Повышение детонационной стойкости бензинов

В настоящие время в стране наблюдается резкое снижение объемов потребления автобензинов АИ-80(А-76) и повышение спроса на высокооктановые бензины АИ-92 и АИ-95.

Производство экологически чистых высокооктановых бензинов – сложная проблема для ряда российских  НПЗ, которые были спроектированы и построены с целью выпуска бензинов А-72 и А-76.

Важнейшее условие выведения отечественной нефтеперерабатывающей промышленности на современный технологический уровень – повышение качества нефтепродуктов и доведение их до принятых экологических стандартов, в том числе и по уровню октанового числа. Повышение октанового числа бензина возможно двумя путями: увеличением выработки высокооктановых фракций и использованием альтернативных добавок – антидетонаторов.

Некоторые НПЗ, располагающие достаточным количеством средств, выбрали первый путь, требующий инвестиций в модернизацию или на строительство новых установок каталитического крекинга, изомеризации, алкилирования и др. Однако из-за отсутствия капиталовложений большинство НПЗ пошло путем применения октаноповышающих добавок: МТБЭ и N-метиланилина.

С целью установления возможности применения ароматических аминов в качестве высокооктановых добавок ОАО «ВНИИ НП» с участием заинтересованных организаций и предприятий были проведены широкомасштабные испытания автобензинов, содержащих N-метиланилин, на автомобильной технике, а также токсикологические, санитарно-гигиенические, онкологические и др.

В результате проведенных исследований установлено, что введение в бензин N-метиланилина не более 1,3% масс. не оказывает влияния на показатели испаряемости бензина (фракционный состав и давление насыщенных паров), массовую долю серы, содержание механических примесей и воды, а также не повышает его вредность и экологическую опасность.

Эта концентрация, исключающая загрязнения деталей впускной системы и цилиндро-поршневой группы, была принята за предельно допустимую, при которой обеспечивается повышение октанового числа от 4 до 6 единиц.

В результате комплексных испытаний N-метиланилина в составе автомобильных бензинов ВНИИ НП разработал первую антидетонационную добавку на базе ароматических аминов – АДА, промышленное производство которой было освоено в 1993 году ОАО «ПИГМЕНТ».

Широкое применение добавок АДА, БВД, АвтоВЭМ и др. позволило отказаться от применения этиловой жидкости в составе отечественных автобензинов. Предъявляя более высокие требования к качеству бензинов, во ВНИИ НП ведется непрерывная работа по совершенствованию высокооктановых добавок и в 2006 году была разработана добавка с содержанием основного вещества (N-метиланилина) более 98,5% с минимальным содержанием примесей.

Имеются официальные санитарно-эпидемиологические заключения Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в которых добавки, содержащие N-метиланилин, отнесены к 3–ему (умеренно опасные) и 4-ому (малоопасные) классам опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76. Для сведения, пищевая лимонная кислота относится к 3-ему классу опасности.

В результате плодотворного сотрудничества различных институтов, учитывая хорошую совместимость N-метиланилина с кислородсодержащими соединениями – оксигенатами, был разработан ряд высокооктановых добавок, в том числе и добавка АДА-Крата. По результатам токсикологических испытаний в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 она относится к 4 классу опасности (малоопасные вещества).

Имеющийся в настоящее время на большинстве НПЗ набор процессов обеспечивает высокое содержание ароматических углеводородов в товарных высокооктановых бензинах. Если повышение содержание в них бензола влияет, прежде всего, на экологическую безопасность как потенциальный источник канцерогенных бенз-α-пиренов, то высокое содержание высококипящих ароматических углеводородов чревато повышенным нагаробразованием в камерах сгорания и на клапанах двигателей, что ухудшает экономические и экологические характеристики. По этой причине содержание ароматических углеводородов в бензинах для автомобилей Евро-4 и выше не должно превышать 35% об.

Но с другой стороны ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, и их извлечение из состава бензина ведет к снижению октанового числа.

Применение N-метиланилина позволяет не только повысить детонационную стойкость бензинов, но и уменьшить содержание ароматических углеводородов до требований технического регламента. Введение в состав бензина 1,3% добавки АДА (N-метиланилина) позволяет заменить 15-17% ароматических и олефиновых углеводородов, что скажется не только на лучшей работе двигателя, но и улучшатся экологические характеристики бензина. В целом, добавки на основе N-метиланилина весьма эффективны и недороги. Следует подчеркнуть, что добавки следует вводить в строго дозированном количестве и под строгим контролем.

Технологию получения товарных бензинов, с применением антидетонационной добавки для НПЗ, разрабатывает ВНИИ НП. При этом, подбирается ее количество в соответствии с нормами, под конкретный углеводородный состав бензиновых фракций данного НПЗ. После проведения испытаний выдается документация на производство бензина, соответствующего требованиям Технического регламента по всем показателям, а не только по октановому числу.

Разработанные ОАО «ВНИИ НП» автомобильные бензины, содержащие N-метиланилин, защищены Патентом РФ №2374303.

Все законодательные инициативы, жестко регламентирующие экологические показатели топлив, в итоге направлены на снижение токсичности отработанных газов транспортных средств.

Хотя на токсичность отработанных газов автомобиля влияют и другие факторы, такие как организация дорожного движения, техническое состояние автомобиля, качество смазочных материалов и т.п., в государственном масштабе решающими, безусловно, являются конструкция двигателя и качество применяемых топлив.

В центре лабораторного анализа и технических измерений по центральному федеральному округу (филиал ЦЛАТИ) были проведены сравнительные исследования отработавших газов в соответствии с ГОСТ 52033-2003 на автомобиле ВАЗ 21074, заправленном бензином АИ-92 без добавки и бензином с добавкой, содержащей 1,3% АДА (N-метиланилин) и 2,7% кислородсодержащих соединений.

Сравнительные исследования показали снижение выбросов оксида углерода на малых оборотах коленчатого вала более чем в 5 раз, а на повышенных оборотах в 2 раза.

Таким образом, применение антидетонационных добавок на основе N-метиланилина с кислородсодержащими соединениями позволит обеспечить выполнение жестких стандартов по лимитированию выбросов оксида углерода в атмосферу, образующихся в результате неполного сгорания углерода в моторном топливе.

В связи с этим вызывает большое недоумение подготовленные Минэнерго РФ изменения к техническому регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», в которых предлагается запретить при производстве автобензинов использование добавок, содержащих ароматические амины.

Неизвестные «экологи» и «специалисты» уже протащили запрет на метанол в составе отечественных бензинов (в Европе допускается до 3% об.), а ведь метанол попадал и попадает в автомобильные бензинв только с МТБЭ. Поэтому принятый запрет фактически ничего не изменил.

Как известно, применение тетраэтилсвинца (ТЭС) запретили только из-за того, что продукты его сгорания отравляют каталитические нейтрализаторы отработавших газов автомобилей. ТЭС до сих пор широко применяют при производстве авиабензинов и незначительных количествах при производстве автобензинов для реликтовых автомобилей, которые не имеют нейтрализаторов ОГ.

Марганцевый антидетонатор разрешается применять в США, Канаде и Европе в концентрациях, оказывающих отрицательного влияния на работу каталитического нейтрализатора.

Двадцатилетний опыт практического применения показывает отсутствие негативного влияния на здоровье человека и окружающую среду как бензинов, содержащих N-метиланилин, так и ОГ автомобилей, работающих на них.

Отрицательного влияния N-метиланилина на эффективность работы нейтрализатора ОГ также не отмечалось. Ничем не обоснованный запрет на использование добавок, содержащих N-метиланилин, создаст большие трудности при производстве бензина АИ-98 и выше, на который делают ставку зарубежные автомобильные компании с целью решить проблему снижения выбросов СО2 автомобильным транспортом.

Планируемое увеличение производства изомеризата с октановым числом 88-90 ед., алкилата  с октановым числом 92-94 ед., а тем более бензин каталитического крекинга с октановым числом 83-92 ед. не позволит осуществить производство автобензина АИ-98.

Специалисты министерства либо не знают, либо лукавят, что добавки на основе N-метиланилина не применяют в других странах. Известно, что Китай и Румыния освоили производство таких добавок. Широко применяют эти добавки в Казахстане, Китае, Украине и др. странах.

Авторы подготовленного изменения к регламенту заявляют, что в результате запрета на применение N-метиланилина будут сокращены выбросы NOx в атмосферу с отработавшими газами автомобилей. Известно, что при сгорании топлива азот, содержащийся в воздухе, превращается в оксиды азота.

Если провести элементарный расчет количества оксидов азота, образующихся из азота воздуха, и из азота, содержащегося в 1,3% масс. N-метиланилина, то увидим, что основной источник образования оксидов азота совсем не N-метиланилин. К тому же современные автомобили оснащены нейтрализаторами отработавших газов, в которых происходит восстановление азота.

Поэтому не нужно вводить людей в заблуждение, а необходимо представлять достоверные факты и аргументы, если такие действительно имеются у разработчиков изменения. Применение антидетонационных присадок и добавок обусловлено необходимостью обеспечить требуемую детонационную стойкость товарных автобензинов при отсутствии современных технологий переработки нефти.

Понимая это, авторы запрета на применение N-метиланилина  в качестве альтернативы предлагают МТБЭ, который широко применялся в США и других странах. Но, когда ООН объявила мировой проблемой чистую воду и в США и ряде других стран запретили применять МТБЭ именно из-за загрязнения им питьевой воды, (Питьевая вода, содержащая МТБЭ имеет специфический запах и вкус. Исследования показали, что некоторые люди способны почувствовать менее 4 · 10-4% мас; исходя из этого в штате Калифорния установлено предельное содержание МТБЭ в питьевой воде на уровне не более 5· 10-7% мас.[16]. По данным, опубликованным в зарубежной печати, МТБЭ вызывает около 20 различных нарушений  в организме человека), Минэнерго РФ  планирует наращивать в стране его производство.

При этом не совсем понятно, почему апологеты МТБЭ не предлагают увеличить его концентрацию в бензине до 22% как в Европе. Вероятно, они просто не знают требований к автобензинам для автомобилей с нормами выбросов Евро-5.

Следует отметить, что в Европе сворачиваются производства МТБЭ, а растет его импорт из других стран. Поэтому в случае запрета на применение МТБЭ в Европе, она не пострадает.

Если уже идти на альтернативу N-метиланилина, то изобутилен, который является сырьем МТБЭ, нужно перерабатывать в изооктан, который действительно значительно экологичнее и имеет октановое число по моторному методу 100 ед. и в этом не имеет аналога.

Применение 15% МТБЭ в автобензинах этим методом привело к большим потерям его при транспортировании, хранении и применении. Сегодня в России целесообразно при производстве бензинов АИ-95 и выше использовать совместно МТБЭ и N-метиланилин. При этом не нужно применять эти добавки в максимально допустимых концентрациях: в зимний период нужно больше МТБЭ, а летом – больше N-метиланилина.

В Европе действуют нормы на выбросы автотранспортом Евро-5, на подходе Евро-6.

При этом содержание кислорода в бензинах увеличено до 3,5%, в частности этанола до 10%. В США количество этанола в бензинах увеличено до 15%. Широкое применение получает топливо Е-85 с содержанием этанола 85%. В нашей стране пока одни только рассуждения об альтернативных топливах (конференции, семинары и т.д.), а практически конкретно ничего не предпринимается по их применению.

В качестве еще одного бездоказательного аргумента приводится то, что запрет на применение N-метиланилина, позволяющего переводить бензин АИ-92 в АИ-95 и АИ-95 в АИ-98, сократит объемы контрафактного и фальсифицированного автобензина в стране. У нас в стране 27 крупных нефтеперерабатывающих заводов, и 180 мини-заводов (это заводы мощностью от полумиллиона тонн в год до 20 тысяч тонн в год), при этом примерно полторы тысячи производителей бензина.

Если НПЗ работают по технологии, согласованной с ВНИИ НП, и подчас заводские технические условия даже жестче требований ГОСТа и за качеством продукции на заводах следят заводские службы контроля качества, представители заказчика, то все остальные производители автобензинов технологии себе разрабатывают сами. В этом случае в состав бензина вовлекается все, что горит и повышает октановое число.

В настоящее время Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов и стандартов в отношении продукции осуществляется исключительно на стадии обращения, а стадия производства не подлежит государственному надзору со стороны Росстандарта. Поэтому действующая система контроля не сулит никаких проблем нерадивым производителям. Существующая методика определения соответствия автобензина ГОСТу не предусматривает поиска в нем того, что госстандартом не предусмотрено.

В Европе действует закон об ответственности производителя за производство некачественной продукции и государство вмешивается в деятельность производителя по инициативе потребителя, а у нас принят закон «О защите прав потребителя», по которому покупатель должен тратить собственные ресурсы для того, чтобы в судах пытаться призвать к ответу нерадивого производителя.

Добиться высокого качества автобензинов можно только строгим соблюдением технологии изготовления и порядка их хранения и транспортирования. Как показала практика, обязательная сертификация автомобильных бензинов не решает проблемы их качества. Необходимо сертифицировать само производство по ИСО 9000. За рубежом такая сертификация производится добровольно, но, не имея сертификата, изготовитель практически не может выйти с продукций на рынок.

Аналогичный порядок обеспечения производства высококачественных моторных топлив необходимо вводить и в нашей стране не дожидаясь вступления в ВТО. Одними регламентами и изменениями к ним проблему качества и безопасности не решить.

Емельянов В.Е. , ОАО «ВНИИ НП»

Заведующий отделом
автомобильных и авиационных бензинов
Емельянов Вячеслав Евгеньевич

Доктор технических наук (1998), почётный нефтехимик России (2002), лауреат премии Правительства Российской Федерации (2002).