,5 4,0 Тиск насичених парів бензину, кПа (не більше) Кислотність, мг КОН/100см3 бензину (не більше) Концентрація фактичних смол, мг/100см3 бензину (не більше) на місці виробництва на місці споживання Індукційний період бензину на місці виробництва, хв. (не менше) Масова частка сірки, \% (не більше) Масова частка меркаптанової сірки, \% (не більше)79,9 3 5 10 600 0,05 0,00179,9 3 5 10 600 0,05 0,00179,9 3 5 10 600 0,05 0,00179,9 3 5 10 600 0,05 0,001Випробування на мідній пластинці Водорозчинні кислоти і луги Механічні домішки і вода Колірвитримує відсутні відсутні безбарвний або блідо-жовтийКонцентрація свинцю, г/дм3 бензину (не більше): етилований неетилований - 0,013 - 0,013 - 0,013 0,05 0,013Сумарний вміст ароматичних вуглеводнів, \%не нормується, визначення є обов'язковимМасова частка бензолу, \% (не більше)5,05,05,05,0Густина при 20°С, кг/м3не нормується, визначення є обов¢язковимПримітки.
На період від 1 жовтня показник температура початку перегонки не нормується.
Заводи, що виготовляють тільки неетиловані бензини, вміст свинцю не визначають.
При переробці нафти з вмістом сірки 1,5\% і вище в бензинах усіх марок масова частка сірки допускається не більше, ніж 0,1\%.
Масова частка меркаптанової сірки в бензинах усіх марок не нормується до 01.01.2001р. (визначення є обов¢язковим).
При виробництві та використанні вітчизняних бензинів на території України вміст бензолу не нормується до 01.01.2001р. (визначення є обов¢язковим); масова частка бензолу нормується при поставках бензинів на експорт.
При виробництві автомобільних бензинів дозволяється введення присадок, допущених до застосування в установленому порядку; при застосуванні присадок, що змінюють колір бензинів, показник колір не є браковочним.
Висновки
У світі налічується багато мільйонів автомобілів, які спалюють величезну кількість нафтопродуктів, суттєво забруднюючи атмосферне повітря, насамперед у великих містах. Вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння містять величезну кількість токсичних сполук - бензопірену, альдегідів, оксидів азоту та вуглецю і особливо небезпечних сполук свинцю.
Для зниження викидів парів нафтопродуктів одним з перспективних напрямків є застосування нерівноважених в′язкопружних систем (НВПС) на полімерній основі, які накачуються у резервуар і утворюють на усій поверхні нафтопродукта тонкий шар, який плаває і не дає легким фракціям нафтопродукта випаровуватися. Одним з засобів зниження викидів вибухових газів є перевод АЗС на неетильований бензин.
Список літератури
Беляев С.В. Топлива для современных и перспективных автомобилей: Учеб. Пособие / С.В. Беляев, В.В. Беляев; ПетрГУ. - Петрозаводск, 2005.-236 с
Бензин. - Режим доступа к ст.: #"justify">Автомобиль и окружающая среда: Учеб. Пособие / П. М. Канило, И. С. Бей, А. И. Ровенський / Харьк. Гос. автомоб. - дор. техн. ун-т. - Х.: Прапор, 2000. - 304 с.
Марков В. А., Баширов Р. М., Габитов И. И. Токсичность отработавших газов дизелей. - 2. изд., перераб. и доп. - М.: МГТУ им. Баумана, 2002. - 375 с.
Лудченко О. А. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів: організація і управління: Підручник. - К.: Знання, 2004. - 478 с.
В. Г. Петрук, д. т. н., проф.; С.М. Кватернюк, П. М. Турчик; М. М. Очкуров; Г. С. Мандзюк Оцінка впливу на навколишнє природне середовище станцій технічного обслуговування автомобілів