Автомобильные бензины являются одним из наиболее крупнотоннажных нефтехимических продуктов, вырабатываемых в развитых промышленных странах Европы, Азии и Америки. Так, доля автомобильных бензинов в основной продукции нефтеперерабатывающей промышленности США составляет более 45%, стран Западной Европы: Великобритании, ФРГ, Франции и Италии — 20-30%, Японии —около 20%.
Для нефтеперерабатывающей промышленности США автомобильный бензин является самым массовым продуктом, определяющим научно-технический прогресс в этой отрасли, главным направлением которого является постоянное наращивание мощностей вторичных углубляющих процессов на НПЗ, позволяющих увеличивать выход высококачественных светлых нефтепродуктов при переработке нефтяного сырья. Доля мощностей вторичных процессов по отношению к объему прямой перегонки нефти составляет в США более 150%.
В странах Западной Европы и Японии наряду с увеличением выработки автомобильных бензинов постоянно повышался спрос и на дизельное топливо, более широко применяемое там на автомобильном транспорте, чем в США. В этих странах значительное количество прямогонных керосино-газойлевых фракций вовлекается в товарное дизельное и печное топливо и не может использоваться в качестве сырья для деструктивной переработки в бензиновые фракции. Поэтому доля вторичных процессов на нефтеперерабатывающих заводах Западной Европы и Японии на начало 90-х гг. по отношению к первичной переработке составляла около 100%, т.е. была примерно в 1,5 раза ниже по сравнению с США.
Следствием значительного количественного различия США и других развитых промышленных стран по глубине переработки нефти явились принципиально разные пути расширения ресурсов высокооктановых бензинов в этих странах с учетом необходимости значительного сокращения содержания токсичных свинцовых антидетонаторов и в ближайшей перспективе полного прекращения их применения.
В США с конца 30-х гг. и до настоящего времени используется так называемое алифатическое направление, заключающееся в постоянном наращивании мощностей деструктивной переработки, увеличивающих выход бензиновых фракций, обогащенных высокооктановыми изопарафиновыми углеводородами, и поставляющих образующиеся низкомолекулярные углеводороды С3 и С4 в качестве сырья для синтеза более тяжелых изопарафиновых и алкилароматических углеводородов. Основные технологические процессы этого направления: каталитический крекинг, алкилирование, гидрокрекинг и изомеризация. Бензины, вырабатываемые с использованием этих процессов, отличаются высоким содержанием изопарафиновых углеводородов, которые в основном и обеспечивают требуемую детонационную стойкость.
В странах Западной Европы и Японии, где соотношение объемов выработки бензинов и дистиллятных топлив (дизельное и печное) составляет 1/1 v2 (в отличие от этого соотношения в США, равного 2/1), необходимая детонационная стойкость неэтилированных и малоэтилированных автомобильных бензинов достигается их высокой ароматизацией, т.е. реализуется так называемое ароматическое направление. Основным технологическим процессом этого направления является каталитический риформинг, мощности которого достигли 80—100% объема вырабатываемых высокооктановых бензинов. Содержание ароматических углеводородов в автомобильных бензинах, вырабатываемых по ароматическому направлению, в конце 80-х гг. достигло 60% объемн. В этот же период в комплексе мероприятий по охране окружающей среды, проводимых по рекомендации Европейской экологической комиссии, были начаты работы по существенному снижению содержания ароматических углеводородов в бензинах за счет введения новых мощностей каталитического крекинга, а также применения в качестве высокооктанового компонента эфиров МТБЭ, ТАМЭ и др. Поэтому в первой половине 90-х гг. в западноевропейских странах и Японии наблюдается постепенное снижение ароматизации бензинов.
Средний компонентный состав автомобильных бензинов, вырабатываемых в развитых странах, определенный по соотношению мощностей соответствующих процессов, приведен в табл.
Средний компонентный состав зарубежных автомобильных бензинов начала 80-х гг.
| Компонент | Страны |
США | Великобритания | ФРГ | Франция | Италия | Япония |
| Смесь бутанов | 5,5 | 7,8 | 7,7 | 5,8 | 5,2 | 6,1 |
| Бензин прямой | | | | | | |
| перегонки | 1,0 | 7,8 | 7,7 | 5,8 | 5,2 | 6,1 |
| Изомеризат | 8,0 | 5,0 | 1,9 | 0,8 | 7,2 | — |
| Компонент каталити- | | | | | | |
| ческого крекинга | 35,0 | 21,3 | 13,3 | 21,9 | 20,0 | 20,5 |
| Компонент каталити- | | | | | | |
| ческого риформинга | 32,9 | 49,0 | 57,8 | 58,6 | 47,3 | 62,4 |
| Компонент гидро- | | | | | | |
| крекинга | 1,5 | 1,2 | 2,5 | 0,4 | 0,6 | 0,8 |
| Компонент термических | | | | | | |
| процессов | 1,0 | 2,8 | 7,2 | 3,9 | 5,1 | 1,0 |
| Алкилат | 11,0 | 5,8 | U | 2,1 | 6,6 | 0,2 |
| МТБЭ и другие эфиры | 4,1 | 7,1 | 8,5 | 6,5 | 8,0 | 9,0 |
Из данных табл. видно, что основным компонентом бензинов стран Западной Европы и Японии является бензин каталитического риформинга. Бензины Западной Европы также отличаются сравнительно повышенным содержанием продуктов термических процессов.
Качество зарубежных автомобильных бензинов жестко регламентируется по детонационной стойкости, содержанию свинцовых антидетонаторов, серы, а в последние годы вводятся ограничения и по углеводородному составу. В отличие от отечественных бензинов автомобильные бензины за рубежом по детонационной стойкости делятся в основном на две категории: регулярные с октановым числом 89—93 и премиальные с октановым числом 96—100 по исследовательскому методу. Основное количество автомобильных бензинов в ведущих промышленных странах вырабатывается в неэтилированном виде. Содержание свинца в этилированных бензинах ограничено до 0,15 г на 1 дм3. В США этилированные бензины вырабатываются в весьма ограниченных количествах. В ряде стран Западной Европы, таких как Швейцария, Швеция и ФРГ, также почти полностью прекращено применение этилированных бензинов. Для повышения детонационной стойкости бензинов взамен этиловой жидкости в США, странах Западной Европы и Японии широкое применение находят различные эфиры, 80% которых составляет МТБЭ. Добавка МТБЭ не только повышает октановое число бензинов, но и увеличивает полноту сгорания, что приводит к снижению содержания СО и RH в отработавших газах.
По содержанию серы зарубежные бензины практически не отличаются от отечественных. Большинством спецификаций до последнего времени допускалось содержание серы до 0,1% от мае. Некоторыми спецификациями также регламентируется и допустимое содержание меркаптановой серы на уровне 0,001 — 0,0015% мас.
Особенностью зарубежных автомобильных бензинов является относительно невысокая химическая стабильность. Многими зарубежными спецификациями допустимая величина индукционного периода нормируется на уровне 240 мин, и только в отдельных случаях для бензинов повышенного качества (супер-бензинов), а также бензинов, поставляемых для создания стратегических запасов, норма на этот показатель составляет не менее 480 мин.
Испаряемость зарубежных бензинов, как и отечественных, регламентируется температурными характеристиками фракционного состава и давлением насыщенных паров. Зарубежные требования к фракционному составу бензинов отличаются более высокой допустимой температурой конца кипения, которая в большинстве спецификаций составляет 215°С, а в некоторых странах с теплым климатом, например в Мексике и Бразилии, этот показатель равен 225°С. Требования к давлению насыщенных паров зарубежных бензинов принципиально не отличаются от отечественных.
Качество зарубежных автомобильных бензинов также контролируется определением ряда таких традиционных показателей, как концентрация фактических смол, испытание на медной пластинке и цвет (для этилированных бензинов). В некоторых спецификациях, например фирмы «Тоталь» (Франция), включены такие показатели, как «докторская проба», устанавливающая допустимое содержание меркаптановой серы, и содержание потенциальных смол, характеризующих в дополнение к индукционному периоду склонность бензина к осмолению при хранении.
Почти всеми зарубежными спецификациями предусмотрено обязательное добавление к автомобильным бензинам антиокислительных, антикоррозионных, моющих, а в зимнее время и антиобледенительных присадок.
В связи с развернувшейся практически во всех развитых странах в конце 80-х гг. компанией за усиление охраны окружающей среды, одним из главных направлений которой является снижение уровня загрязнений, связанных с эксплуатацией автомобильного транспорта, на правительственном уровне были выдвинуты требования перед нефтеперерабатывающей промышленностью о выработке автомобильных бензинов, обеспечивающих значительное уменьшение токсичных выбросов в атмосферу.
«Экологически чистые», или так называемые «реформулированные», бензины должны содержать минимальное количество примесей и углеводородов, способствующих загрязнению атмосферного воздуха токсичными продуктами сгорания и испарения при перекачке и транспортировке. К таким примесям и соединениям относятся свинцовосодержащие антидетонаторы, серусодержащие соединения, ароматические и непредельные углеводороды. Для обеспечения высокой полноты сгорания реформулированные бензины в обязательном порядке должны иметь в своем составе кислородсодержащие продукты.
| | | Нормы по | Нормы | |
| | Средние | федераль- | управле- | Средние |
| | ДаННЫС для неэти- | ному закону о чис- | ния воздушными | данные по шт. |
| Показатели | лирован- | том возду- | ресурсами | Кали- |
| | ного регулярного бензина за 1990 г. | хе 1990 г. | шт. Калифорния, вводимые с 1996 г. | форния за 1913 г. |
| Давление насыщенных | | | | |
| паров, кПа | 60,0 | 49,6-55,8 | Не выше 48,3 | 48,0 |
| Содержание, % объемп.: | | | | |
| ароматических | | | | |
| углеводородов | 34,4 | Не более 25 | Не более 25 | 22 |
| и том числе бензола | 1,5 | Не более 1,0 | Не более 1,0 | 0,8 |
| олефинов | 9,7 | Не более 8,0 | Не более 6,0 | 4,0 |
| Содержание, % мае: | | | | |
| серы | 0,035 | Не более 0,01 | Не более 0,004 | 0,003 |
| кислорода | 0,2 | 2,0-2,7 | Не ниже 2,0 | 1,8 |
| Фракционный состав, °С: | | | | |
| 50% | — | — | Не выше 99 | — |
| 90% | 162 | — | Не выше 149 | — |
Из табл. видно, что к экологически чистому бензину в США предъявляются весьма жесткие требования по допустимому содержанию ароматических углеводородов, в том числе по наиболее токсичному и самому летучему ароматическому углеводороду — бензолу. В США соблюдение этих требований реализуется без особых усилий по изменению технологии получения бензинов ввиду наличия значительных мощностей по каталитическому крекингу, алкилирования и изомеризации. Более значительные трудности при выработке реформулированиых бензинов возникают по требуемому снижению содержания серы ввиду необходимости ужесточения процесса гидроочистки, что связано с применением новых катализаторов, а также с уменьшением выхода целевого продукта.
В странах Западной Европы реформулиройание бензина в настоящее время пока ограничено нормированием содержания бензола и снижением норм на массовую долю серы. Требования к автомобильным бензинам с улучшенными экологическими свойствами, разработанные Европейской организацией стандартов (CEN), приведены в табл.
Требования Европейской организации стандартов к экологически чистому автомобильному бензину
| Показатели | Нормы |
| Плотность при 15"С, кг/дм3 | 0,725-0,780 |
| Октанопое число: | |
| по исследовательскому методу | Не менее 95 |
| по моторному методу | Не менее 85 |
| Предельное содержание: | |
| свинца, г/дм' | 0,013 |
| бензола, % объемм. | 5 |
| серы, % мае. | 0,05 |
| Содержание кислородных соединений, | |
| % объемн. | 2,5-15,0 |
| Разгонка, % объемн.: | |
| при 100°С | 45-70 |
| при 180"С | Не менее 85 |
| Конец кипения, °С | Не более 215 |
Эти требования не включают ограничение на общее содержание ароматических углеводородов, которое пока нереально, поскольку выработка западноевропейских неэтилированных бензинов основана на ужесточении процесса каталитического риформинга. Западноевропейские требования в отличие от требований США имеют более широкий диапазон по содержанию кислородных соединений, что связано с недостаточно развитым производством этих компонентов в некоторых странах ЕЭС.
Таким образом, западноевропейские экологически чистые автомобильные бензины по требованиям к экологическим показателям соответствуют отечественным бензинам типа НОР-СИ АИ-95 (см. табл.), вырабатываемым по сходной технологии за исключением обязательного содержания кислородных соединений в таких бензинах Западной Европы.
Требования к экологически чистым автомобильным бензинам, вырабатываемым в США, приведены в табл. В табл. приводятся только те показатели, по которым изменяются нормы, применяемые к неэтилированному регулярному бензину.