Автомобильный бензин

Автомобильный бензин — это жидкое углеводородное топливо, предназначенное для использования в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (искровым зажиганием). Представляет собой смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 205 °C, получаемую в результате перегонки нефти и последующей вторичной переработки. Основными потребителями бензина являются автомобили, мотоциклы, лёгкая авиатехника, маломерные суда, а также стационарные силовые установки (генераторы, газонокосилки).

История

Открытие и первые применения

До изобретения двигателя внутреннего сгорания бензин (в то время называвшийся «лигроином» или «петролейным эфиром») использовался в основном как растворитель и средство для чистки тканей. Первые нефтеперегонные заводы, появившиеся в середине XIX века, получали бензин как побочный продукт при производстве керосина — основного топлива для осветительных ламп. Бензин считался малоценным и часто уничтожался или сливался в реки.

Перелом произошёл в 1880-х годах с появлением бензиновых двигателей. В 1885 году Готлиб Даймлер и Карл Бенц (Германия) независимо друг от друга создали первые практически пригодные двигатели внутреннего сгорания, работавшие на бензине. К началу XX века, с распространением автомобилей Форда и других марок, спрос на бензин резко вырос, и он превратился в основной продукт нефтепереработки.

Развитие технологий производства

В первой половине XX века бензин получали в основном прямой перегонкой нефти. Октановое число такого топлива редко превышало 60–70, что приводило к детонации в двигателях с высокой степенью сжатия. В 1920-х годах для повышения детонационной стойкости начали добавлять тетраэтилсвинец (ТЭС) — антидетонатор, который позволил поднять октановое число до 80–100 и более. Однако токсичность свинца привела к его запрету в большинстве стран мира к концу XX века (в России — с 2003 года).

В 1930-х годах были разработаны процессы термического и каталитического крекинга, позволяющие увеличить выход бензина из нефти и улучшить его качество. В 1940-х годах появился каталитический риформинг, ставший основным способом получения высокооктановых компонентов. В 1970-х годах, после нефтяного кризиса, началось активное внедрение процессов алкилирования, изомеризации и производства оксигенатов (метил-трет-бутилового эфира, МТБЭ) для замены свинцовых присадок.

Состав и свойства

Химический состав

Автомобильный бензин представляет собой сложную смесь углеводородов с числом атомов углерода от 4 до 12 (C4–C12). Основные классы углеводородов в бензине:

Парафины (алканы) — нормальные и разветвлённые (изоалканы). Изоалканы обладают высокой детонационной стойкостью.
Олефины (алкены) — непредельные углеводороды, повышающие октановое число, но склонные к окислению и образованию смол.
Нафтены (циклоалканы) — циклические насыщенные углеводороды, обладающие хорошими эксплуатационными свойствами.
Ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы. Обеспечивают высокое октановое число, но токсичны и повышают склонность к нагарообразованию.

Современные нормы ограничивают содержание бензола (обычно не более 1% по объёму) и ароматических углеводородов в целом (не более 35–42% в зависимости от стандарта).

Физико-химические свойства

Плотность — от 720 до 780 кг/м³ при 15 °C.
Температура кипения — начало кипения (НК) около 30–40 °C, конец кипения (КК) до 205 °C. Фракционный состав определяет испаряемость топлива.
Давление насыщенных паров (ДНП) — от 35 до 100 кПа (зимние сорта выше, летние ниже). Влияет на запуск двигателя и образование паровых пробок.
Теплота сгорания — около 44 МДж/кг (низшая).
Стехиометрическое соотношение — для полного сгорания 1 кг бензина требуется примерно 14,7 кг воздуха.

Классификация

По октановому числу

Основной показатель качества бензина — октановое число (ОЧ), характеризующее его детонационную стойкость. Чем выше ОЧ, тем большую степень сжатия можно использовать в двигателе без возникновения детонации. В России и странах бывшего СССР применяются два метода измерения:

ОЧИ (исследовательский метод) — более высокое значение, обычно на 8–12 единиц выше моторного.
ОЧМ (моторный метод) — более жёсткие условия испытаний.

Марки бензина, распространённые в России (по ГОСТ 32513-2013):

АИ-80 — ОЧИ не менее 80. Используется в устаревшей технике (грузовики, тракторы, мотоциклы).
АИ-92 — ОЧИ не менее 92. Самый массовый бензин в России, предназначен для большинства автомобилей с бензиновыми двигателями.
АИ-95 — ОЧИ не менее 95. Рекомендуется для современных двигателей с высокой степенью сжатия.
АИ-98 и АИ-100 — ОЧИ не менее 98 и 100 соответственно. Применяются в форсированных двигателях спортивных и премиальных автомобилей.

В Европе и США маркировка отличается: Regular (ОЧМ 87–89), Premium (ОЧМ 91–93), Super (ОЧМ 95+). В Японии — Regular (ОЧИ 89–90) и High-Octane (ОЧИ 96–100).

По сезону

Летний бензин — повышенное давление насыщенных паров (до 80 кПа), предназначен для эксплуатации при температурах выше 0 °C.
Зимний бензин — пониженное ДНП (до 100 кПа), улучшенная испаряемость для холодного пуска.

По экологическому классу

В России действует технический регламент Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину...» (ТР ТС 013/2011), устанавливающий классы:

Класс 2 (Евро-2) — содержание серы не более 500 ppm.
Класс 3 (Евро-3) — сера не более 150 ppm, бензол не более 1%.
Класс 4 (Евро-4) — сера не более 50 ppm, бензол не более 1%.
Класс 5 (Евро-5) — сера не более 10 ppm, бензол не более 1%, ароматика не более 35%, олефины не более 18%.

С 2016 года в России запрещён оборот бензина ниже класса 5.

Производство

Сырьё

Основным сырьём для производства автомобильного бензина является нефть. В зависимости от состава нефти выход бензина прямой перегонкой составляет от 10 до 25% от массы сырья. Для увеличения выхода и улучшения качества применяются вторичные процессы.

Основные технологические процессы

Прямая перегонка — разделение нефти на фракции по температуре кипения. Получаемый прямогонный бензин имеет низкое октановое число (40–60) и требует дальнейшей переработки.
Каталитический крекинг — расщепление тяжёлых углеводородов (вакуумного газойля) на более лёгкие в присутствии катализатора. Даёт до 50% бензина с ОЧИ 88–92.
Каталитический риформинг — превращение низкооктановых нафтенов и парафинов в ароматические углеводороды. Получаемый риформат имеет ОЧИ 95–105 и является основным компонентом высокооктановых бензинов.
Алкилирование — соединение изобутана с олефинами (бутиленами, пропиленом) с образованием алкилата — высокооктанового компонента (ОЧИ 94–97) с низким содержанием ароматики.
Изомеризация — превращение нормальных парафинов (н-пентана, н-гексана) в изопарафины с более высоким октановым числом. Используется для повышения качества лёгких бензиновых фракций.
Гидроочистка — удаление серы, азота и других примесей с помощью водорода. Обязательна для получения бензина экологических классов 4 и 5.

Компаундирование

Готовый товарный бензин получают смешением (компаундированием) нескольких компонентов: риформата, алкилата, изомеризата, бензина каталитического крекинга, бензина прямой перегонки и оксигенатов (МТБЭ, этил-трет-бутилового эфира). В смесь могут добавляться присадки: антидетонационные (на основе марганца, железа), моющие, антиокислительные, антикоррозионные, красители (для идентификации марки).

Применение

В автомобильных двигателях

Основное применение — топливо для бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Бензин подаётся в цилиндры через карбюратор (устаревшие системы) или систему впрыска (современные двигатели), смешивается с воздухом, воспламеняется искрой от свечи зажигания. Энергия сгорания преобразуется в механическую работу.

В других двигателях

Мотоциклы, скутеры — используются марки АИ-92 и АИ-95.
Лодочные моторы — обычно требуют бензина с октановым числом не ниже 90.
Бензогенераторы, мотопомпы, газонокосилки — часто допускают использование АИ-92.
Спортивные автомобили и авиация — высокооктановые сорта (АИ-98, АИ-100, авиационный бензин Б-91/115).

Как растворитель

Бензин используется в качестве растворителя для масел, смол, жиров, лаков и красок. В быту применяется для чистки деталей, удаления пятен, обезжиривания поверхностей. Однако из-за высокой токсичности и пожароопасности его использование в быту ограничено.

Экологические аспекты

Влияние на атмосферу

При сгорании бензина в двигателе образуются:

Углекислый газ (CO₂) — парниковый газ, основной продукт сгорания.
Угарный газ (CO) — токсичный продукт неполного сгорания.
Оксиды азота (NOₓ) — участвуют в образовании смога и кислотных дождей.
Несгоревшие углеводороды (HC) — канцерогены, способствуют образованию озона в приземном слое.
Твёрдые частицы (сажа) — особенно при работе на некачественном топливе.
Диоксид серы (SO₂) — при наличии серы в бензине.

Экологические стандарты

Для снижения вредных выбросов введены экологические классы (Евро). В России с 2016 года действует класс 5 (Евро-5), который ограничивает содержание серы до 10 ppm, бензола до 1%, ароматики до 35%. С 2023 года обсуждается переход на класс 6 (Евро-6), который дополнительно ужесточит нормы по выбросам CO₂ и NOₓ.

Альтернативы

В качестве альтернативы бензину рассматриваются:

Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) — дешевле, меньше выбросов CO₂ и сажи.
Сжатый природный газ (метан) — ещё более экологичен, но требует специального оборудования.
Этанол — добавка к бензину (до 10% в России, до 85% в Бразилии и США).
Электромобили — не используют бензин, но требуют электроэнергии, часто вырабатываемой на ископаемом топливе.

Экономика и рынок

Ценообразование

Цена на автомобильный бензин в России формируется под влиянием нескольких факторов:

Мировые цены на нефть — основной сырьевой фактор.
Налоги — акциз (в 2023 году — 15 048 рублей за тонну бензина класса 5), НДС (20%), налог на добычу полезных ископаемых.
Логистика — транспортные расходы от НПЗ до АЗС.
Сезонность — рост спроса в летний период.
Государственное регулирование — демпферный механизм, сглаживающий колебания цен на внутреннем рынке.

Производство в России

Россия входит в пятёрку крупнейших производителей бензина в мире. Основные нефтеперерабатывающие заводы: «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» (Кстово), «РН-Туапсинский НПЗ», «Газпром нефтехим Салават», «Омский НПЗ» (Газпром нефть), «Московский НПЗ» (Газпром нефть). В 2022 году производство автомобильного бензина в России составило около 38 млн тонн.

Потребление

Основные потребители бензина — владельцы легковых автомобилей. В России парк легковых автомобилей превышает 45 млн единиц (2023). Среднее потребление бензина на один автомобиль — около 1,5 тонн в год. В структуре потребления преобладает марка АИ-92 (около 60%), затем АИ-95 (30%), АИ-98 (5%) и АИ-80 (5%).

Интересные факты

Первый в мире автомобиль с бензиновым двигателем — «Motorwagen» Карла Бенца (1885) — имел мощность 0,75 л.с. и расход топлива около 10 л/100 км.
В 1920-х годах в США бензин продавали в аптеках как средство от головной боли и для чистки зубов (до осознания токсичности).
Тетраэтилсвинец, добавлявшийся в бензин с 1921 года, был признан одним из самых опасных загрязнителей XX века. Его запрет в США в 1996 году привёл к снижению уровня свинца в крови населения на 80%.
Самый дорогой бензин в мире — в Норвегии (около 2,5 евро за литр в 2023 году), самый дешёвый — в Венесуэле (менее 0,01 доллара за литр).
В России существует практика «левого» бензина — нелегального производства топлива из газового конденсата или смешивания с низкокачественными компонентами, что приводит к повышенному износу двигателей.

Источники

ГОСТ 32513-2013 «Бензины автомобильные. Технические условия».
Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».
Шабалин А.Ф. «Нефтепереработка: технологии и оборудование». — М.: Химия, 2018.
Энциклопедия «Нефть и газ» (под ред. проф. В.Е. Сомова). — М.: Недра, 2015.
Данные Министерства энергетики РФ (minenergo.gov.ru) и Росстандарта (rst.gov.ru) за 2019–2023 годы.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →