Розділ 7
БЕНЗИНИ

7.1. Асортимент, якість автомобільних бензинів.

7.2. Хімічний склад та показники експлуатаційних властивостей бензинів.

Ключові слова: бензин, октанове число, густина, в’язкість, фракційний склад, сірка, присадки, класифікація.

7.1. Асортимент, якість автомобільних бензинів

Автомобільний бензин – суміш рідких вуглеводнів, отриманих в процесі переробки нафти, газового конденсату або їх сумішей, яка википає за температури 30-215 °С та використовується як паливо для двигунів внутрішнього згоряння з примусовим запалюванням паливно-повітряної суміші. Усі бензини залежно від показників випаровуваності ділять на літні та зимові. Зимові бензини призначені для застосування в північних і північно-східних районах протягом всіх сезонів і в інших районах з 1 жовтня до 1 квітня. Літні – для застосування у всіх районах, окрім північних і північно-східних, в період з 1 квітня по 1 жовтня; у південних районах допускається застосовувати літній бензин протягом всіх сезонів.

За складом автомобільні бензини є сумішшю компонентів, що отримуються в результаті різних технологічних процесів: прямої перегонки нафти, каталітичного риформінгу, каталітичного крекінгу і гідрокрекінгу вакуумного газойля, ізомеризації прямогінних фракцій, алкілірування, ароматизації термічного крекінгу, вісбрекінгу, уповільненого коксування. Компонентний склад бензину залежить, в основному, від його марки і визначається набором технологічних установок на нафтопереробному заводі.

Базовим компонентом для виробництва автомобільних бензинів є зазвичай бензини каталітичного риформінгу або каталітичного крекінгу. Бензини каталітичного риформінгу характеризуються низьким вмістом сірки, в їх складі практично відсутні олефіни, тому вони високостабільні при зберіганні. Проте підвищений вміст у них ароматичних вуглеводнів з екологічного погляду є лімітуючим чинником. До їх недоліків також належить нерівномірність розподілу детонаційної стійкості за фракціями. У складі бензинового фонду України частка компоненту каталітичного риформінгу перевищує 50 %.

Бензини каталітичного крекінгу характеризуються низькою масовою часткою сірки, октановими числами за дослідницьким методом 90…93 одиниці. Вміст у них ароматичних вуглеводнів складає 30…40 %, олефінових – 25…35 %. У їх складі практично відсутні диєнові вуглеводні, тому вони мають високу хімічну стабільність (індукційний період – 800…900 хв.). Порівняно з бензинами каталітичного риформінгу для бензинів каталітичного крекінгу характерний більш рівномірний розподіл детонаційної стійкості за фракціями. Тому як базу для виробництва автомобільних бензинів доцільно використовувати суміш компонентів каталітичного риформінгу і каталітичного крекінгу.

Бензини таких термічних процесів, як крекінг, уповільнене коксування, мають низьку детонаційну стійкість і хімічну стабільність, високий вміст сірки і використовуються тільки для отримання низькооктанових бензинів в обмежених кількостях.

Для досягнення необхідного рівня детонаційних властивостей етильованих бензинів до них додають етилову рідину (до 0,15 г свинця/дм бензину). До бензинів вторинних процесів, що містять неграничні вуглеводні, для їх стабілізації та забезпечення вимог по індукційному періоду дозволяється додавати антиокислювачі Агидол-1 або Агидол-12. У цілях забезпечення безпеки в обігу і маркування етильовані бензини повинні бути забарвлені. Бензин А-76 забарвлюється в жовтий колір жиророзчинним жовтим фарбником, бензин АІ-91 – в оранжево-червоний колір жиророзчинним темно-червоним барвником Ж. Етильовані бензини, призначені для експорту, не забарвлюються.

Останнім часом асортимент автобензинів значно поповнився за рахунок нових марок, що випускаються за технічними умовами. Це обумовлено різким зростанням виробництва неетильованого бензину і скороченням виробництва бензину етильованого.

До таких речовин належать різні естери, спирти, металоорганічні сполуки. Необхідність виробництва таких бензинів за технічними умовами обумовлено тим, що всі присадки і домішки можуть вводитися в строго визначених концентраціях. Для контролю вмісту цих компонентів у технічних умовах передбачаються спеціальні показники і вводяться додаткові методики контролю.

За екологічними показниками встановлено такі екологічні класи автомобільних бензинів: Євро3, Євро4, Євро5.

Забороняється використання в автомобільних бензинах екологічних класів Євро3, Євро4 та Євро5 добавок (присадок), що мають у своєму складі хоча б один з таких компонентів: фосфор, сполуки свинцю та заліза, ароматичні аміни (монометиланіліни, моноетиланіліни тощо).

Також забороняється з 1 січня 2017 р. використання в автомобільних бензинах екологічного класу Євро5 добавок (присадок) з концентрацією марганцю більше ніж 6 міліграмів на один куб. дециметр. Згідно з Законом України «Про деякі питання ввезення на митну територію України та реєстрації транспортних засобів» щодо посилення адаптаційної спроможності та поетапного запровадження в Україні міжнародних екологічних вимог до транспортних засобів (прийнято в червні 2017 року) передбачено перенесення стандартів Євро 6 на 1 січня 2020 року.

Автомобільні бензини повинні відповідати вимогам, наведеним у таблиці 7.1. згідно з вище згаданим Технічним регламентом.

Таблиця 7.1

Вимоги щодо характеристик автомобільного бензину

Назва показника	Одиниця виміру	Значення норм за екологічним класом
Назва показника	Одиниця виміру	Євро3	Євро4	Євро5
1	2	3	4	5
Вміст сірки	міліграмів на один кілограм	не більше 150	не більше 50	не більше 10
Об’ємна частка бензолу	відсотків	не більше 1	не більше 1	не більше 1
Концентрація свинцю	міліграмів на один куб. дециметр	не більше 5	не більше 5	не більше 5
Масова частка кисню:	відсотків
для бензинів Е5, Е7		не більше 2,7	не більше 2,7	не більше 2,7
для бензинів Е10		не більше 3,7	не більше 3,7	не більше 3,7
Об’ємна частка вуглеводнів:	—»—
ароматичних		не більше 42	не більше 35	не більше 35
олефінових		не більше 18	не більше 18	не більше 18
Детонаційна стійкість:
октанове число за дослідним методом:	одиниць
для бензинів марки А-80		не менше 80	не менше 80
для бензинів марки А-92		не менше 92	не менше 92	не менше 92
для бензинів марки А-95		не менше 95	не менше 95	не менше 95
для бензинів марки А-98		не менше 98	не менше 98	не менше 98
октанове число за моторним методом:	—»—
для бензинів марки А-80		не менше 76	не менше 76
для бензинів марки А-92		не менше 82,5	не менше 82,5	не менше 82,5
для бензинів марки А-95		не менше 85	не менше 85	не менше 85
для бензинів марки А-98		не менше 88	не менше 88	не менше 88
Тиск насиченої пари:	кілопас-калів
у літній період		в межах 45—80	в межах 45—80	в межах 45—80
у зимовий період		в межах 60—100	в межах 60—100	в межах 60—100
у перехідний період		в межах 50—90	в межах 50—90	в межах 50—90
Об’ємна частка біоетанолу:	відсотків
для бензинів Е5		не більше 5	не більше 5	не більше 5
для бензинів Е7		понад 5 та не більше 7	понад 5 та не більше 7	понад 5 та не більше 7
для бензинів Е10		понад 7 та не більше 10	понад 7 та не більше 10	понад 7 та не більше 10

Примітка. 1. Для бензинів Е5 і Е7 додатково дозволяється використання інших, крім біоетанолу, кисневмісних добавок (метанолу – до 3 відсотків, ізопропілового спирту – до 10 відсотків, ізобутилового спирту – до 10 відсотків, третбутилового спирту – до 7 відсотків, простих етерів – до 15 відсотків, інших органічних кисневих сполук з температурою кінця кипіння не вище ніж 210 °С – до 10 відсотків) за умови, що масова частка кисню не перевищуватиме 2,7 відсотка.

2. Для бензинів Е10 додатково дозволяється використання інших, крім біоетанолу, кисневмісних добавок (метанолу – до 3 відсотків, ізопропілового спирту – до 12 відсотків, ізобутилового спирту – до 15 відсотків, третбутилового спирту – до 15 відсотків, простих етерів – до 22 відсотків, інших органічних кисневих сполук з температурою кінця кипіння не вище ніж 210 °С – до 15 відсотків) за умови, що масова частка кисню не перевищуватиме 3,7 відсотка.

Автомобільні бензини можуть містити барвники та речовини-маркери.

Можливе додавання до автомобільних бензинів добавок (присадок), біоетанолу, етил-трет-бутилового етеру, які не погіршують експлуатаційних показників палива, не впливають негативно на екологічні, енергетичні та економічні показники двигунів, що підтверджено результатами випробувань, та допущені до застосування в установленому порядку.

7.2. Хімічний склад та показники експлуатаційних властивостей бензинів

Хімічний склад палива характеризують груповим вуглеводневим складом – вмістом (масовим або об'ємним) вуглеводнів різних груп (ароматичних, олефінових, нафтенових, парафінових). Для спрямованого поліпшення окремих властивостей до складу бензинів в обмежених кількостях можуть додаватися кисневмісні компоненти (спирти й етери), а також у дуже малих концентраціях – паливні присадки.

Усі властивості бензину регулюються зміною його складу в процесі виробництва на певному, оптимальному з погляду економічної доцільності, рівні, досяжному при використанні доступної сировини й сучасної технології його переробки. Задоволення вимог як виробників, так і споживачів, а іншими словами їх баланс, визначається основними процесами, що впливають на якість бензинів і характерними для життєвого циклу кожної партії палива.

Усі властивості автомобільних бензинів умовно можна розділити на три групи:

- для забезпечення заданих функцій;

- для збереження заданих експлуатаційних показників протягом життєвого циклу;

- для зменшення викидів токсичних компонентів у навколишнє середовище.

Забезпечення заданих функцій. Випаровуваність бензину повинна забезпечувати оптимальний склад суміші на всіх режимах незалежно від способу її приготування. За способом приготування суміші палива з повітрям розрізняють двигуни карбюраторні, у яких склад паливо-повітряної суміші в основному задається конструкцією карбюратора, та інжекторні (з упорскуванням), у яких склад суміші регулюється електронною системою залежно від стану двигуна й умов його роботи.

Із властивостей бензину, що впливають на надійність роботи двигуна, підвищення його потужності й економічності, найважливіше значення мають антидетонаційні властивості. Тому норми на значення, що характеризують їхні показники (октанові числа), як правило, використовують при класифікації бензинів за марками.

Підвищення детонаційної стійкості бензину також зменшує ймовірність мимовільного запалення робочої суміші. Джерелами запалення можуть служити перегріті випускні клапани, свічі, крайки прокладок, що жевріють, частки нагару й т.п.

Бензин повинен зберігатися на складах і нафтобазах з мінімальними змінами експлуатаційних властивостей і втратами, без яких-небудь ускладнень при перекачуваннях і транспортуванні різними видами транспорту й забезпечувати тривалу корозійну стійкість резервуарів, трубопроводів, що контактують е паливом. Ці вимоги передбачають контроль:

- корозійної активності бензину, сумісності з неметалічними матеріалами, захисних властивостей від впливу води, відсутності корозійно-агресивних з'єднань (водорозчинних кислот і лугів, з'єднань сірки, металів);

- стабільності складу бензину (хімічної, фізичної, стійкості до розшаровування, випадання осаду, сумісності при змішуванні).

Хімічні зміни в складі бензину, що відбуваються при транспортуванні й зберіганні, пов'язані з окисненням вхідних до його складу з'єднань. Нагромадження у бензині продуктів окиснення й забруднень погіршує його експлуатаційні властивості, веде до збільшення кількості смолистих речовин у паливі, випаданню смолистих речовин з палива, утворення відкладень у резервуарах, трубопроводах, на фільтрах, елементах паливної системи двигуна. Здатність бензину протистояти окисненню й зберігати свій склад є його найважливішою експлуатаційною властивістю – хімічною стабільністю, а кількість смолистих речовин, що залишаються у бензинах (фактичні смоли), контролюється при виробництві й застосуванні.

Фізична стабільність може порушуватися при випарі легких фракцій, що веде до втрат палива й забрудненню навколишнього середовища.

При залученні спиртів (етилового або метилового) до складу бензинів (бензоспиртова суміш) необхідно контролювати стійкість палива до розшаровування.

Шкідливий вплив на зношування агрегатів, що контактують із паливом, має вміст у бензині води й механічних домішок, оскільки це веде до прискорення процесів корозії й зниженню терміну роботи паливних фільтрів.

На характеристики продуктів згоряння істотний вплив має вміст сірки в паливі. Його збільшення призводить до підвищення нагароутворення й зношування деталей, старінню моторного масла, забрудненню навколишнього середовища як прямо (безпосередньо викид окисів сірки, твердих часток), так і побічно (зниження ефективності роботи каталітичного нейтралізатора відпрацьованих газів).

Зменшення викидів токсичних компонентів у навколишнє середовище. Вплив бензинів на навколишнє середовище при їхньому використанні пов'язане з токсичністю з'єднань, що потрапляють в атмосферне повітря, воду, ґрунт безпосередньо з палива (випару, витоку) або із продуктами його згоряння. Особливо сильне забруднення продуктами згоряння відбувається у великих містах з більшою кількістю автомобілів, що експлуатуються.

Токсичними викидами автомобілів є відпрацьовані гази, картерні гази й пари палива із впускної системи й паливного бака, причому основна частка припадає на відпрацьовані гази. Крім основних продуктів згоряння бензину – H₂O і CO – відпрацьовані гази містять оксиди вуглецю, оксиди азоту, сірки, незгорілі вуглеводні та продукти їх неповного окиснення, елементарний вуглець (сажу), продукти згоряння різних присадок, наприклад, окиси свинцю при використанні етильованих бензинів, а також азот і невитрачений на згоряння палива кисень повітря. Багато домішок є токсичними з'єднаннями, що забруднюють навколишнє середовище. Склад цих газів і вміст токсичних компонентів залежить від багатьох факторів, включаючи склад суміші і хімічний склад бензинів.

Для зменшення викидів шкідливих речовин у конструкції сучасних автомобілів передбачена система каталітичної нейтралізації, що дозволяє допалювати незгорілі вуглеводні й оксид вуглецю до СО₂, а оксиди азоту відновлювати до азоту.

Мірою детонаційної стійкості є октанове число (ОЧ). Існує два основні методи визначення ОЧ: дослідницький і моторний, відповідно прийнято розрізняти октанове число по моторному (ОЧМ) і дослідницькому (ОЧІ) методах. Моторний метод – більш сучасний і більш точний за рахунок конструктивних змін установки й умов випробування.

Бензин є складною сумішшю вуглеводнів з різною температурою кипіння. Бензин можна розглядати як суміш легких (близько 40 %), середніх (близько 50 %) і важких (близько 10 %) фракцій. Зимові види бензину мають більш легкий фракційний склад, що необхідно для полегшення пуску в холодну пору року. Фракційний склад палива визначається методом перегонки.

Крім фракційного складу, на повноту згорання впливає в’язкість палива. При оптимальній в’язкості паливо добре розпилюється, випаровується, швидко і повністю згорає.

В’язкість – властивість рідини чи газу здійснювати опір взаємному переміщенню частинок під дією зовнішніх сил, м²/с.

Наступними експлуатаційними характеристиками палив є його низькотемпературні властивості, що визначають запуск і стабільну роботу в холодну пору року. Вони представлені трьома показниками:

1. Температурою помутніння, від якої залежать прокачування палива по трубопровідних магістралях, легкість проведення зливо-наливних операцій, а, найголовніше, – надійність транспортних засобів у зимовий період;

2. Граничною температурою фільтрованості – температурою, за якої паливо після охолодження у визначених умовах ще здатне проходити через фільтр з встановленою швидкістю. Вона зазвичай нижча від температури помутніння, але вища за температуру застигання;

3. Температурою застигання – температурою, за якої налите в пробірку дизельне біопаливо при охолодженні у визначених умовах не змінює положення меніска протягом однієї хвилини при нахилі пробірки на 45°. Це умовна орієнтовна величина для визначення найнижчої температури застосування біопалива.

Корозійна активність палива оцінюється вмістом сірки, кислотністю, наявністю води тощо. Ці речовини безпосередньо або через продукти згорання викликають корозію деталей двигуна і призводять до його спрацювання.

Вміст механічних домішок – визначають за допомогою мембранних фільтрів при фільтруванні проб.

Питання для самоконтролю

1. Що таке бензин?

2. Як класифікують бензини залежно від показників випаровуваності?

3. Які класи бензинів встановлено за екологічними показниками?

4. Що являє собою бензин за хімічним складом?

5. Які показники експлуатаційних властивостей нормуються чинним Технічним регламентом?

6. Що таке октанове число?

7. Які низькотемпературні властивості бензинів?

8. Що таке корозійна активність палива?

9. Що таке в’язкість палива?

10.Як визначають вміст механічних домішок?