История нефти. «Чёрное золото» – универсальный продукт

Первая стадия производства бензина – атмосферное фракционирование (перегонка), при котором нефть разделяется на фракции. После атмосферной перегонки проводят вакуумную дистилляцию. Нефтеперерабатывающие заводы эти процессы проводят в одной установке, которая называется АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка). Вакуумная дистилляция нужна для разделения на фракции остатка атмосферной переработки – мазута.

Пар подогреваемой нефти поднимается наверх в специальном резервуаре, разделенном металлическими дисками, которые имеют отверстия с колпачками. Смесь поднимающихся паров при охлаждении конденсируется на тарелках резервуара.

Вверху резервуар орошается частью легкокипящих фракций, а пары выводятся, подвергаются охлаждению и, конденсируясь, превращаются в жидкое топливо. При прямой перегонке получается до 15 % бензина (от массы перерабатываемого сырья), а также образуются многие полезные продукты, такие как керосин, лигроин, солярка и др.

На дне резервуара остается мазут, используемый при помощи дальнейшего нагревания (свыше 400 °С) для производства масляных продуктов. Из остатков производства масел получают полугудрон и гудрон, после обработки которых серной кислотой изготовляют высоковязкое смазочное масло (в том числе авиационное).

Вторичные процессы при производстве бензина увеличивают количество видов моторного топлива.

Важнейшей характеристикой бензина является октановое число, которое определяет его детонационную стойкость, то есть способность противостоять самовоспламенению при сжатии. Детонация возникает, когда часть топлива в цилиндре загорается ещё до того, как его достигнет пламя от свечи зажигания, и сгорает быстрее, чем требуется. В результате мощность двигателя снижается, он перегревается и быстрее изнашивается. О детонации свидетельствует характерный стук в моторе. В современных двигателях степень сжатия поршня в цилиндре высока – это даёт и бóльшую мощность, и увеличение КПД, а значит, бензины с высокой детонационной стойкостью всё востребованнее.

Октановое число – условный показатель. Его оценивают, сравнивая детонационную стойкость бензина с модельной смесью двух веществ – изооктана и н-гептана. Сам показатель соответствует процентному содержанию в этой смеси изооктана, который с трудом самовоспламеняется даже при высоких степенях сжатия. Его октановое число принято за 100. Н-гептан, напротив, детонирует даже при небольшом сжатии. Его октановое число – 0. Если октановое число бензина равно 95, это означает, что он детонирует, как смесь 95 % изооктана и 5 гептана.

Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды разветвленного строения (изоалканы), наименьшее октановое число у парафиновых углеводородов нормального строения. Последние в подавляющем большинстве содержатся в прямогонных бензинах, и их октановое число, как правило, не превышает 70. Ароматические углеводороды образуются в процессе каталитического риформинга, а разветвленные парафины – при каталитическом крекинге. Именно эти два процесса в XX веке стали основными процессами вторичной переработки нефти, позволяющими получать бензины с повышенным октановым числом. Сегодня высокооктановые бензиновые фракции также получают в результате процессов алкилирования, изомеризации и гидрокрекинга или используя в низкооктановых бензинах разнообразные присадки.

Вообще, каждый из процессов переработки нефти на НПЗ даёт бензины в разном количестве, разного состава (соотношение основных компонентов) и с разным октановым числом. Это обусловлено не только характеристиками процессов, но и особенностями технологической схемы каждого конкретного производства и составом исходного сырья. Далее необходимо смешать компоненты так, чтобы на выходе получился продукт с требуемыми параметрами.

Со временем помимо таких характеристик, как октановое число, фракционный состав, химическая стабильность, давление насыщенных паров, все большую роль стали играть экологические показатели. Когда-то, чтобы повысить октановое число бензина, в него добавляли тетраэтилсвинец – такой бензин назывался этилированным. Сегодня использование этой присадки полностью запрещено из-за её токсичности.

Большую опасность для людей представляют и некоторые ароматические соединения, в частности, ряд полициклических ароматических углеводородов, а также бензол, который признан сильным канцерогеном. Ограничение содержания ароматики – требование, которое позволяет снизить негативный экологический эффект от использования бензина. Например, в бензинах класса «Евро-3» содержание ароматики было ограничено 42 %, а последний европейский стандарт «Евро-6» подразумевает уже не более 24 % ароматических углеводородов.