Топлива. Производство, применение, свойства

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Санкт-Петербург
2012

ТОПЛИВА 
ПРОИЗВОДСТВО, ПРИМЕНЕНИЕ, СВОЙСТВА

Справочник

Перевод с английского языка 
под редакцией Т. Н. Митусовой

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 355.695.1(035)
ББК 31.35я2
Т58

Б. Элверс (ред.)
Топлива. Производство, применение, свойства. Справочник : пер. с англ. / под 
ред. Т. Н. Митусовой. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2012. — 416 с.

ISBN 978-5-91884-037-5
ISBN 978-3-527-30740-1 (англ.)

Приведены основные технологические способы переработки нефти для получения автомобильных бензинов, дизельных, реактивных, судовых топлив и топочных мазутов, включая 
прямую перегонку нефти, каталитические, термические и гидрогенизационные процессы. Рассмотрены физико-химические и эксплуатационные характеристики топлив, а также вопросы 
стандартизации, хранения и транспортировки топлив. 
Представлена информация по присадкам и добавкам, повышающим октановое число 
автомобильных бензинов и присадкам различного функционального назначения, улучшающим 
эксплуатационные свойства топлив.Рассмотрены альтернативные источники энергии, такие как 
сжиженный газ, синтетические топлива, биоэтанол, метиловые эфиры жирных кислот.
Описаны топливные элементы и способы очистки отработавших газов.
Справочник представляет интерес для специалистов, занимающихся нефтяным бизнесом, 
производством, реализацией и применением топлив, для специалистов в области нефтепереработки, а также преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

УДК 355.695.1(035)
ББК 31.35я2

Originally published in the English language by WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Boschstrasse 12,
D-69469 Weinheim, Federal Republic of Germany, under the title "Handbook of Fuels. Energy Sources for Transportation”.
Copyright 2008 by WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any 
form by photoprinting, microfilm or any other means - nor transmitted or translated into a machine language without 
written permission from the publishers. Registered names, trademarks. etc. used in this book, even when not specifically 
marked as such, are not to be considered unprotected by law.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством 
как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, 
издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет 
ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-3-527-30740-1 (англ.) 
©  WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 
Weinheim/Germany, 2008
ISBN 978-5-91884-037-5 
 
© ЦОП «Профессия», 2012
 
 
 
  
 
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2012  

Т58

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

оглавление

Предисловие к русскому изданию ......................................................................................11
Предисловие ........................................................................................................................13
Перечень соавторов ............................................................................................................15

Глава 1. ввеДение ..................................................................................................17
1.1.  История бензина и карбюраторного двигателя с искровым зажиганием ..........................18
1.2. История дизельного двигателя и дизельного топлива ........................................................28

Глава 2. ПерераБоТКа нефТи ..............................................................................35
2.1.  Введение ................................................................................................................................35
2.1.1.  История .......................................................................................................................35
2.1.2. Общие аспекты нефтепереработки ............................................................................37
2.2.  Нефть и нефтепродукты .......................................................................................................41
2.2.1.  Компоненты нефти .....................................................................................................41
2.2.2.  Классификация нефтей ..............................................................................................43
2.2.3.  Нефтепродукты ...........................................................................................................45
2.2.3.1.  Газовые топлива ..............................................................................................45
2.2.3.2.  Жидкие топлива ..............................................................................................45
2.2.3.3.  Нетопливные нефтепродукты ........................................................................49
2.3.  Процессы переработки нефти ..............................................................................................49
2.3.1.  Дистилляция (перегонка) нефти ................................................................................49
2.3.1.1.  Атмосферная перегонка .................................................................................51
2.3.1.2.  Вакуумная перегонка ......................................................................................53
2.3.1.3.  Обессоливание нефти .....................................................................................54
2.3.2.  Каталитический крекинг ............................................................................................55
2.3.3.  Гидроочистка ...............................................................................................................61
2.3.3.1.  Гидроочистка дистиллятов .............................................................................62
2.3.3.2.  Гидроочистка бензинов пиролиза ..................................................................64
2.3.3.3.  Адсорбционная гидроочистка ........................................................................65
2.3.4.  Каталитический риформинг ......................................................................................66
2.3.4.1.  Введение ..........................................................................................................66
2.3.4.2.  Риформинг с периодической регенерацией катализатора ............................69
2.3.4.3.  Риформинг с циклической регенерацией катализатора ...............................70
2.3.4.4.  Риформинг с непрерывной регенерацией катализатора ...............................70
2.3.5.  Гидрокрекинг ..............................................................................................................71
2.3.6.  Процессы превращения остатков ..............................................................................72
2.3.6.1.  Введение ..........................................................................................................72
2.3.6.2.  Обзор процессов превращения остатков  
и варианты переработки [30, 31] ....................................................................74
2.3.6.3. Процессы обогащения водородом .................................................................76
2.3.6.4. Процессы обеднения углеродом ....................................................................81
2.3.6.5. Другие процессы .............................................................................................85
2.3.6.6. Комбинированные процессы .........................................................................87

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

2.3.7.  Процессы облагораживания бензина ........................................................................90
2.3.7.1. Алкилирование ...............................................................................................90
2.3.7.2. Полимеризация ...............................................................................................91
2.3.7.3. Изомеризация .................................................................................................92
2.3.7.4. Производство эфиров (МТБЭ, ЭТБЭ) [47a] ..................................................93
2.3.8.  Другие процессы .........................................................................................................94
2.3.8.1. Очистка газов ..................................................................................................94
2.3.8.2. Извлечение серы .............................................................................................95
2.3.9.  Катализаторы ..............................................................................................................95
2.4.  Защита окружающей среды при переработке нефти ..........................................................95
2.4.1. Введение [50–52] ........................................................................................................95
2.4.2.  Производственные выбросы ......................................................................................97
2.4.2.1. Углеводороды [53] ...........................................................................................97
2.4.2.2. Соединения серы и азота .............................................................................. 102
2.4.2.3. Шум 104
2.4.3.  Выбросы, создаваемые потребителями нефтепродуктов ........................................ 105
2.4.3.1. Транспортные топлива ................................................................................. 105
2.4.3.2. Топлива для получения тепловой энергии................................................... 108
2.4.4.  Расходы на охрану окружающей среды ................................................................... 109
2.5. Комплексные модели нефтепереработки .......................................................................... 112
2.5.1. Тенденции в структуре нефтеперерабатывающих заводов...................................... 112
2.5.2. Схема с первичной переработкой ............................................................................ 112
2.5.3.  Концепции превращения ......................................................................................... 114
2.5.3.1.  Схема переработки с каталитическим крекингом  
и висбрекингом ............................................................................................. 114
2.5.3.2.  Схема переработки с гидрокрекингом  
и каталитическим крекингом ....................................................................... 115
2.5.3.3.  Схема переработки с гидрокрекингом и коксованием ............................... 116
2.5.3.4.  Интеграция существующих нефтеперерабатывающих предприятий ........ 117
2.6.  Коррозия и конструкционные материалы ........................................................................ 117
2.7.  Испытания и анализ ........................................................................................................... 118
2.7.1.  Свойства нефти и нефтепродуктов .......................................................................... 118
2.7.2.  Методы и стандарты испытаний .............................................................................. 119
2.8. Хранение и транспортировка ............................................................................................. 120
2.9. Литература .......................................................................................................................... 120
Перечень сокращений .............................................................................................................. 123

Глава 3. авТомоБильные ТоПлива ................................................................ 125
3.1. Исторические сведения ...................................................................................................... 125
3.1.1.  Двигатели с искровым зажиганием (двигатели Отто)  
и топлива для них ...................................................................................................... 125
3.1.2. Дизельные двигатели и топлива для них .................................................................. 126
3.2. Технологии двигателей ..................................................................................................... 128
3.2.1. Двигатели с искровым зажиганием .......................................................................... 128
3.2.2. Дизельные двигатели ................................................................................................ 130
3.3.  Состав топлива и КПД двигателя ..................................................................................... 132
3.3.1. Показатели качества бензина ................................................................................... 132
3.3.1.1. Октановое качество ...................................................................................... 133
3.3.1.2.  Испаряемость ................................................................................................ 134
3.3.1.3.  Улучшение состава топлива для снижения  
токсичности и уровня выбросов .................................................................. 135
3.3.1.4. Стабильность, отсутствие примесей и другие показатели .......................... 138
3.3.1.5.  Присадки для улучшения работы ................................................................. 138
3.3.2.  Показатели качества дизельных топлив .................................................................. 139
3.3.2.1.  Воспламеняемость ........................................................................................ 139
3.3.2.2.  Плотность ...................................................................................................... 140

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

3.3.2.3.  Содержание серы .......................................................................................... 140
3.3.2.4.  Низкотемпературные свойства .................................................................... 140
3.3.2.5. Смазывающая способность .......................................................................... 141
3.3.2.6.  Вязкость ........................................................................................................ 141
3.3.2.7.  Фракционный состав .................................................................................... 141
3.3.2.8.  Стабильность, отсутствие примесей и другие показатели .......................... 142
3.3.2.9.  Влияние дизельного топлива на эмиссию отработавших газов .................. 142
3.3.2.10. Присадки для улучшения работы ............................................................... 144
3.4.  Компоненты топлив ........................................................................................................... 144
3.4.1.  Компоненты бензинов ............................................................................................. 144
3.4.1.1.  Бензин прямой перегонки ............................................................................ 146
3.4.1.2.  Бензин термических процессов ................................................................... 146
3.4.1.3.  Бензин каталитического крекинга ............................................................... 147
3.4.1.4.  Каталитический риформинг (платформинг) ............................................... 147
3.4.1.5. Изомеризат .................................................................................................... 148
3.4.1.6.  Алкилат .......................................................................................................... 148
3.4.1.7.  Полимеризационный бензин ....................................................................... 148
3.4.1.8.  Оксигенаты ................................................................................................... 148
3.4.2.  Компоненты дизельных топлив ............................................................................... 148
3.4.2.1.  Прямогонная среднедистиллятная фракция ............................................... 149
3.4.2.2.  Газойль термических процессов ................................................................... 150
3.4.2.3.  Газойль каталитического крекинга .............................................................. 151
3.4.2.4.  Газойль гидрокрекинга ................................................................................. 151
3.4.2.5.  Керосин ......................................................................................................... 151
3.4.2.6.  Синтетическое дизельное топливо .............................................................. 152
3.5.  Топливные присадки .......................................................................................................... 152
3.5.1.  Присадки к бензину .................................................................................................. 153
3.5.1.1.  Ингибиторы коррозии .................................................................................. 154
3.5.1.2.  Детергенты (моющие присадки) .................................................................. 155
3.5.1.3.  Антиоксиданты ............................................................................................. 156
3.5.1.4.  Деактиваторы металлов ................................................................................ 158
3.5.1.5.  Антиобледенительные присадки .................................................................. 158
3.5.1.6.  Антинагарные присадки ............................................................................... 159
3.5.1.7.  Присадки для предотвращения износа седел клапанов .............................. 160
3.5.1.8.  Антидетонационные присадки (антидетонаторы) ...................................... 160
3.5.1.9.  Присадки для отделения воды от топлива (деэмульгаторы) 
и антистатические присадки ........................................................................ 160
3.5.2.  Присадки к дизельным топливам ............................................................................ 161
3.5.2.1.  Цетаноповышающие присадки .................................................................... 161
3.5.2.2.  Моющие присадки ........................................................................................ 162
3.5.2.3.  Присадки для улучшения низкотемпературных свойств ............................ 163
3.5.2.4.  Противоизносные присадки ........................................................................ 166
3.5.2.5.  Противопенные присадки ............................................................................ 166
3.5.2.6.  Присадки для повышения стабильности при хранении (антиоксиданты) ......166
3.5.2.7.  Присадки для отделения воды (деэмульгаторы) ......................................... 167
3.5.2.8. Биоциды ........................................................................................................ 168
3.5.2.9.  Антистатические присадки .......................................................................... 168
3.5.2.10.  Отдушки ...................................................................................................... 168
3.6.  Стандартизация и испытание топлив ................................................................................ 169
3.7.  Хранение и транспортировка ............................................................................................. 171
3.8.  Альтернативные виды топлив .......................................................................................... 172
3.8.1.  Сжиженный нефтяной газ ........................................................................................ 173
3.8.1.1.  Введение ........................................................................................................ 173
3.8.1.2.  Свойства ........................................................................................................ 174
3.8.1.3. Получение и переработка ............................................................................. 175
3.8.1.4. Очистка ......................................................................................................... 180

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

3.8.1.5.  Хранение и транспортировка ....................................................................... 182
3.8.1.6.  Применение .................................................................................................. 183
3.8.1.7.  Вопросы безопасности ................................................................................. 186
3.8.1.8. Экономические аспекты [91] ....................................................................... 186
3.8.2.  Природный газ .......................................................................................................... 187
3.8.2.1.  Залегание в природе ...................................................................................... 187
3.8.2.2. Состав ............................................................................................................ 189
3.8.2.3. Переработка .................................................................................................. 190
3.8.2.4. Транспортировка, местная обработка и распределение .............................. 191
3.8.2.5.   Свойства газа и требования к его качеству ................................................. 192
3.8.2.6. Природный газ как автомобильное топливо ............................................... 194
3.8.3.  Синтетические топлива ...........................................................................................203
3.8.3.1. Введение ........................................................................................................203
3.8.3.2. Технология XTL ............................................................................................205
3.8.3.3.  Эксплуатационные характеристики синтетических топлив .......................208
3.8.3.4.  Сравнение и анализ полных циклов производства  
и использования топлива ............................................................................. 211
3.8.4.  Биоэтанол .................................................................................................................. 213
3.8.4.1.  Обзор ............................................................................................................. 213
3.8.4.2.  Производство ................................................................................................ 214
3.8.4.3.  Использование биоэтанола в качестве топлива .......................................... 218
3.8.4.4.  Рынок биоэтанольного топлива ...................................................................224
3.8.4.5.  Перспективы .................................................................................................225
3.8.5.  Метиловые эфиры жирных кислот ..........................................................................226
3.9.  Литература ..........................................................................................................................232

Глава 4. воДороД .................................................................................................. 237
4.1.  Исторические сведения ......................................................................................................237
4.2.  Свойства ..............................................................................................................................237
4.2.1.  Физические свойства ................................................................................................238
4.2.2.  Химические свойства................................................................................................240
4.2.3.  Аспекты безопасности .............................................................................................. 241
4.2.4. Воздействие на организм человека ..........................................................................243
4.3.  Распространенность в природе .........................................................................................243
4.4.  Получение водорода ..........................................................................................................244
4.4.1. Получение водорода из угля и углеводородов .........................................................246
4.4.2.  Получение водорода электролизом воды ................................................................252
4.4.3.  Другие способы получения водорода .......................................................................255
4.4.4.  Очистка водорода ......................................................................................................257
4.5.  Обращение с водородом .....................................................................................................258
4.5.1.  Качество ....................................................................................................................258
4.5.2.  Компримирование ....................................................................................................259
4.5.3.  Сжижение .................................................................................................................. 259
4.5.4.  Транспортировка и снабжение ................................................................................. 260
4.5.5.  Хранение ................................................................................................................... 262
4.5.6.  Сгорание водорода ....................................................................................................267
4.6.  Водородные топливные системы ....................................................................................... 268
4.6.1.  Водород в авиации и космонавтике ......................................................................... 269
4.6.2.  Водород на автотранспорте ...................................................................................... 271
4.7.  Литература ..........................................................................................................................275

Глава 5. ТоПливные ЭлеменТы ...................................................................... 279
5.1.  Принцип действия топливного элемента .......................................................................... 279
5.2.  История разработки ...........................................................................................................280
5.3.  Топливные элементы и их применение .............................................................................282

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

5.4.  Полимерно-электролитные топливные элементы ............................................................ 286
5.4.1.  Введение ....................................................................................................................286
5.4.2.  КПД топливных элементов с полимерно-электролитными мембранами ............. 287
5.4.3.  PEMFC, работающие на чистом водороде ..............................................................288
5.4.4.  PEMFC, работающие на водороде риформинга ..................................................... 288
5.4.5.  Топливные элементы с прямым окислением метанола .......................................... 290
5.5.  Переработка топлива .......................................................................................................... 291
5.6.  Топливные элементы для привода автомобилей ...............................................................292
5.7. Литература ..........................................................................................................................294

Глава 6. анТиДеТонационные ДоБавКи ...................................................... 297
6.1.  Метилтретбутиловый и этилтретбутиловый эфиры.......................................................... 297
6.1.1.  Введение .................................................................................................................... 297
6.1.2.  Физические и химические свойства ........................................................................ 299
6.1.3.  Ресурсы и сырье для получения ...............................................................................300
6.1.4.  Производство ............................................................................................................ 301
6.1.5.  Вопросы охраны окружающей среды ......................................................................305
6.1.6.  Требования к качеству ..............................................................................................305
6.1.7.  Методы химического анализа .................................................................................. 306
6.1.8.  Хранение и транспортировка ................................................................................... 306
6.1.9.  Правовые аспекты ....................................................................................................307
6.1.10. Применение ............................................................................................................307
6.1.10.1.  Применение в качестве антидетонационной добавки  
(см. главу 3 «Автомобильные топлива») .....................................................307
6.1.10.2.  Другие применения .....................................................................................308
6.1.11.  Сведения о токсичности и действии на организм человека .................................. 309
6.1.11.1. Токсичность .................................................................................................309
6.1.11.2.  Воздействие на человеческий организм..................................................... 310
6.1.11.3.  Характеристика опасности для здоровья и гигиена труда ......................... 310
6.1.12. Экологическая токсичность ................................................................................... 311
6.1.12.1.  Сведения об экологической токсичности .................................................. 311
6.1.12.2.  Поведение в окружающей среде ................................................................. 311
6.1.13. Удаление МТБЭ из загрязненных грунтовых вод .................................................. 312
6.1.13.1.  Обзор технологий устранения загрязнений МТБЭ ................................... 312
6.1.13.2.  Технологии, предусматривающие перенос в другую фазу ......................... 313
6.1.13.3.  Технологии, предусматривающие превращение или разрушение ............ 315
6.1.14. Литература ............................................................................................................... 318
6.2.  Другие добавки для повышения октанового числа ...........................................................322
6.2.1. Введение ....................................................................................................................322
6.2.2.  Технические сведения ...............................................................................................323
6.2.2.1. Процесс сгорания в двигателях Отто (см. главу 3) ......................................323
6.2.2.2.  Явление детонации .......................................................................................324
6.2.2.3.  Измерение октанового числа .......................................................................325
6.2.3.  Исторические сведения ............................................................................................325
6.2.4.  Типы антидетонационных добавок ..........................................................................325
6.2.5.  Беззольные антидетонационные добавки ............................................................... 326
6.2.5.1. Октановое число компонента в смеси .........................................................326
6.2.5.2.  Азотсодержащие компоненты ......................................................................328
6.2.5.3.  Кислородсодержащие компоненты .............................................................329
6.2.6.  Металлсодержащие присадки ..................................................................................338
6.2.6.1.  Алкилсвинцовые соединения....................................................................... 339
6.2.6.2.  Метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца ....................................... 341
6.2.6.3.  Ферроцен .......................................................................................................344
6.2.7. Литература ................................................................................................................. 346

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Глава 7. нейТрализация оТраБоТавших Газов .......................................... 349
7.1.  Введение .............................................................................................................................. 349
7.2.  Образование загрязнителей и ограничение их выбросов .................................................350
7.3.  Достижения в технологии двигателей ...............................................................................353
7.4.  Общие понятия о каталитической очистке отработавших газов ......................................354
7.4.1.  Устройство каталитического нейтрализатора ..........................................................355
7.4.2. Оксидное покрытие ..................................................................................................356
7.5.  Каталитическая доочистка отработавших газов при работе  
на стехиометрических топливовоздушных смесях ............................................................358
7.5.1. Трехкомпонентный катализ ..................................................................................... 360
7.5.2.  Кислородный буфер в трехкомпонентных нейтрализаторах .................................. 361
7.5.3.  Благородные металлы в трехкомпонентных нейтрализаторах ...............................363
7.5.4.  Последние достижения в области трехкомпонентной нейтрализации .................. 364
7.6.  Каталитическая доочистка выхлопных газов при работе на обедненных 
топливовоздушных смесях .................................................................................................364
7.6.1.  Нейтрализация NOx в выхлопных газах обедненных смесей .................................365
7.6.2.  Каталитическая очистка выхлопа бензинового двигателя,  
работающего на обедненной смеси .......................................................................... 368
7.6.3.  Каталитическая очистка отработавших газов дизельного двигателя ..................... 369
7.6.4.  Удаление твердых частиц ..........................................................................................370
7.7.  Выводы и перспективы ...................................................................................................... 371
7.8. Литература .......................................................................................................................... 371

Глава 8. реаКТивные ТоПлива ......................................................................... 373
8.1.  Исторические сведения .....................................................................................................373
8.2.  Виды и спецификации топлив ..........................................................................................373
8.2.1.  Требования стандартов .............................................................................................375
8.2.2.  Свойства топлив .......................................................................................................380
8.2.2.1.  Свойства, малочувствительные к изменениям состава топлива ................ 381
8.2.2.2.  Свойства топлив, чувствительные к изменениям состава ..........................384
8.2.3.  Свойства, не нормируемые спецификациями ......................................................... 387
8.3.  Получение .......................................................................................................................... 389
8.3.1. Топливо ..................................................................................................................... 389
8.3.2.  Присадки ................................................................................................................... 391
8.4.  Обращение, хранение и транспортировка.........................................................................393
8.5.  Правовые аспекты .............................................................................................................. 394
8.6.  Экологические аспекты ......................................................................................................395
8.7.  Экономические аспекты ....................................................................................................395
8.8.  Дальнейшие перспективы .................................................................................................. 396
8.8.1.  Топлива нефтяного происхождения ........................................................................ 396
8.8.2.  Альтернативные топлива .......................................................................................... 396
8.9. Литература ..........................................................................................................................398

Глава 9. СУДовые ТоПлива ................................................................................ 401
9.1. Исторические сведения ...................................................................................................... 401
9.2.  Спецификации ...................................................................................................................402
9.3.  Состав ..................................................................................................................................403
9.4.  Свойства ..............................................................................................................................405
9.4.1.  Дистиллятные топлива .............................................................................................405
9.4.2.  Остаточные топлива .................................................................................................405
9.5.  Перспективы .......................................................................................................................408

Предметный указатель  .....................................................................................................410

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru