Остановка на заправке часто воспринимается настолько привычно, как поход в магазин или вынос мусора. Тем не менее, мало кто задумывается о сложном процессе, который предшествует появлению бензина на заправочных станциях — его переработке из нефти. К тому же, существуют разные виды топлива, такие как АИ-92, АИ-95 и дизель. Разберемся в их особенностях.
- Исходный материал. Многие думают, что нефть везде одинакова, но это не так. Эта сложная смесь углеводородов отличается в зависимости от месторождения, глубины добычи и других условий, что влияет на её дальнейшее использование.
- Процесс переработки. Для трансформации нефти в бензин, масло или другие продукты строятся масштабные нефтеперерабатывающие заводы. Нефть доставляется туда различными способами, включая трубопроводы и специальные нефтяные танкеры.
- Отличия в сырье. Тип нефти определяет, какие продукты можно из нее получить. Например, из парафиновой нефти, богатой парафиновыми углеводородами, производят больше бензина и масел. Нафтеновые нефти, содержащие больше серы и мазута, имеют другие особенности переработки.
Историческая справка
С 1860-х годов и до начала XX века основным продуктом нефти был керосин, использовавшийся для освещения в лампах. Бензин, который также образовывался в процессе нагрева и конденсации, часто считался отходом и либо сбрасывался, либо сжигался.
Прямая перегонка
Процесс прямой перегонки является древнейшим и наиболее простым методом переработки нефти в бензин, который даже возможно воспроизвести дома. Суть его заключается в медленном нагревании нефти, в результате которого начинают испаряться различные летучие компоненты.
Для этого необходимо два контейнера, соединённых газоотводной трубой, и термодатчик, который контролирует температуру внутри системы. Это критично, так как от температуры зависит, какие вещества будут выделяться. В первом контейнере, где находится нефть, при нагревании образуется пар, который перемещается по трубке во второй контейнер, где и происходит его конденсация в нужный продукт.
Бензин обычно образуется при температурах от 35 до 105 градусов Цельсия. Из нефти также можно выделить керосин в диапазоне температур от 150 до 305 градусов Цельсия и дизельное топливо — от 150 до 360 градусов Цельсия.
Октановое число служит показателем детонационной стойкости бензина, отражая его способность противостоять воспламенению в двигателе. Высокое октановое число указывает на низкую вероятность воспламенения в камере сгорания, однако это не влияет на общее качество бензина, а лишь на его специфические характеристики.
Несмотря на свою простоту, сегодня прямая перегонка редко используется из-за её низкой эффективности: из литра нефти можно получить всего около 150 мл бензина с октановым числом всего 50–60. Для достижения стандартного 92-го бензина требуется добавление значительного количества присадок.
Присадки улучшают характеристики топлива, повышая его октановое число, морозостойкость, а также снижая окисление и коррозию. Среди наиболее популярных добавок — нафталин, различные алкоголи, бензол и толуол.
Крекинг
В начале 20-го века британский химик Дерек Бартон разработал метод, известный как крекинг, для извлечения легких бензиновых фракций из нефти и нефтепродуктов. Он официально запатентовал эту технологию в 1916 году, и уже к 1920 году несколько сотен его установок функционировали на различных заводах.
Крекинг отличается от простого нагревания нефти тем, что процесс происходит под давлением, что позволяет поднять температуру кипения и ускорить термическое разложение вещества на более мелкие молекулярные фракции. Таким образом, кроме бензина, производятся и другие важные продукты, включая моторные топлива и нефтяные масла.
Установка Бартона — это замкнутая система, в которой происходят различные сложные химические реакции, такие как полимеризация, циклизация, изомеризация, конденсация и синтез. Процесс крекинга начинается с постепенного повышения температуры, при котором первым испаряется влага, перенаправляемая через трубы в резервуар для сбора и охлаждения.
Следующим этапом является выделение газов и других паров из исходного вещества, таких как нефть или мазут, которые также проходят через систему труб. По мере равномерного увеличения температуры и давления начинается третий этап — испарение целевых углеводородов, которые постепенно собираются и при достижении давления в 5 атмосфер конденсируются, образуя бензин.
В процессе также выделяются другие полезные компоненты, включая газойль — бюджетный вариант дизельного топлива; лигроин — тяжелая углеводородная смесь, используемая в нефтехимической промышленности; и нефтяной кокс, который находит применение в алюминиевой промышленности и промышленных печах.
За счет контролируемого нагрева производительность топлива значительно возрастает, достигая 500–600 мл на литр с повышением октанового числа до 70–80. Существуют два основных типа крекинга: термический, основанный только на термической обработке, и каталитический, где используются катализаторы для повышения октанового числа и качества очистки бензина.
Риформинг
Риформинг представляет собой сложный промышленный метод получения бензина, проводимый при высоких температурах и под высоким давлением, аналогичный крекингу, но с одной ключевой особенностью: на одной из стадий процесса образуется газообразный водород. Этот водород вступает в реакцию с другими испаряющимися фракциями, что способствует производству более чистого топлива, приближенного к составу без добавок, и увеличивает его объем на выходе.
В ходе риформинга, благодаря сложным химическим реакциям с использованием каталитических добавок на основе платины, галлия, олова, хлора или оксида алюминия, происходит значительное увеличение октанового числа бензина. Это связано с трансформацией прямых углеводородных молекул в кольцевые или разветвленные, например, превращение октана в изооктан и его изомеры, бутана в изобутан и далее. Эти изменения позволяют достичь октанового числа в диапазоне 77–86 до добавления каких-либо присадок.
Методы крекинга и риформинга широко распространены по всему миру для производства бензина из нефти. Например, на предприятиях крупных нефтяных компаний, таких как Роснефть и ЛУКОЙЛ, функционируют установки обоих типов.
Международная классификация бензина включает октановое число как ключевой показатель. В Китае, например, используется система отметок 92, 95, 98 для стандартных видов топлива и 89 для бюджетных опций, а также специализированное топливо с октановым числом 101 для мощных турбированных двигателей.
В США применяется другая система октановых чисел, где Regular (97) соответствует российскому 92-му бензину, Mid-grade или Medium аналогичен 95-му, а Premium или Suprime (92) сравним с российским 98-м.
В Европе стандартная классификация включает Normal (92), Super (95) и Super Plus (98). В Марокко доступны только два вида топлива: Super Pro с октановым числом около 95 и Diesel Pro — дизельное топливо.