4. Международные требования к экологичности нефтяных топлив

Международные требования к качеству бен­зинов приведены в европейском стандарте EN 228:1999Е (ISO 75.160.20) (табл. 4). С целью защиты каталитических систем двигателей не допускаются добавки в бензины фосфорсодержа­щих соединений. Для улучшения экологических свойств бензи­нов европейский стандарт устанавливает жёсткие требования на содержание в них олефинов, аренов и особенно – серы и бензо­ла. Это ограничивает использование процесса каталитического риформинга для повышения антидетонационных свойств бензи­на, так как высокое октановое число риформата обусловлено повы­шенным содержанием в нём аренов и бензола. В европейских стандартах Евро-2,3,4 эти требования подверглись дальнейшему ужесточению (табл. 5), так же как и нормы на содержание серы, аренов и бензола, увеличивающих токсичность бензина и продук­тов его сгорания. Кроме того, существуют требования Всемирной хартии производителей топлива (разработаны американской, евро­пейской и японской ассоциациями автопроизводителей) к бензи­нам различных категорий (табл. 6).

Таблица 4

ТРЕБОВАНИЯ ЕВРОПЕЙСКОГО СТАНДАРТА

К КАЧЕСТВУ БЕНЗИНОВ

Показатель	Уровень качества
	обычный	высший
Октановое число, не менее:
исследовательское	–	95
моторное	–	85
Плотность при 150С, кг/м3, в пределах	720–775
Содержание серы, мг/кг, не более	150
Содержание, % об., не более:
олефинов	21	18
аренов	42	42
Содержание бензола, % об., не более:	1
Содержание кислорода, % мас., не более:	2,7
Содержание оксигенатов, % об., не более:
метанол	3
этанол	5
изопропиловый спирт	10
изобутиловый спирт	10
трет-бутиловый спирт	7
эфиры С5+	15
другие оксигенаты	10

Таблица 5

ТРЕБОВАНИЯ ЕВРОПЕЙСКИХ СТАНДАРТОВ

К КАЧЕСТВУ НЕЭТИЛИРОВАННЫХ БЕНЗИНОВ

Показатель	Требования
	Евро-1	Евро-2	Евро-3
Содержание бензола, % об., не более	5	1	1
Содержание серы, % мас., не более	0,05	0,015	0,003
Содержание аренов, % об., не более	–	42	30
Содержание олефинов, % об., не более	–	18	14
Содержание кислорода, % мас., не более	–	2,3	2,7
Фракционный состав, % об.:
до 100 0С перегоняется, не более	–	46
до 150 0С перегоняется, не более	–	75
Давление насыщенных паров, кПа, не более	–	60
Наличие моющей присадки	–	обязательно

Таблица 6

ТРЕБОВАНИЯ ВСЕМИРНОЙ ХАРТИИ

ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ТОПЛИВА К БЕНЗИНАМ

Показатель	Категории бензинов
	1	2	3
Содержание, не более
серы	0,10	0,02	0,003
кислорода	2,7
аренов	50	40	35
бензола	5,0	2,5	1,0
Плотность при 15 0С, кг/м3, в пределах	725–770

Для получения бензинов, отвечающих вышеприведённым тре­бованиям, необходима перестройка структуры производства бен­зина, в частности, требуется расширять использование процессов изомеризации, алкилирования, гидроочистки топливных фрак­ций, добавлять в бензин высокооктановые компоненты типа оксигенатов. В российском стандарте (ГОСТ P 51313-99) установ­лены менее жесткие нормы на содержание серы (не более 0,05-0,10 % мас), бензола (не более 5 % об.), давление насыщенных паров (в пределах 35-100 кПа). Эти нормы отражают современ­ную производственную структуру российских НПЗ, на которых широко используется для получения высокооктановых бензинов каталитический риформинг.

Наряду с большими объёмами производства автомобильных бензинов увеличивается производство и потребление дизель­ных топлив, что связано с быстрыми темпами роста дизельно­го автопарка. Дизельный транспорт является одним из глав­ных источников загрязнения окружающей среды оксидами серы, азота и частицами сажи, а также токсичными аромати­ческими углеводородами. В Российской Федерации с продук­тами сгорания дизельных топлив ежегодно выбрасывается до 500 тыс. тонн сернистого ангидрида, около 1,5 млн тонн твер­дых частиц, основная масса которых приходится на сажу.

Экологические свойства дизельных топлив, в основном, зависят от фракционного и группового химического состава, содержания сернистых и ароматических соединений. Особен­но важным экологическим показателем является содержание серы. При сгорании топлива высокомолекулярные сернистые соединения (смолы) интенсифицируют образование твёрдых частиц, выбрасываемых с отработанными газами. Твердые ча­стицы адсорбируют на своей поверхности канцерогенные со­единения и участвуют в образовании смога. Кроме того, при сгорании сернистых соединений образуется агрессивный и токсичный сернистый ангидрид. Ароматические углеводоро­ды — это основной источник образования твёрдых частиц. При увеличении содержания ароматических углеводородов в топливе с 5 до 20-25 % удельные выбросы твёрдых частиц возрастают примерно на 50 %, ас 15 до 30% – в 5 раз. По мере повышения конца кипения дизельного топлива увели­чивается содержание би- и полициклических ароматических углеводородов, что приводит к повышению дымности отра­ботавших газов и снижению цетанового числа.

В декабре 2000 г. опубликована директива EPA (Управле­ние по охране окружающей среды США), в соответствии с требованиями которой начиная с июня 2006 г. содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,0015% мае. Предполагалось, что к 2006 г. 80 % всех нефтеперерабатывающих заводов в США перейдут на выпуск дизельного топ­лива с содержанием серы 0,0015 %. Оставшиеся 20 % перейдут на его выпуск к 2010 г. По оценке EPA предлагаемые меры позволят значительно снизить выбросы SO₂, углеводородов и аэрозолей. Кроме того, Техасская комиссия по сохранению природных ресурсов приняла стандарт на экологически чис­тое дизельное топливо, предусматривающий с 1 мая 2002 г. ограничение максимального содержания ароматических углево­дородов величиной не более 10 % об. при минимальном цетановом числе 48 ед.

В табл. 7 приведены требования на дизельные топлива в соответствии с Европейским стандартом EN 590.

Таблица 7

ТРЕБОВАНИЯ ЕВРОПЕЙСКОГО СТАНДАРТА EN 590

НА ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Показатель	Год
	1993	2000	2005
Цетановое число, не ниже	45	49	58
Плотность (15 0С), кг/м3	Не нормируется	820–860	< 845
Фракционный состав (95 % об.), 0С, не выше		370	340
Температура к. к., 0С, не выше	Не нормируется		350
Полиароматические соединения, % масс., не более			2
Содержание серы, %	< 0,2	< 0,035	< 0,005
Смазочная способность (диаметр пятна износа), мкм, не более	Не нормируется	460
Защита от коррозии	Не нормируется		Вводится
Моющая способность

Основной задачей для НПЗ России является переход на про­изводство экологически чистого малосернистого дизельного топ­лива с содержанием серы не выше 0,05 и 0,035 % мас. Российс­кие НПЗ располагают 35 крупными установками гидроочистки мощностью более 40 млн тонн сырья в год и способны произво­дить малосернистые топлива, но выработка топлив с указанным содержанием серы в массовом порядке пока не осуществлена.

Не менее проблематичным является удовлетворение требова­ний по содержанию ароматических углеводородов в дизельном топливе. Снижение содержания ароматических углеводородов вызывает больше трудностей, чем гидрообессеривание. Гидриро­вание под давлением водорода 4^10 МПа и достаточно высокой объёмной скорости подачи сырья (2 ч^–1) мало изменяет общее содержание аренов, лишь би- и полициклические арены пре­вращаются при этом в моноциклические. Для увеличения глуби­ны деароматизации необходимо повысить общее и парциальное давление водорода, снизить температуру процесса и объёмную скорость подачи сырья. Это, однако, заметно снижает произво­дительность установок.

Для перевода всех российских предприятий отрасли на производство экологически чистого дизельного топлива не­обходимо сооружение новых мощностей, обеспечивающих не только глубокое обессеривание, но и его деароматизацию (давление 7-10 МПа). Также необходимо расширять ресурсы для выпуска дизельного топлива за счет производства газоконденсатных и смесевых дизельных топлив.

Экологические свойства дизельных топлив улучшает добавка антидымной присадки. Допущены к применению барийсодержащие присадки типа отечественной ЭФАП-Б и зарубежной Лубризол 8288. Присадки снижают дымность и токсичность отрабо­тавших газов дизелей на 30-50 %.

Действующий в России стандарт на дизельные топлива ГОСТ 305 не соответствует европейскому стандарту EN 590. В новом ГОСТ 305 даны требования к качеству топлив марок JI, 3, А без депрессорных присадок: ЦЧ не менее 49 (Л) и 45 (3, A), содержание серы не более 0,05 (вид I), 0,10 (вид II) и 0,20 (вид III). Показатели топлив с депрессорными присадками^* приведе­ны в табл. 8.

Таблица 8

ТРЕБОВАНИЯ ЕВРОПЕЙСКОГО СТАНДАРТА К КАЧЕСТВУ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА С ДЕПРЕССОРНЫМИ ПРИСАДКАМИ

Показатель	Марка
	Зп, минус 15	Зп, минус 25	Зп, минус 35	Ап
Кинематическая вязкость при 200С, мм2/с	3,0–6,0	1,6–6,0	1,5–6,0
Температура застывания, 0С, не выше	–30	–35	–45	–55
Предельная температура фильтруемости, 0С, не выше	–15	–25	–35	–45
Температура помутнения, 0С, не выше	–5	–15	–25	–35

В последнее время в зарубежные стандарты вводится норма не только на общее содержание ароматических углеводородов, но и отдельно на полициклические ароматические углеводороды, ко­торые влияют на полноту сгорания дизельных топлив, на коли­чество выделяющихся твёрдых частиц, а также на образование бенз-α-пирена и концентрацию NO_x в отработавших газах.

В достаточно узких пределах нормируется плотность и вяз­кость дизельных топлив, влияющих на расход топлива и содер­жание вредных веществ в отработавших газах.

Повышается требование к цетановому числу дизельных топ­лив: от 48 до 55 ед., при этом во избежание передозировки цетаноповышающих присадок поддерживается минимальная разни­ца между цетановым числом и цетановым индексом.

Несмотря на различие в спецификациях разных стран мира, чётко прослеживается тенденция к снижению содержания серы. Так, начиная с 1998 г. нефтеперерабатывающие заводы США пе­решли на производство дизельных топлив с содержанием серы 0,005 %. Эти меры дали внушительные результаты по улучшению состояния окружающей среды. Данные Национального нефтяно­го комитета (NPC) свидетельствуют о неуклонном улучшении качества воздуха в стране. По всем основным показателям каче­ства воздуха, регламентированным EPA, наблюдается тенденция к снижению выбросов в атмосферу СО, NO_x, SO₂ и твёрдых частиц. Несмотря на достигнутые результаты, в США и дальше намерены идти по пути снижения серы в топливах.

В Германии намечено постепенное уменьшение содержания серы в дизельном топливе до 0,001 % масс., что позволило к 2005 г. снизить выбросы SO₂ на 70 % и твердых частиц на 90 % по срав­нению с 1995 годом.

В табл. 8 представлены основные требования, предъявляемые к качеству дизельного топлива в разных странах мира.

Большинство европейских НПЗ будут вынуждены увеличивать мощности по обессериванию дизельного топлива и использовать более эффективные катализаторы, чтобы удовлетворить требова­ния по содержанию серы в количестве 5 ррт, которые стали обязательными уже в 2005 г. Необходимо также увели­чить мощности гидрокрекинга, чтобы удовлетворить требования по выходу и качеству средних дистиллятов. На эти цели в неф­теперерабатывающей промышленности стран Западной Европы в период 1995-2005 гг. затрачено 48 млрд. долл. (при объеме переработки нефти 610 млн. т/год).