Обеспечение экологической безопасности моторного топлива, контроль его качества при испытаниях и реализации

Борьба за долговечность, «всеядность», топливную эконо­мичность и экологичность тепловых двигателей охватывает наи­более приоритетные направления изысканий не только инжене­ров и конструкторов, но и представителей академической науки.

На протяжении многих десятилетий применение этиловой жидкости в качестве присадки к легким моторным топливам (бензинам) позволяло эффективно использовать низкооктано­вые фракции перегонки нефти, пока не было обнаружено и до­казано ее высокотоксичное действие и несовместимость с ката­литическими нейтрализаторами отработавших газов. Достаточ­но одной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрализатора и датчи­ка свободного кислорода (λ-зонда), т.е. лишить автомобиль ин­струментов подавления СО, С_nН_m и NO_x, а также стехиометрического дозирования топлива с последующими непредсказуемы­ми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.

В конце 1970-х - начале 1980-х гг. параллельно с внедрени­ем бифункциональных каталитических конвертеров и систем электронного дозирования топлива на смену этиловой жидко­сти стали приходить антидетонационные присадки в виде раз­личных металлоорганических веществ, а затем кислородосодержащих соединений.

Несмотря на то, что замена этиловой жидкости в ряде стран происходила очень болезненно, эта проблема была решена бла­годаря разъяснительной работе и гибкой налоговой политике.

Первые широкомасштабные внедрения присадок второго поколения выявили, что они далеко не идеальны как в отноше­нии экологии, так и влияния на двигатели. С начала 1990-х гг. они и вовсе перестали отвечать растущим требованиям к дол­говечности и экологической безопасности автомобильных дви­гателей. Сегодня практически выведены из употребления металлоорганические соединения ввиду их непосредственной опасно­сти для здоровья и высокой окислительной способности, след­ствием чего является образование кислот, оказывающих нега­тивное влияние на ресурсные показатели двигателей.

Фактически запрещено применение в странах Европы и США марганцевых антидетонаторов - вредных веществ, отри­цательно влияющих на работу двигателей и присутствующих в отработавших газах. Известно, что присадки, содержащие мар­ганец и железо, являются зольными. Даже незначительная их передозировка может привести, например, к нарушению нор­мальной работы свечей зажигания. Изменение 1 к ГОСТ 51105 - 97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилиро­ванный бензин. Технические условия» не разрешает поставлять бензин с марганцевым антидетонатором в регионы, где запре­щено применение этилированных бензинов.

Высокотоксичными веществами признаны сегодня и некото­рые представители класса ароматических аминов. Кроме того, известно, что они способствуют смолообразованию со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями для деталей цилиндропоршневой группы двигателей автомобилей. Все с большей осторожностью по этим же причинам начинают отно­ситься к оксигенатным антидетонаторам.

В этой связи уже давно в мире уделяется особое внимание внедрению технологий производства автомобильных бензинов с высокооктановыми компонентами (продукты алкилирования, изомеризации, глубокого каталитического крекинга). Наметил­ся приоритетный интерес к деструктивным технологиям глубокого превращения (крекинга) нефтепродуктов, способствующего повышенному выходу высокооктановых изомерных углеводородных фракций. Доля продуктов, полученных с применением таких технологий, по отношению к общему объему первичной перегонки в странах Западной Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона к 2000г. достигла 21 %; в Южной Америке - 24%, а в странах Северной Америки приблизилась к 50 % и в 2005 г. должна увеличиться до 52 %, тогда как в России и странах СНГ она остается на значительно более низком уровне (около 9 %).

По данным Национальной ассоциации нефтехимических и нефтеперерабатывающих фирм (NPRA) в США, потребуется 8 млрд долл. капвложений в НПЗ для повышения качества мо­торных топлив до уровня, соответствующего новым требовани­ям Американского агентства по охране окружающей среды (ЕРА). Во Франции, по данным Объединения промышленных предприятий в области нефти (UFIP), для удовлетворения но­вых требований к качеству нефтепродуктов к 2005 г. потребует­ся 1 млрд франков капвложений в каждый НПЗ Франции. В За­падной Европе общий объем необходимых капвложений оценивается в 20 - 25 млрд долл. При этом в связи с нехваткой средств на переоборудование технологической оснастки в Европе ожидается закрытие 15 - 20 НПЗ.

В России 1970-1980-х гг. (СССР) не уделялось должного внимания широкомасштабному внедрению систем термокаталитической нейтрализации отработавших газов, а следовательно, и технологий производства соответствующих моторных топлив на НПЗ. И в настоящее время в России нет производств каталитических конвертеров и систем впрыска с электронным управлением дозированием топлива, необходимых для внутреннего парка автотранспорта.

В 1990-е гг. увеличилось отставание автомобилестроительной и нефтеперерабатывающей отраслей от уровня индустриальных мировых держав в результате болезненного реформирования экономики России. Потребителю практически невозможно было разобраться в потоке предлагаемых на рынке новых тог лив, нередко, по мнению специалистов, с сомнительными явно не соответствующими рекламным заявкам свойствами. Главными причинами столь негативных явлений на отечествен­ном рынке реализации моторных топлив оказались объективная для «революционных» условий передела собственности недоста­точная компетентность контролирующих служб, отсутствие и невостребованность современной экспериментально-аналити­ческой инструментальной базы контроля качества нефтепродук­тов и недостаточное государственное регулирование данной сферы деятельности.

В настоящее время на отечественном рынке в соответствии с вышеупомянутым ГОСТ 51105 - 97 мы должны иметь бензи­ны, строго соответствующие европейским, марок Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Супер-98, хотя и с некоторыми ого­ворками. Госстандартом России поручено заинтересованным организациям подготовить предложения о прекращении приме­нения на территории Российской Федерации автомобильных бензинов марок А-76, АИ-91 и АИ-95 по ГОСТ 2084 - 77. Взят стратегический курс на коренную реконструкцию и модерниза­цию технологической оснастки отечественных НПЗ по анало­гии с положительным зарубежным опытом. Таким образом, ав­тотранспортный комплекс России осваивает действующий уро­вень международного нормирования вредных выбросов.

В то же время ведущие индустриальные державы наряду с планами ужесточения существующих норм вводят ограничения на выбросы так называемых парниковых газов, основным из которых является диоксид углерода (СО₂). Вступившая в силу в марте 1994г. Рамочная конвенция ООН об изменении климата (UNFCCC) и Киотский протокол 1997г. к ней установили обя­зательства для стран-участниц в отношении снижения выбро­сов СО₂.

В период с 2008 по 2012 г. развитые страны должны сократить выбросы парниковых газов, как минимум, на 5 %. В дополнение к этому каждая страна обязалась снизить выбросы на фиксиро­ванную, но разную для каждой из них величину (например, страны ЕС - на 8 %, Россия - на 0 %). До 2008 г. страны реша­ют эту проблему на добровольных началах.

Фактически это означает необходимость принятия следую­щих мер: снижение расхода топлива примерно на такую же ве­личину; использование новых источников энергии; применение альтернативных источников энергии.

Первая из перечисленных мер - уменьшение расхода топли­ва - автоматически приведет к эквивалентному снижению выб­росов с ОГ автомобильных двигателей продуктов неполного сго­рания топлива, а именно: сажи, углеводородов, оксида углеро­да, бензпирена, формальдегида.

Управление экологически значимыми характеристиками топлив в России осуществляется на основе использования следую­щих инструментов государственной политики: установление в стандартах ограничений на экологически значимые показатели качества моторных топлив; сертификация моторных топлив; лицензирование деятельности нефтебаз и автозаправочных станций; контроль за соблюдением лицензионных требований владельцами нефтебаз и автозаправочных станций.

Законодательной основой системы сертификации моторных топлив служит Закон Российской Федерации от 10.06.1993 № 5151-1 «О сертификации продукции и услуг». В развитие этого Закона Госстандарт России своим постановлением от 08.10.1998 № 78 утвердил Правила проведения сертификации нефтепродуктов. В соответствии с этими документами обязательной сертификации подлежат практически все нефтепродук­ты, выпускаемые только по ГОСТу.

В целях преодоления сложившейся практики Госстандартом России было принято постановление от 18.01.2000 № 2, в соответствии с которым начиная с 01.07.2000 все бензины, выпуска­емые по многочисленным ТУ, должны в обязательном порядке проходить сертификацию на соответствие ГОСТ Р 51313 - 99. Бензины необходимо проверять по таким показателям, как октановое число, содержание свинца и серы, давление насыщен­ных паров, фракционный состав, объемная доля бензола. Начиная с 01.01.2003 объемная доля бензола является браковочный показателем.

Правовая база сертификации нефтепродуктов по экологическим характеристикам основывается также на ст. 15 Федерального закона от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного; воздуха». В соответствии с этой статьей производство и использование топлива на территории Российской Федерации допускаются только при наличии сертификатов, подтверждающих со­ответствие топлива требованиям охраны атмосферного воздуха.

Законодательной основой для лицензирования рынка нефтепродуктов является Федеральный закон от 25.09.1998 № 158-ФЗ«О лицензировании отдельных видов деятельности». Закон предусматривает государственное лицензирование деятельности предприятий и индивидуальных предпринимателей, осуществляющих эксплуатацию автозаправочных станций, а также хранение нефти и продуктов ее переработки.

В системе российской сертификации новых механических транспортных средств (ГОСТ Р 51313 - 99), работающих на жидких нефтяных топливах, установлены следующие требования:

• для АТС категорий М₁ N₁: до 1999г. - не ниже требования
ЕВРО-1; с 1999г. - не ниже требований ЕВРО-2;

• для АТС категорий М₂, М₃, N₂, N₃: до 1998г. - не ниже требований Правил № 49-01; до 1999г. - не ниже требования ЕВРО-1; после 1999г., на три года¹ - не ниже требования ЕВРО-2.

Общая ситуация, складывающаяся в Российской Федерации на рынке нефтепродуктов, может быть охарактеризована следующими цифрами: в 1999г. доля неэтилированных бензинов составила 90,4 % общего объема их производства; доля малосернистого дизельного топлива (содержание серы до 0,2 %) составила 86,5 % его общей выработки, в том числе с содержанием
серы 0,05 % - 7,3 %.

Дальнейшее снижение объемов производства этилированных бензинов сдерживается преимущественно экономическими при­чинами: недостатком средств у производителей и недостаточно­стью стимулов для модернизации производства. Необходимо отметить, что сохраняется довольно высокий импорт этилиро­ванных бензинов из соседних государств (Украина, Беларусь и др.), приводя-

щий к увеличению доли этилированных бензи­нов в общем объеме продаж до 30... 35 %.

Рост производства малосернистого дизельного топлива сдер­живается необходимостью привлечения значительных инвести­ций и отсутствием действенных экономических стимулов для производителей.

Серьезным препятствием для внедрения автомобилей, осна­щенных каталитическим нейтрализатором, является высокий риск «отравления» нейтрализатора в результате заправки этили­рованным бензином. Для снижения этого риска Госстандарт России обратился к правительству с предложением осуществить целый комплекс мер, направленных на удаление этилированно­го бензина с российского рынка.

Одной из таких мер будет введение требования о том, чтобы каждая автозаправочная станция (АЗС) имела хотя бы одну ко­лонку с неэтилированным бензином. Причем такое требование должно содержаться в лицензии, выдаваемой АЗС.

По мнению Госстандарта России, необходимо увеличить та­моженные тарифы на импортируемый этилированный бензин или вообще запретить его ввоз.

Федеральной целевой программой «Топливо и энергия», ут­вержденной постановлением Правительства Российской Феде­рации от 06.03.1996 № 263, предусмотрено прекратить выработ­ку этилированных бензинов в период до 2010 г.

______________

¹ Постановление Госстандарта России от 26.05.1999 № 184 «О принятии и
введении в действие государственных стандартов».

Контрольные вопросы

1. Для чего применяется система улавливания топливных испаре­ний и какие конструктивные элементы входят в ее состав?

2. В чем состоит сущность дожигания и термокаталитической ней­трализации ОГ транспортных ДВС?

3. Как изменялись требования к моторным топливам на протяже­нии последних 50 лет?

4. Какими мерами достигается уменьшение выбросов с ОГ парни­ковых газов, в частности СО₂?

5. Какими нормативными актами в России регулируются процессы производства и реализации моторных топлив?

6. Какова роль сертификации и лицензирования в вопросах повы­шения качества моторного топлива при его реализации в России?

Литература

Основная

1. Котиков Ю.Г. Транспортная энергетика: Учебное пособие/Ю.Г. Котиков, В.Н. Ложкин. - М.: ИЦ «Академия», 2006. - 272с.

2. Теплотехника: учебник для вузов/ В.Н. Луканин [и др.]; под ред. В.Н. Луканина. - 5 -е изд. – М.: Высшая школа, 2006. – 671с.

3. Теплотехника: учебник для вузов/ А.М. Архаров [и др.]; под общей ред.: А.М. Архарова, В.Н. Афанасьева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 712с.

4. Хрусталев Б.М. Техническая термодинамика: учебник в 2ч/ Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк – Минск, Технопринт Ч. 1. -2004. – 487с.

5. Кудинов В.А. Техническая термодинамика: Учеб. пособие для вузов/ В.А. Кудинов. – 3 - е изд., - М.: Высшая школа, 2003. – 261с.

Дополнительная

1. Елагин М.Ю. Термодинамика открытых систем: Учеб. пособие/ М.Ю. Елагин. – Тула, ТулГУ, 2008. – 143с.

2. Брюханов О.Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики/ О.Н. Брюханов, В.И. Коробко, А.Т. Мелик – Аракелян. – М.: ИНФРА-М, 2004. -253с.

3. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учебник для вузов/ В.И. Богословский. -3-е изд. – СПб.: Авок Северо-Запад, 2006. – 400с.

Рассмотрено на заседании Нормоконтролёр,

кафедры, протокол № _______ отв. по стандартизации

от _______________2009г. __________ А.П. Безгубов

Заведующий кафедрой

__________ Н.Н. Фролов