Влияние октанового показателя бензина на количественное содержание бензола

Увеличение количества автомобилей проводит к возрастанию токсичных выбросов в окружающую среду, что обусловливает необходимость ужесточение норм на выбросы и требований к качеству моторных топлив.

Современные автомобильные и авиационные бензины – сложные смеси продуктов прямой гонки, крекинга, каталитического риформинга, полимерных бензинов и высокооктановых изо- парафиновых и различных добавок [1]. Иначе говоря, их химический состав может быть достаточно разнообразным, что и оказывает решающее влияние на детонационные свойства [2].

При анализе экологических характеристик автотранспорта важное значение имеют свойства используемого моторного топлива.

Токсичность автомобильных бензинов и продуктов их сгорания, в основном, определяются содержанием в них ароматических и олефиновых углеводородов, а также серы. Ароматические углеводороды, в частности бензол более токсичны, по сравнению с парафиновыми. Если парафины в соответствии с ГОСТ 12.1.005588 относятся к 4-му классу опасности, то бензол ко 2-му, а толуол – к 3-му. При их сгорании образуются полициклические ароматические углеводороды, в том числе бенз-α- пирены, обладающие канцерогенными свойствами. Чем выше содержание ароматических углеводородов в бензине, тем выше температура его сгорания и содержание оксида азота в отработавших газах [3].

В бензиновой фракции практически присутствуют только три класса углеводородов: алканы, цикланы и арены ряда бензола [4].

Только метан, этан, пропан и бутаны имеют высокие октановые числа (порядка 100). Начиная с пентана, углеводороды этого ряда характеризуются очень низкой детонационной стойкостью как на бедных, так и на богатых смесях.

Разветвление молекул предельного ряда резко повышает их детонационную стойкость. Так, например, у октана О.Ч. -20, а у 2,2,4- триметилпентана +100. Наибольшие октановые числа и сортность отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеродного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана.

Появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное повышение детонационной стойкости по сравнению с соответствующими предельными углеводородами [3]. На величину О.Ч. оказывает влияние также местоположение двойной связи. Чем она ближе к центру молекулы, тем октановые числа выше.

Первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей детонационной стойкостью; особенно это относится к циклопентану. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензинов. Наличие боковых цепей нормального строения в молекулах как циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов, приводит к снижению их О.Ч..

Почти все простейшие ароматические углеводороды ряда бензола обладают большой стойкостью против детонации. Октановые числа их близки к 100 или даже выше. Наличие боковых цепей, особенно разветвленных, еще больше повышает детонационную стойкость. Исключение составляет только о-ксилол.

Бензол - самый легкокипящий углеводород среди ароматических соединений, вреден для людей, непосредственно работающих с бензином, так как он способствует заболеванию лейкемией. Введение жестких норм на содержание бензола потребует дополнительных затрат в нефтепереработке.

Ароматические углеводороды искусственно поднимают октановое число, тем самым повышают их детонационную стойкость. Бензол имеет наибольшую детонационную стойкость среди ароматических углеводородов. Отрицательное воздействие бензола при повышенном количестве, увеличивается слой нагара в поршнях и в стенках цилиндров, деформируются и изнашиваются растворением и разъеданием резиновые уплотнители, пластмассовые патрубки, а также детали из пластика. Их максимальная концентрация для Евро-5 составляет 35 %.

Бензол повышает токсичность топлива и выхлопных газов. Этот ароматический углевод приводит к образованию нагара внутри двигателя.

Бенз-а-пирен - продукт, неполного сгорание бензола и является одним из высокотоксичных и канцерогенных выбросов автомобильных бензинов в атмосферу. Длительное воздействие бенз-а-пирена с концентрацией свыше 3 нг/м³ в воздухе приводит к увеличению заболеваемости раком легких среди общих групп населения.

Сравнения октановых чисел смесей углеводородов с действительными О.Ч. различных индивидуальных углеводородов показали, что наибольшие отклонения между ними наблюдаются у непредельных и ароматических углеводородов. При этом оказалось, что октановые числа непредельных углеводородов ниже действительных, а у ароматических, - наоборот, выше. Разница может достигать 5-10 единиц О.Ч.

Зависимость октанового показателя бензина от количественного содержания бензола

На отечественных НПЗ высокооктановые бензины производятся риформингом путем ароматизацией катализата благодаря большому количеству бензола, исходя из графика видно, при выделении избыточного количества бензола до норм Европейских стандартов, октановое число товарного бензина понижается незначительно. А изменение значения октанового числа компенсируется путем добавок высокооктановых кислородсодержащих компонентов.

Простые эфиры и спирты - кислородсодержащие компоненты альтернативных разновидностей базового бензина которые получают из сжиженного газа, угля, растений и остатков продукции нефтяной промышленности. Нормативные добавки таких веществ повышают качество бензина. Улучшаются моющие характеристики и производительность горения. Образуется меньше нагара на блоке цилиндров.