Углеводородные компоненты автомобильных бензинов
Знание — сила. Знание рынка и свойств компонентов для автомобильных бензинов — ключ к прибыли.
Введение
Давайте сразу расставим точки над «i». Если вы владелец среднего или небольшого производства, не входящего в структуру ВИНК, то изомеризаты, алкилаты и качественные крекинг-бензины для вас практически недоступны. Их держат при себе «Роснефть», «Лукойл», «Газпром нефть» и другие вертикально-интегрированные компании, потому что это конкурентное преимущество. Но знать об этих компонентах нужно — хотя бы для понимания, против кого вы конкурируете на рынке и какие у них козыри в рукаве.
Начнем с упомянутого дефицита, а дальше поговорим о том, что реально доступно: прямогонных бензинах, газовых конденсатах, их фракциях, GTL-продуктах и низкосортном крекинг-бензине, который иногда всплывает на рынке.
Давайте сразу расставим точки над «i». Если вы владелец среднего или небольшого производства, не входящего в структуру ВИНК, то изомеризаты, алкилаты и качественные крекинг-бензины для вас практически недоступны. Их держат при себе «Роснефть», «Лукойл», «Газпром нефть» и другие вертикально-интегрированные компании, потому что это конкурентное преимущество. Но знать об этих компонентах нужно — хотя бы для понимания, против кого вы конкурируете на рынке и какие у них козыри в рукаве.
Начнем с упомянутого дефицита, а дальше поговорим о том, что реально доступно: прямогонных бензинах, газовых конденсатах, их фракциях, GTL-продуктах и низкосортном крекинг-бензине, который иногда всплывает на рынке.
Бензины каталитического крекинга:
две реальности одного продукта
Качественный крекинг-бензин
Начнём с того, о чём вы прочитаете в любом учебнике по нефтепереработке. Бензин каталитического крекинга получается при разложении тяжёлых нефтяных фракций (вакуумного газойля) на цеолитных катализаторах при температуре 480-550°С. На выходе с современной установки FCC получается лёгкая бензиновая фракция с октановым числом по исследовательскому методу 92-94 единицы, иногда до 96.
Состав такого крекинг-бензина выглядит привлекательно:
Сера в качественном крекинг-бензине после гидроочистки снижается до 10-50 ppm. Без гидроочистки может быть 300-800 ppm, в зависимости от серности исходного сырья. Гидроочистка неизбежна для выполнения современных экологических норм, но она съедает часть олефинов (они насыщаются до парафинов), и октан падает на 2-4 единицы.
Главная проблема крекинг-бензинов — химическая нестабильность. Олефины склонны к окислению и полимеризации, особенно при контакте с кислородом воздуха, следами металлов и повышенной температуре. За 3-4 месяца хранения без стабилизирующих присадок октановое число может упасть на 2-3 единицы, появляются смолы, желтеет цвет. Поэтому крекинг-бензины требуют добавки антиокислителей (обычно фенольного или аминного типа) в концентрации 50-100 ppm.
С экономической точки зрения это один из самых дешёвых компонентов в производстве НПЗ — побочный продукт при получении лёгких олефинов. Но вы его не купите. ВИНКи используют весь объём внутри своих товарных бензинов.
Низкокачественный крекинг-бензин
Теперь о том, что иногда появляется на рынке. Это крекинг-бензины со старых установок, работающих в неоптимальных режимах, или лёгкие фракции с установок термического крекинга и висбрекинга. Октановое число таких продуктов 75-85 единиц, сера 500-1500 ppm, цвет от жёлтого до коричневого.
Состав примерно такой:
Олефины в таком крекинг-бензине уже частично окислены, поэтому индукционный период (показатель стабильности) низкий — 300-500 минут вместо нормативных 900. Это значит, что продукт быстро деградирует при хранении.
Если вам предлагают крекинг-бензин по привлекательной цене, требуйте паспорт качества и реально смотрите на октан, серу и индукционный период. Часто экономия на закупке превращается в убытки при попытке довести продукт до кондиции.
Изомеризат: эталон чистоты и стабильности
Изомеризат получают на установках изомеризации путём скелетной перестройки молекул лёгких нормальных парафинов в разветвлённые изомеры. Исходное сырьё — лёгкая прямогонная фракция С5-С6, иногда С5-С7.
Процесс идёт на платиновых или бифункциональных катализаторах при температуре 230-280°С и давлении 15-35 бар в присутствии водорода. Механизм включает дегидрирование парафинов до олефинов, изомеризацию олефинов и обратное гидрирование до изопарафинов.
На выходе получается продукт с октановым числом:
Состав изомеризата практически идеален:
Сера полностью отсутствует (менее 1 ppm), так как процесс идёт в водородной среде. Бензола нет. Смол нет. Это химически чистый продукт, который может храниться годами без изменения свойств.
Ключевые особенности изомеризата:
Низкая чувствительность — разница между ОЧИ и ОЧМ всего 2-3 единицы. Это значит, что бензин на основе изомеризата будет стабильно работать и на низких, и на высоких оборотах двигателя. Отличный отклик на антидетонаторы — прибавка октана от присадок на изомеризате на 15-20% выше, чем на ароматизированных базах.
Низкая плотность — около 680-700 кг/м³ против 740-760 кг/м³ у ароматизированных компонентов. Это может быть проблемой, если нужно выдержать минимальную плотность товарного бензина.
Высокое давление насыщенных паров — за счёт изопентана ДНП может достигать 80-100 кПа. Для летних бензинов это критично, приходится либо снижать долю изомеризата, либо убирать самую лёгкую фракцию.
Экономика изомеризата включает высокие капитальные затраты на установку (100-200 млн долларов для мощности 500 тыс. тонн в год), расход водорода (1-1,5% масс.), расход катализатора. Но для НПЗ это выгодно — берёшь низкооктановую прямогонку и превращаешь в высококачественный компонент.
Вы этот компонент не купите. Весь изомеризат уходит в собственные товарные бензины ВИНКов, особенно в АИ-95 и АИ-98.
Алкилат: вершина бензиновой пирамиды
Алкилат (алкилбензин) — это продукт реакции изобутана с лёгкими олефинами (бутиленами, пропиленом, реже амиленами). Процесс называется алкилированием и идёт либо на серной кислоте, либо на фтористоводородной кислоте, либо на твёрдых катализаторах.
Реакция: изо-C₄H₁₀ + C₄H₈ → C₈H₁₈ (изооктан)
На выходе получается высокоразветвлённый парафин с октановым числом:
ОЧИ (RON) = 91-96
ОЧМ (MON) = 90-94
Обратите внимание: разница между ИМ и ММ всего 1-2 единицы. Это самая низкая чувствительность среди всех бензиновых компонентов. Физически это означает, что алкилат одинаково хорошо работает во всех режимах двигателя — и на холостых оборотах, и при разгоне, и под полной нагрузкой.
Состав алкилата:
Изопарафины С7-С9: 95-98%
Непрореагировавший изобутан 1-3%
Лёгкие С5-С6 1-2%
Сера: 0 ppm (полностью отсутствует)
Ароматика: 0%
Олефины: 0%
Бензол: 0%
Это абсолютно чистый продукт, который по экологическим характеристикам превосходит любой другой бензиновый компонент. При сгорании алкилата образуется минимум углеродистых отложений, CO и несгоревших углеводородов.
Физико-химические свойства:
Плотность при 15°С: 690-710 кг/м³
Давление насыщенных паров: 40-60 кПа (умеренное, можно использовать круглогодично)
Температура начала кипения: 38-50°С
Температура конца кипения: 160-180°С
Индукционный период: более 1500 минут (абсолютная стабильность)
Алкилат идеален для смешивания с любыми другими компонентами. Он не вступает ни в какие реакции, не окисляется, не осмоляется. Можно хранить годами в любых условиях. Единственная проблема алкилата — производственные затраты.
Установки алкилирования:
На серной кислоте требуют регенерации отработанной кислоты и жёсткого контроля коррозии
На фтористоводородной кислоте опасны в эксплуатации (HF — сильнейший яд)
На твёрдых катализаторах (новое поколение) дороги в капитальных затратах
Плюс нужен изобутан, который обычно берут из потоков ГФУ или с установок алкилирования. Если изобутана нет или он дорог, экономика алкилата рушится. В итоге алкилат — самый дорогой компонент бензинового пула. Его используют в премиальных марках (АИ-98, АИ-100) и в небольших концентрациях в массовых бензинах. Для независимого производителя алкилат недоступен — всё остаётся внутри ВИНКов.
Прямогонный бензин: доступная реальность
Теперь переходим к тому, с чем вы действительно работаете. Прямогонная бензиновая фракция получается при атмосферной перегонке нефти и представляет собой смесь углеводородов, выкипающих в диапазоне 30-180°С (иногда шире — до 200°С, иногда уже — до 150°С).
Октановое число прямогона зависит от типа нефти:
Парафиновая нефть: ОЧИ 50-58, ОЧМ 48-55
Нафтеновая нефть: ОЧИ 58-65, ОЧМ 56-62
Смешанная нефть: ОЧИ 55-62, ОЧМ 52-59
Состав типичной прямогона из западносибирской нефти:
Парафины нормального строения (45-60%):
Изопарафины (8-15%):
Нафтены (20-30%):
Ароматические углеводороды (10-20%):
Олефины — практически отсутствуют (менее 1%), так как это первичная перегонка без термического разложения.
Серосодержащие соединения зависят от сернистости нефти:
Малосернистая нефть (<0,5% S): в бензине 100-300 ppm серы (меркаптаны, сульфиды)
Среднесернистая нефть (0,5-2% S): в бензине 500-1000 ppm серы
Высокосернистая нефть (>2% S): в бензине 1000-1500 ppm серы
Азот: 10-50 ppm (в основном в виде пиридинов и хинолинов в тяжёлой части фракции)
Физико-химические свойства прямогона:
Плотность при 15°С: 710-750 кг/м³
Давление насыщенных паров: 60-80 кПа
Фракционный состав:
н.к. 30-40°С
10% при 65-75°С
50% при 90-110°С
90% при 145-165°С
к.к. 170-195°С
Ключевое преимущество прямогона — стабильность. Отсутствие олефинов означает, что бензин не окисляется и не осмоляется при хранении. Индукционный период обычно более 1200 минут безо всяких стабилизаторов.
Прямогонка легко поддаётся гидроочистке. На катализаторах кобальт-молибден или никель-молибден при температуре 320-380°С и давлении 25-40 бар сера удаляется практически полностью (остаток менее 10 ppm). Расход водорода около 0,5-1% масс. Октановое число при этом падает минимально — на 1-2 единицы. С точки зрения работы с антидетонаторами прямогонка ведёт себя предсказуемо.
Главная проблема прямогона — низкий стартовый октан. Из 60 единиц до 92 — это 32 единицы разницы. Такой разрыв одними присадками не закрыть, нужно смешивать с более высокооктановыми компонентами или использовать комбинацию нескольких антидетонаторов. Экономически прямогонка — самый доступный компонент на рынке. Цена обычно на 10-20% ниже товарного бензина, что оставляет маржу для добавки присадок и заработка.
Газовые конденсаты: география решает
Газовый конденсат — это жидкие углеводороды, которые конденсируются из природного газа при его добыче, транспортировке и переработке. Состав конденсата сильно зависит от месторождения, но в целом это более лёгкие углеводороды, чем нефть.
Нестабильный газовый конденсат
Свежедобытый конденсат содержит растворённые лёгкие углеводороды С1-С4.
Состав типичного нестабильного конденсата:
Давление насыщенных паров нестабильного конденсата очень высокое — 200-400 кПа. Его нельзя транспортировать и использовать напрямую. Нужна стабилизация.
Стабильный газовый конденсат
После стабилизации (удаления С1-С4 на ГПЗ) получается стабильный конденсат со следующим составом:
Давление насыщенных паров падает до 60-80 кПа, продукт можно хранить и транспортировать.
Бензиновая фракция газового конденсата
Из стабильного конденсата можно отогнать бензиновую фракцию (н.к.-180°С).
Её состав:
Парафины (65-80%)
Нафтены (12-20%)
Ароматика (5-12%)
Олефинов практически нет (менее 0,5%).
Октановое число конденсатных бензинов:
ОЧИ (RON) = 62-72 (в среднем 65-68)
ОЧМ (RON) = 60-70 (в среднем 64-66)
Сера в конденсатах обычно очень низкая — 10-100 ppm, редко больше. Это связано с тем, что газовые месторождения часто содержат меньше серосодержащих соединений, чем нефтяные. Исключение — конденсаты с высокосернистых месторождений (Астраханское, Оренбургское), где сера может достигать 500-1000 ppm.
Физико-химические свойства:
Плотность при 15°С: 680-720 кг/м³
ДНП: 70-90 кПа (может быть проблемой летом)
Фракционный состав:
н.к. 25-35°С
10% при 55-70°С
50% при 85-100°С
90% при 130-155°С
к.к. 165-185°С
Видно, что конденсатные бензины легче прямогонных нефтяных — больше выкипает в начале фракционной разгонки. Это даёт хороший холодный пуск, но может создать проблемы с паровыми пробками летом.
Преимущества конденсатных бензинов:
Низкая сера — часто не требуется гидроочистка
Отсутствие смол и тяжёлых металлов
Высокая химическая стабильность (нет олефинов)
Светлый цвет и отсутствие запаха
Недостатки:
Низкое октановое число
Высокая лёгкость (проблемы с ДНП)
Низкая плотность и теплота сгорания
Доступность зависит от географии
Газовые конденсаты стабильные: узкие фракции
Многие производители работают не со всем конденсатом целиком, а с вырезанными фракциями. Это позволяет точнее управлять свойствами конечного продукта.
Лёгкая фракция С5-С7 (н.к.-100°С)
ОЧИ 68-75
ОЧМ 66-72
Плотность 660-680 кг/м³
ДНП 85-110 кПа
Состав: в основном пентаны, гексаны, легкие гептаны
Применение: для зимних бензинов, для поднятия испаряемости
Средняя фракция С6-С9 (60-150°С)
ОЧИ 64-70
ОЧМ 62-68
Плотность 690-710 кг/м³
ДНП 65-80 кПа
Состав: гексаны, гептаны, октаны, лёгкие нонаны
Применение: базовый компонент для круглогодичных бензинов
Тяжёлая фракция С8-С11 (120-180°С)
ОЧИ 58-65
ОЧМ 56-63
Плотность 720-740 кг/м³
ДНП 40-55 кПа
Состав: октаны, нонаны, деканы, ундеканы
Применение: для летних бензинов, для снижения ДНП
Работа с узкими фракциями даёт гибкость. Можете собрать зимний АИ-92 с упором на лёгкую фракцию (хороший пуск в мороз) или летний с упором на тяжёлую (не будет паровых пробок в жару). Но требуется понимание фракционного состава и умение считать смеси.
Дистилляты газового конденсата: индивидуальный подход
Дистилляты газового конденсата — это продукты дальнейшей переработки стабильного конденсата с разделением на более узкие фракции или с дополнительными процессами.
Например, если стабильный конденсат подвергнуть ректификации, можно получить:
Лёгкий бензиновый дистиллят (С5-С7)
Средний бензиновый дистиллят (С7-С9)
Тяжёлый бензиновый дистиллят (С9-С11)
Керосиновые и дизельные фракции
Каждая фракция имеет свои особенности. Чем легче дистиллят, тем выше ДНП, но лучше холодный пуск. Чем тяжелее, тем выше плотность и калорийность, но хуже испаряемость.
Некоторые переработчики конденсатов проводят лёгкий риформинг или изомеризацию лёгких фракций, получая дистилляты с октаном 75-82. Но это уже редкость и доступно не всем.
Для вас как производителя важно понимать: если вам предлагают дистиллят газового конденсата, обязательно запрашивайте полный паспорт качества с фракционным составом, ДНП, плотностью и октановыми числами. Дистилляты бывают очень разные, и свойства нужно знать точно для правильного компаундирования.
Что делают ВИНКи: АИ-92 на качественных компонентах
Для сравнения, вертикально-интегрированная компания с полным НПЗ может делать АИ-95 так:
20% изомеризата (ОЧИ 85): вклад 17
30% качественного крекинг-бензина после гидроочистки (ОЧИ 90): вклад 27,0
25% алкилата (ОЧИ 94): вклад 23,5
20% риформата (ОЧИ 98): вклад 19,6
5% МТБЭ: вклад 5,5
Итого RON = 92,6 единицы
Видите разницу? У них стартовая база уже под 91 октан, и добавить 3-4 единицы — это легко и дёшево. У вас стартовая база 65-70 октанов, и добавить 25-27 единиц — это дорого и технологически сложно. Вот почему независимым производителям трудно конкурировать по марже с ВИНКами. Доступ к качественному сырью — это всё.
Чтобы повысить маржу, нужно либо находить более дешёвое сырьё (что редко), либо оптимизировать рецептуры (снижать расход дорогих малообъемных присадок и переходить на объемные из стабилизированного метанола), либо масштабироваться (снижать удельные операционные расходы).
Ключевые выводы:
Знайте состав своих компонентов — без понимания углеводородного состава невозможно правильно подобрать присадки и рассчитать смеси. Качественное сырьё (изомеризат, алкилат, качественный крекинг-бензин) недоступно независимым производителям — это конкурентное преимущество ВИНКов. Прямогонные бензины и газовые конденсаты — ваша основа — научитесь выжимать из них максимум через правильный подбор антидетонаторов. Фракционирование даёт гибкость — работа с узкими фракциями позволяет точнее управлять свойствами продукта под сезон и требования. Антидетонаторы — это необходимость, но не панацея — они дают октан, но стоят денег, опять же если это не стабилизированный метанол. Оптимизация рецептур — ключ к рентабельности.
Нефтепереработка и нефтехимия — это искусство работать с тем, что есть. У ВИНКов есть всё, у вас — ограниченный набор. Но грамотный технолог может из простых компонентов сделать качественный продукт, который будет конкурентоспособен на рынке. Главное — знания, опыт и желание постоянно учиться.
две реальности одного продукта
Качественный крекинг-бензин
Начнём с того, о чём вы прочитаете в любом учебнике по нефтепереработке. Бензин каталитического крекинга получается при разложении тяжёлых нефтяных фракций (вакуумного газойля) на цеолитных катализаторах при температуре 480-550°С. На выходе с современной установки FCC получается лёгкая бензиновая фракция с октановым числом по исследовательскому методу 92-94 единицы, иногда до 96.
Состав такого крекинг-бензина выглядит привлекательно:
- Ароматические углеводороды 28-40% (бензол 1-3%, толуол 8-12%, ксилолы 10-15%, триметилбензолы 5-8%, этилтолуолы 2-4%)
- Олефины 20-30% (в основном С5-С9, включая изоамилены, изогексены, гептены)
- Изопарафины 18-25% (изопентан, изогексаны, изогептаны)
- Нормальные парафины 10-15%
- Нафтены 5-10%
Сера в качественном крекинг-бензине после гидроочистки снижается до 10-50 ppm. Без гидроочистки может быть 300-800 ppm, в зависимости от серности исходного сырья. Гидроочистка неизбежна для выполнения современных экологических норм, но она съедает часть олефинов (они насыщаются до парафинов), и октан падает на 2-4 единицы.
Главная проблема крекинг-бензинов — химическая нестабильность. Олефины склонны к окислению и полимеризации, особенно при контакте с кислородом воздуха, следами металлов и повышенной температуре. За 3-4 месяца хранения без стабилизирующих присадок октановое число может упасть на 2-3 единицы, появляются смолы, желтеет цвет. Поэтому крекинг-бензины требуют добавки антиокислителей (обычно фенольного или аминного типа) в концентрации 50-100 ppm.
С экономической точки зрения это один из самых дешёвых компонентов в производстве НПЗ — побочный продукт при получении лёгких олефинов. Но вы его не купите. ВИНКи используют весь объём внутри своих товарных бензинов.
Низкокачественный крекинг-бензин
Теперь о том, что иногда появляется на рынке. Это крекинг-бензины со старых установок, работающих в неоптимальных режимах, или лёгкие фракции с установок термического крекинга и висбрекинга. Октановое число таких продуктов 75-85 единиц, сера 500-1500 ppm, цвет от жёлтого до коричневого.
Состав примерно такой:
- Олефины 30-40% (но это уже не изоолефины, а смесь разных структур)
- Ароматика 20-30% (включая полициклическую)
- Парафины и изопарафины 20-30%
- Нафтены 5-10%
- Смолы и непредельные соединения 2-5%
Олефины в таком крекинг-бензине уже частично окислены, поэтому индукционный период (показатель стабильности) низкий — 300-500 минут вместо нормативных 900. Это значит, что продукт быстро деградирует при хранении.
Если вам предлагают крекинг-бензин по привлекательной цене, требуйте паспорт качества и реально смотрите на октан, серу и индукционный период. Часто экономия на закупке превращается в убытки при попытке довести продукт до кондиции.
Изомеризат: эталон чистоты и стабильности
Изомеризат получают на установках изомеризации путём скелетной перестройки молекул лёгких нормальных парафинов в разветвлённые изомеры. Исходное сырьё — лёгкая прямогонная фракция С5-С6, иногда С5-С7.
Процесс идёт на платиновых или бифункциональных катализаторах при температуре 230-280°С и давлении 15-35 бар в присутствии водорода. Механизм включает дегидрирование парафинов до олефинов, изомеризацию олефинов и обратное гидрирование до изопарафинов.
На выходе получается продукт с октановым числом:
- Для пентан-гексановой фракции: ОЧИ (RON) = 83-87, ОЧМ (MON) = 81-84
- Для пентан-гептановой фракции: ОЧИ (RON) = 80-84, ОЧМ (MON) = 79-82
Состав изомеризата практически идеален:
- Изопарафины 70-85% (изопентан, 2-метилпентан, 3-метилпентан, 2,2-диметилбутан, 2,3-диметилбутан, изогептаны)
- Нормальные парафины 15-30% (непрореагировавшие н-пентан, н-гексан, н-гептан)
- Нафтены 0-3%
- Ароматика 0-0,5%
- Олефины 0%
Сера полностью отсутствует (менее 1 ppm), так как процесс идёт в водородной среде. Бензола нет. Смол нет. Это химически чистый продукт, который может храниться годами без изменения свойств.
Ключевые особенности изомеризата:
Низкая чувствительность — разница между ОЧИ и ОЧМ всего 2-3 единицы. Это значит, что бензин на основе изомеризата будет стабильно работать и на низких, и на высоких оборотах двигателя. Отличный отклик на антидетонаторы — прибавка октана от присадок на изомеризате на 15-20% выше, чем на ароматизированных базах.
Низкая плотность — около 680-700 кг/м³ против 740-760 кг/м³ у ароматизированных компонентов. Это может быть проблемой, если нужно выдержать минимальную плотность товарного бензина.
Высокое давление насыщенных паров — за счёт изопентана ДНП может достигать 80-100 кПа. Для летних бензинов это критично, приходится либо снижать долю изомеризата, либо убирать самую лёгкую фракцию.
Экономика изомеризата включает высокие капитальные затраты на установку (100-200 млн долларов для мощности 500 тыс. тонн в год), расход водорода (1-1,5% масс.), расход катализатора. Но для НПЗ это выгодно — берёшь низкооктановую прямогонку и превращаешь в высококачественный компонент.
Вы этот компонент не купите. Весь изомеризат уходит в собственные товарные бензины ВИНКов, особенно в АИ-95 и АИ-98.
Алкилат: вершина бензиновой пирамиды
Алкилат (алкилбензин) — это продукт реакции изобутана с лёгкими олефинами (бутиленами, пропиленом, реже амиленами). Процесс называется алкилированием и идёт либо на серной кислоте, либо на фтористоводородной кислоте, либо на твёрдых катализаторах.
Реакция: изо-C₄H₁₀ + C₄H₈ → C₈H₁₈ (изооктан)
На выходе получается высокоразветвлённый парафин с октановым числом:
ОЧИ (RON) = 91-96
ОЧМ (MON) = 90-94
Обратите внимание: разница между ИМ и ММ всего 1-2 единицы. Это самая низкая чувствительность среди всех бензиновых компонентов. Физически это означает, что алкилат одинаково хорошо работает во всех режимах двигателя — и на холостых оборотах, и при разгоне, и под полной нагрузкой.
Состав алкилата:
Изопарафины С7-С9: 95-98%
- 2,2,4-триметилпентан (изооктан) 40-60%
- 2,2,3-триметилпентан 15-25%
- 2,3,4-триметилпентан 10-15%
- Диметилгексаны 10-15%
- Триметилгексаны 5-10%
Непрореагировавший изобутан 1-3%
Лёгкие С5-С6 1-2%
Сера: 0 ppm (полностью отсутствует)
Ароматика: 0%
Олефины: 0%
Бензол: 0%
Это абсолютно чистый продукт, который по экологическим характеристикам превосходит любой другой бензиновый компонент. При сгорании алкилата образуется минимум углеродистых отложений, CO и несгоревших углеводородов.
Физико-химические свойства:
Плотность при 15°С: 690-710 кг/м³
Давление насыщенных паров: 40-60 кПа (умеренное, можно использовать круглогодично)
Температура начала кипения: 38-50°С
Температура конца кипения: 160-180°С
Индукционный период: более 1500 минут (абсолютная стабильность)
Алкилат идеален для смешивания с любыми другими компонентами. Он не вступает ни в какие реакции, не окисляется, не осмоляется. Можно хранить годами в любых условиях. Единственная проблема алкилата — производственные затраты.
Установки алкилирования:
На серной кислоте требуют регенерации отработанной кислоты и жёсткого контроля коррозии
На фтористоводородной кислоте опасны в эксплуатации (HF — сильнейший яд)
На твёрдых катализаторах (новое поколение) дороги в капитальных затратах
Плюс нужен изобутан, который обычно берут из потоков ГФУ или с установок алкилирования. Если изобутана нет или он дорог, экономика алкилата рушится. В итоге алкилат — самый дорогой компонент бензинового пула. Его используют в премиальных марках (АИ-98, АИ-100) и в небольших концентрациях в массовых бензинах. Для независимого производителя алкилат недоступен — всё остаётся внутри ВИНКов.
Прямогонный бензин: доступная реальность
Теперь переходим к тому, с чем вы действительно работаете. Прямогонная бензиновая фракция получается при атмосферной перегонке нефти и представляет собой смесь углеводородов, выкипающих в диапазоне 30-180°С (иногда шире — до 200°С, иногда уже — до 150°С).
Октановое число прямогона зависит от типа нефти:
Парафиновая нефть: ОЧИ 50-58, ОЧМ 48-55
Нафтеновая нефть: ОЧИ 58-65, ОЧМ 56-62
Смешанная нефть: ОЧИ 55-62, ОЧМ 52-59
Состав типичной прямогона из западносибирской нефти:
Парафины нормального строения (45-60%):
- н-пентан (С5) 5-8%
- н-гексан (С6) 8-12%
- н-гептан (С7) 10-14%
- н-октан (С8) 8-12%
- н-нонан (С9) 6-10%
- н-декан и выше (С10+) 8-14%
Изопарафины (8-15%):
- изопентан 2-4%
- изогексаны (2-метилпентан, 3-метилпентан) 2-4%
- изогептаны (2-метилгексан и др.) 2-4%
- изооктаны и выше 2-3%
Нафтены (20-30%):
- циклопентан 2-4%
- метилциклопентан 3-5%
- циклогексан 3-5%
- метилциклогексан 4-6%
- диметилциклопентаны 2-4%
- высшие нафтены С8-С10 6-10%
Ароматические углеводороды (10-20%):
- бензол (С6H6) 1-3%
- толуол (С7H8) 4-7%
- этилбензол 1-2%
- ксилолы (орто-, мета-, пара-) 3-6%
- триметилбензолы 1-3%
Олефины — практически отсутствуют (менее 1%), так как это первичная перегонка без термического разложения.
Серосодержащие соединения зависят от сернистости нефти:
Малосернистая нефть (<0,5% S): в бензине 100-300 ppm серы (меркаптаны, сульфиды)
Среднесернистая нефть (0,5-2% S): в бензине 500-1000 ppm серы
Высокосернистая нефть (>2% S): в бензине 1000-1500 ppm серы
Азот: 10-50 ppm (в основном в виде пиридинов и хинолинов в тяжёлой части фракции)
Физико-химические свойства прямогона:
Плотность при 15°С: 710-750 кг/м³
Давление насыщенных паров: 60-80 кПа
Фракционный состав:
н.к. 30-40°С
10% при 65-75°С
50% при 90-110°С
90% при 145-165°С
к.к. 170-195°С
Ключевое преимущество прямогона — стабильность. Отсутствие олефинов означает, что бензин не окисляется и не осмоляется при хранении. Индукционный период обычно более 1200 минут безо всяких стабилизаторов.
Прямогонка легко поддаётся гидроочистке. На катализаторах кобальт-молибден или никель-молибден при температуре 320-380°С и давлении 25-40 бар сера удаляется практически полностью (остаток менее 10 ppm). Расход водорода около 0,5-1% масс. Октановое число при этом падает минимально — на 1-2 единицы. С точки зрения работы с антидетонаторами прямогонка ведёт себя предсказуемо.
Главная проблема прямогона — низкий стартовый октан. Из 60 единиц до 92 — это 32 единицы разницы. Такой разрыв одними присадками не закрыть, нужно смешивать с более высокооктановыми компонентами или использовать комбинацию нескольких антидетонаторов. Экономически прямогонка — самый доступный компонент на рынке. Цена обычно на 10-20% ниже товарного бензина, что оставляет маржу для добавки присадок и заработка.
Газовые конденсаты: география решает
Газовый конденсат — это жидкие углеводороды, которые конденсируются из природного газа при его добыче, транспортировке и переработке. Состав конденсата сильно зависит от месторождения, но в целом это более лёгкие углеводороды, чем нефть.
Нестабильный газовый конденсат
Свежедобытый конденсат содержит растворённые лёгкие углеводороды С1-С4.
Состав типичного нестабильного конденсата:
- Метан+этан (С1-С2) 5-15%
- Пропан (С3) 8-15%
- Бутаны (С4) 10-18%
- Пентаны (С5) 10-15%
- Гексаны (С6) 8-12%
- Гептаны и выше (С7+) 35-50%
Давление насыщенных паров нестабильного конденсата очень высокое — 200-400 кПа. Его нельзя транспортировать и использовать напрямую. Нужна стабилизация.
Стабильный газовый конденсат
После стабилизации (удаления С1-С4 на ГПЗ) получается стабильный конденсат со следующим составом:
- Пентаны (С5) 15-25%
- Гексаны (С6) 15-20%
- Гептаны (С7) 12-18%
- Октаны (С8) 10-15%
- Нонаны и выше (С9+) 25-35%
Давление насыщенных паров падает до 60-80 кПа, продукт можно хранить и транспортировать.
Бензиновая фракция газового конденсата
Из стабильного конденсата можно отогнать бензиновую фракцию (н.к.-180°С).
Её состав:
Парафины (65-80%)
- н-пентан 8-12%
- н-гексан 12-18%
- н-гептан 14-20%
- н-октан 12-16%
- н-нонан 8-12%
- изопентан 3-5%
- изогексаны 4-7%
- изогептаны 4-6%
Нафтены (12-20%)
- циклопентан 2-4%
- метилциклопентан 3-5%
- циклогексан 2-4%
- метилциклогексан 3-5%
- диметилциклопентаны 2-4%
Ароматика (5-12%)
- бензол 0,5-1,5%
- толуол 2-4%
- ксилолы 2-4%
- этилбензол 0,5-1,5%
Олефинов практически нет (менее 0,5%).
Октановое число конденсатных бензинов:
ОЧИ (RON) = 62-72 (в среднем 65-68)
ОЧМ (RON) = 60-70 (в среднем 64-66)
Сера в конденсатах обычно очень низкая — 10-100 ppm, редко больше. Это связано с тем, что газовые месторождения часто содержат меньше серосодержащих соединений, чем нефтяные. Исключение — конденсаты с высокосернистых месторождений (Астраханское, Оренбургское), где сера может достигать 500-1000 ppm.
Физико-химические свойства:
Плотность при 15°С: 680-720 кг/м³
ДНП: 70-90 кПа (может быть проблемой летом)
Фракционный состав:
н.к. 25-35°С
10% при 55-70°С
50% при 85-100°С
90% при 130-155°С
к.к. 165-185°С
Видно, что конденсатные бензины легче прямогонных нефтяных — больше выкипает в начале фракционной разгонки. Это даёт хороший холодный пуск, но может создать проблемы с паровыми пробками летом.
Преимущества конденсатных бензинов:
Низкая сера — часто не требуется гидроочистка
Отсутствие смол и тяжёлых металлов
Высокая химическая стабильность (нет олефинов)
Светлый цвет и отсутствие запаха
Недостатки:
Низкое октановое число
Высокая лёгкость (проблемы с ДНП)
Низкая плотность и теплота сгорания
Доступность зависит от географии
Газовые конденсаты стабильные: узкие фракции
Многие производители работают не со всем конденсатом целиком, а с вырезанными фракциями. Это позволяет точнее управлять свойствами конечного продукта.
Лёгкая фракция С5-С7 (н.к.-100°С)
ОЧИ 68-75
ОЧМ 66-72
Плотность 660-680 кг/м³
ДНП 85-110 кПа
Состав: в основном пентаны, гексаны, легкие гептаны
Применение: для зимних бензинов, для поднятия испаряемости
Средняя фракция С6-С9 (60-150°С)
ОЧИ 64-70
ОЧМ 62-68
Плотность 690-710 кг/м³
ДНП 65-80 кПа
Состав: гексаны, гептаны, октаны, лёгкие нонаны
Применение: базовый компонент для круглогодичных бензинов
Тяжёлая фракция С8-С11 (120-180°С)
ОЧИ 58-65
ОЧМ 56-63
Плотность 720-740 кг/м³
ДНП 40-55 кПа
Состав: октаны, нонаны, деканы, ундеканы
Применение: для летних бензинов, для снижения ДНП
Работа с узкими фракциями даёт гибкость. Можете собрать зимний АИ-92 с упором на лёгкую фракцию (хороший пуск в мороз) или летний с упором на тяжёлую (не будет паровых пробок в жару). Но требуется понимание фракционного состава и умение считать смеси.
Дистилляты газового конденсата: индивидуальный подход
Дистилляты газового конденсата — это продукты дальнейшей переработки стабильного конденсата с разделением на более узкие фракции или с дополнительными процессами.
Например, если стабильный конденсат подвергнуть ректификации, можно получить:
Лёгкий бензиновый дистиллят (С5-С7)
Средний бензиновый дистиллят (С7-С9)
Тяжёлый бензиновый дистиллят (С9-С11)
Керосиновые и дизельные фракции
Каждая фракция имеет свои особенности. Чем легче дистиллят, тем выше ДНП, но лучше холодный пуск. Чем тяжелее, тем выше плотность и калорийность, но хуже испаряемость.
Некоторые переработчики конденсатов проводят лёгкий риформинг или изомеризацию лёгких фракций, получая дистилляты с октаном 75-82. Но это уже редкость и доступно не всем.
Для вас как производителя важно понимать: если вам предлагают дистиллят газового конденсата, обязательно запрашивайте полный паспорт качества с фракционным составом, ДНП, плотностью и октановыми числами. Дистилляты бывают очень разные, и свойства нужно знать точно для правильного компаундирования.
Что делают ВИНКи: АИ-92 на качественных компонентах
Для сравнения, вертикально-интегрированная компания с полным НПЗ может делать АИ-95 так:
20% изомеризата (ОЧИ 85): вклад 17
30% качественного крекинг-бензина после гидроочистки (ОЧИ 90): вклад 27,0
25% алкилата (ОЧИ 94): вклад 23,5
20% риформата (ОЧИ 98): вклад 19,6
5% МТБЭ: вклад 5,5
Итого RON = 92,6 единицы
Видите разницу? У них стартовая база уже под 91 октан, и добавить 3-4 единицы — это легко и дёшево. У вас стартовая база 65-70 октанов, и добавить 25-27 единиц — это дорого и технологически сложно. Вот почему независимым производителям трудно конкурировать по марже с ВИНКами. Доступ к качественному сырью — это всё.
Чтобы повысить маржу, нужно либо находить более дешёвое сырьё (что редко), либо оптимизировать рецептуры (снижать расход дорогих малообъемных присадок и переходить на объемные из стабилизированного метанола), либо масштабироваться (снижать удельные операционные расходы).
Ключевые выводы:
Знайте состав своих компонентов — без понимания углеводородного состава невозможно правильно подобрать присадки и рассчитать смеси. Качественное сырьё (изомеризат, алкилат, качественный крекинг-бензин) недоступно независимым производителям — это конкурентное преимущество ВИНКов. Прямогонные бензины и газовые конденсаты — ваша основа — научитесь выжимать из них максимум через правильный подбор антидетонаторов. Фракционирование даёт гибкость — работа с узкими фракциями позволяет точнее управлять свойствами продукта под сезон и требования. Антидетонаторы — это необходимость, но не панацея — они дают октан, но стоят денег, опять же если это не стабилизированный метанол. Оптимизация рецептур — ключ к рентабельности.
Нефтепереработка и нефтехимия — это искусство работать с тем, что есть. У ВИНКов есть всё, у вас — ограниченный набор. Но грамотный технолог может из простых компонентов сделать качественный продукт, который будет конкурентоспособен на рынке. Главное — знания, опыт и желание постоянно учиться.
Кирилл Лазарев
Копирование и иное применение текста статьи
без разрешения автора запрещено. ©
без разрешения автора запрещено. ©