Состояние и перспективы применения присадок к топливу в России и за рубежом
Александр Данилов, д.т.н., ОАО «ВНИИНП»
Повышение экологических требований к выбросам автомобильных двигателей и ужесточение условий эксплуатации современных ДВС требуют использования разнообразных присадок к моторному топливу во все более широких масштабах. В последние годы за рубежом на рынок выпущен огромный ассортимент антидетонационных, цетанповышающих, противоизносных, моющих, антинагарных присадок, а также депрессоров, диспергаторов и т.д. Известно, что Россия существенно отстает от мирового уровня по разработке современных присадок к топливам, хотя по отдельным группам присадок положение неодинаково. В предлагаемой статье анализируется сводная информация по ситуации с производством и практическим применением основных типов отечественных присадок.
В настоящее время присадки являются непременным элементом высокой технической культуры производства и применения топлив. Их мировой ассортимент включает более 40 типов, различающихся по назначению, и десятки тысяч товарных марок [1].
Присадки используют в двух основных случаях:
при изготовлении топлив — для получения продукта, удовлетворяющего требованиям стандартов;
при использовании стандартных топлив — для улучшения их эксплуатационных, экологических и эргономических характеристик.
Известно, что по выпуску и использованию современных присадок к топливам Россия пока существенно отстает от мирового уровня (см. табл. 1). При этом такое отставание по основным классам присадок не равноценно.
| Таблица 1. Основные присадки к топливам, используемые в России и за рубежом | |||
| Область применения | Тип присадки и назначение | Состояние вопроса | |
| за рубежом | в России | ||
| Выработка автобензинов | Антидетонаторы на основе ТЭС (обеспечение требуемого уровня октанового числа) | Применение прекращено | Применение прекращено |
| Альтернативные антидетонаторы (замена ТЭС) | Практически не используются. Применение соединений железа и марганца в ряде стран запрещено | Применение альтернативных антидетонаторов — единственная возможность быстрого перехода на неэтилированный бензин | |
| Применение автобензинов | Моющие присадки (оптимизация режима работы двигателя за счет поддержания в чистоте топливной аппаратуры и камеры сгорания, что обеспечивает экономию топлива и уменьшение токсичности ОГ) | Применение моющих присадок — обязательная практика. При этом используются присадки, эффективные как в карбюраторных двигателях, так и и в инжекторных | Разработаны и эпизодически используются моющие присадки, эффективные в карбюраторных двигателях |
| Выработка дизельных топлив | Промоторы воспламенения (обеспечение требуемого уровня цетанового числа) | Используются очень широко | Ярко выраженной потребности нет. Она возникнет при ужесточении норм по значению цетанового числа |
| Депрессоры (понижение температуры застывания топлива) и диспергаторы парафинов (предотвращение расслаивания топлив при холодном хранении) | Промышленность располагает большим спектром присадок, которые при необходимости широко используются | Потребность в депрессорных присадках велика и покрывается закупками по импорту. Присадки, разработанные в России, практически не производятся | |
| Противоизносные (улучшение смазочных свойств малосернистых дизельных топлив) | Использование быстро растет. | Используются импортные присадки только для выработки топлив, поставляемых на экспорт | |
| Применение дизельных топлив | Моющие, антинагарные (оптимизация режима работы двигателя за счет поддержания в чистоте топливной аппаратуры и камеры сгорания — экономия топлива и уменьшение токсичности продуктов сгорания) | Потребителю предлагаются моющие, антинагарные и катализаторы выгорания сажи на сажевых фильтрах | Присадки не используются, но разрабатываются с целью использования в ближайшей перспективе |
Антидетонаторы для автобензинов
|
|
|
|
Первой присадкой этого назначения стал тетраэтилсвинец (ТЭС), исключительные антидетонационные свойства которого были открыты в 1921 году в лаборатории фирмы General Motors Research Corp. С 1923 года топливо с этой присадкой вышло на рынок и было незаменимо в течение нескольких десятилетий. В СССР быстро оценили достоинства ТЭС для производства авиационных и автомобильных бензинов. О чрезвычайно высокой токсичности ТЭС, разумеется, было известно, но только в конце столетия появились технические и экономические предпосылки для создания неэтилированных бензинов.
В большинстве западных стран получили развитие процессы производства высокооктановых компонентов, таких как алкилат, изомеризат, оксигенаты. Россия пока только в начале этого пути, и чтобы решить проблему, разработчики прибегли к так называемым альтернативным антидетонаторам: ароматическим аминам и соединениям на основе железа и марганца. Данное решение представляет собой вынужденный паллиатив, но в обозримом будущем оно единственно возможно для нашей страны, не располагающей достаточными мощностями процессов производства высокооктановых бензиновых фракций [2] (табл. 2).
|
|
| Таблица 2. Мощности процессов в России и некоторых других странах (в % на прямую перегонку) | |||||
| Страна | Каталитический крекинг | Каталитический риформинг | Алкилирование | Изомеризация | Производство оксигенатов |
| Россия | 6,0 | 14,2 | 0,18 | 0,3 | 0,13 |
| США | 33,8 | 24,1 | 6,55 | 3,8 | 0,76 |
| Япония | 17,1 | 15,5 | 0,91 | 4,4 | 0,10 |
| Германия | 15,2 | 17,1 | 1,20 | 3,1 | 0,38 |
| Италия | 13,4 | 11,8 | 1,62 | 3,9 | 0,50 |
| Китай | 19,7 | 25,6 | 0,58 | - | 0,02 |
| Источник — Oil & Gas Journal, 2001, 24 Dec. |
Обширный ассортимент альтернативных антидетонаторов — характерная особенность России. В нашей стране, где количество альтернативных антидетонаторов среди других присадок очень велико, на сегодняшний день доля патентов, выданных на них от общего числа запатентованных присадок в 1990-2000 гг., составляет 46%, При этом среди присадок, допущенных к применению в автомобильных топливах, на 1 января 2002 г. доля антидетонаторов составляет 22%.
| Таблица 3. Основные типы и возможности альтернативных антидетонаторов | ||
| Тип присадки | Максимально допустимая концентрация | Прирост ОЧ |
| Ароматические амины (АДА, БВД, N-метиланилин) | 1-1,3% | 2-6 |
| Железосодержащие присадки (ФК-4, Октан-максимум, ФеРОЗ) | 38 мг Fe/л бензина | 3-4 |
| Марганецсодержащие присадки (Hitec-3000, АвтоВЭМ) | 50 мг Mn/л бензина | 5-6 |
Основные типы альтернативных антидетонаторов и их возможности представлены в табл. 3. Альтернативные антидетонаторы дороже ТЭС, но гораздо дешевле высокооктановых фракций. В табл.4. показана относительная себестоимость применения альтернативных детонаторов, при условии, что себестоимость применения ТЭС принята за единицу. Видно, что в зависимости от выбора типа присадки и условий ее применения себестоимость может возрасти от 1,3 до 9,4 раза относительно ТЭС.
| Таблица 4. Сравнение себестоимости применения альтернативных антидетонаторов | |
| ТЭС | |
| Соединения Mn и Fe | 1,3-3,0 |
| Ароматические амины | 2,5-3,8 |
| Оксигенаты (МТБЭ) | 3,5-9,4 |
| Высокооктановые фракции | 4,1-7,3 |
Промоторы воспламенения дизельных топлив
За рубежом этот тип присадок очень широко распространен. Это объясняется тем, что при высокой глубине нефтепереработки в состав дизельных топлив вовлекается много фракций вторичных процессов, характеризующихся плохой самовоспламеняемостью. Кроме того, с целью снижения содержания в отработавших газах NO2 и CO планируется дальнейшее повышение цетанового числа (ЦЧ) до 55 ед.
В России такой проблемы пока нет, тем более что действующий стандарт (ГОСТ 305-82) не предъявляет слишком строгих требований к значению ЦЧ. Однако эта ситуация продержится недолго: наряду со стандартом уже действуют технические условия ТУ 38.401-58-96-2001, представляющие собой аутентичный перевод европейской нормали EN-590. Новые ТУ используются заводами пока для выработки топлив на экспорт, но в перспективе будут распространены и на всю отечественную продукцию. При этом минимально требуемое значение ЦЧ поднимется с 45 до 51, чего без специальных присадок достичь не удастся.
Товарный ассортимент таких присадок составлен преимущественно алкилнитратами. В Европе и США, несмотря на обилие товарных наименований, это исключительно 2-этилгексилнитрат, в России — изопропилнитрат (ИПН) и более эффективный циклогексилнитрат (ЦГН). Другой тип присадок в качестве активного компонента содержит органические пероксиды. В настоящее время пероксидные присадки вызывают большой интерес, а в Калифорнии, где введены жесткие ограничения на содержание азота в дистиллятных топливах, они находят промышленное применение. По эффективности присадки обоих типов близки между собой (см. рис. 1), хотя пероксиды все же несколько уступают нитратам [4].