Как из нефти делают бензин

Заехать на заправку — дело обычное, как сходить в магазин или выбросить мусор. При этом подавляющее большинство людей даже не задумывается о том, что бензин появляется там после длинной и достаточно сложной процедуры переработки из нефти. А еще он бывает разный: 92-й, 95-й, дизельный. Но в чем различие? Давайте разбираться вместе.

Предварительный этап

Если вы думаете, что нефть везде одинаковая, знайте – это не так. Эта жидкость состоит из углеводородов, но в зависимости от местности, глубины залегания и многих других факторов в ней могут быть различные примеси, от которых зависит, на какие именно цели она пойдет.

Чтобы сделать из нефти бензин, масло или что-то другое, строят огромные нефтеперерабатывающие заводы. С промыслов нефть попадает туда несколькими способами — по трубопроводам или же с помощью специальных танкеров.

От типа нефти зависит то, какие конечные продукты из нее можно произвести. Например, парафиновая состоит по большей части из парафиновых углеводородов, из нее можно получить больше бензина и смазочных масел. В нафтеновых типах содержится больше серы и мазута.

С 1860-х гг. и до начала XX века из нефти в основном делали керосин для ламп. А получавшиеся в процессе нагрева и конденсации углероды, то есть бензин, сливали в канавы или сжигали как отходы.

Прямая перегонка

Это самый старый и простой способ переработки нефти в бензин. Процесс можно повторить даже в домашних условиях: нефть нужно медленно нагревать. Тогда под воздействием температуры из нее будут испаряться разные летучие составы.

Для производства нужны две емкости, соединенные специальной газоотводной трубкой. Также необходим термодатчик, который определит температуру внутри устройства. Это важно, потому что от этого зависит, какое вещество получится. Итак, нефть залита в один из резервуаров. При нагреве из нее испаряется газ, который по трубке идет во второй резервуар и конденсируется там: это вещество нам и нужно.

Бензин получается в диапазоне от 35 до 105 градусов по Цельсию. В зависимости от состава нефти в промежутке от 150 до 305 градусов можно получить керосин, от 150 до 360 градусов — дизельное топливо.

Октановое число — это показатель, который указывает степень детонационной стойкости бензина, то есть на его устойчивость к возгоранию внутри автомобиля. Чем этот параметр выше, тем меньше вероятность его воспламенения в камере сгорания. При этом октановое число никак не влияет на качество бензина, нельзя сказать, что 100-й лучше 92-го, у них просто разные свойства.

Перегонка — способ очень простой, но сегодня им практически не пользуются, потому что у него есть серьезные недостатки. Во-первых, выход бензина очень маленький: около 150 мл с 1 литра. Во-вторых, у него слишком низкое октановое число — всего 50–60. Чтобы довести смесь хотя бы до привычного многим 92-го бензина, нужно добавлять большое количество присадок.

Присадки — это специальные вещества, которые добавляют к топливу для улучшения его свойств. Причем речь идет не только об увеличении октанового числа. Они могут делать бензин более морозостойким, снижать окислительные процессы, подавлять коррозию (например, внутри бака) и т. д. Среди самых распространенных: нафталин, разные спирты, бензол, толуол и т. д.

Крекинг

Английский химик Дерек Бартон в начале XX века разработал крекинг — метод извлечения из нефти и нефтепродуктов легких бензиновых фракций. Он запатентовал его в 1916 г., а уже к 1920 г. на заводах работало несколько сотен его установок.

Суть идеи в том, чтобы не просто нагревать нефть, а делать это под давлением. Из-за этого температура кипения сдвигается выше, а само вещество под более длительным термическим воздействием раскладывается на большее количество фракций с меньшей молекулярной массой. Среди них не только бензин, но и моторное топливо, нефтяные масла и другие продукты нефтяной промышленности.

Установка Бартона замкнута, а внутри происходят сложные химические процессы — полимеризация, циклизация, изомеризация, конденсация и синтез.

Крекинг — это та же прямая перегонка, но в замкнутой системе и под давлением. Итак, представьте, температура начинает повышаться, и первой, естественно, испаряется вода, которая по трубам уходит в резервуар для сборки, где охлаждается и направляется дальше.

Параллельно из исходного вещества (нефти или нефтепродукта, типа мазута) испаряются воздух и другие газы, которые попадают в ту же трубу, что и вода. Температура при этом продолжает равномерно повышаться, а давление во всей установке поднимается.

На третьем этапе испаряются уже необходимые нам углеводороды, которые также попадают в отдельные трубы. Они собираются там постепенно, все больше и больше с каждым витком. Когда показатели давления достигают 5 атмосфер, они конденсируются в испарителе, а получившаяся жидкость — и есть бензин.

В процессе производства бензина из нефти также отделяются и другие компоненты. В их числе газойль — один из видов дешевого дизельного топлива; лигроин — тяжелая смесь углеводородов, используют в качестве сырья для нефтехимической промышленности; нефтяной кокс — сырье для алюминиевой промышленности, топки промышленных печей и т. д.

Из-за постепенного нагрева выработка топлива значительно увеличивается, до 500–600 мл с литра, а октановое число повышается до 70–80.

Два основных типа крекинга — термический и каталитический. В первом случае процесс происходит только с помощью термической обработки нефтепродуктов, во втором используются катализаторы, которые увеличивают октановое число и качество очистки бензина.

Риформинг

Это еще более сложный промышленный процесс производства бензина, который, как и крекинг, проходит в условиях повышенных температур и высокого давления. Основное различие: на одной из стадий риформинга образуется газообразный водород, который реагирует с другими испаряющимися фракциями и делает итоговое топливо более чистым и близким к «рецептуре» без присадок. Также увеличивается его количество на выходе.

В результате сложных химических реакций не только с водородом, но и с каталитическими добавками на основе платины, галлия, олова, хлора или оксида алюминия, октановое число бензина значительно увеличивается. Почему так происходит?

Дело в том, что в процессе риформинга прямая структура молекул углеводородов становится кольцевой или разветвленной. Октан превращается в изооктан и его изомеры, бутан — в изобутан и так далее. Это напрямую повышает октановое число до 77–86 еще до этапа добавления присадок.

Крекинг и риформинг — одинаково распространенные методы для изготовления бензина из нефти во всем мире. Так, например, на предприятиях Роснефти, ЛУКОЙЛа и других специализированных компаний стоят установки обоих типов.

Что в других странах?

Во всем мире бензин классифицируют по октановому числу — это простой и понятный показатель. Например, в Китае привычная для России схема: 92–95–98. Однако, кроме этого, там существует дешевый 89-й бензин, а также вариант высокооктанового топлива с показателем 101 — оно предназначено для авто с мощными турбированными моторами, например, для специализированных автокаров.

В Америке немного другая система расчета октанового числа, поэтому на заправках указаны другие названия. Regular (97) приблизительно равен 92-му российскому топливу, Mid-grade или Medium — аналог 95-го, а Premium или Suprime (92) — похож на наш 98-й.

На большинстве рынков Европы стандартная классификация выглядит так: Normal — 92-й, Super — 95-й, Super Plus — 98-й.

А вот в африканском Марокко всего два вида топлива: Super Pro — бензин с октановым числом около 95, а также Diesel Pro — дизельное топливо.