Сырьё для получения топлива: из чего делают бензин, керосин и дизель

Сырьё для получения топлива, бензина и керосина — это нефть (пять букв, если вопрос из сканворда). Нефть — природная смесь углеводородов разной молекулярной массы, которую разделяют перегонкой: чем длиннее молекула, тем выше температура её кипения, и на этом свойстве построена вся схема переработки. При атмосферной перегонке из одной и той же нефти последовательно отбирают бензиновую фракцию с пределами выкипания 35–205 °C (углеводороды C4–C12), керосиновую 120–310 °C (C9–C16), керосино-газойлевую, из которой делают дизельное топливо, 200–350 °C (C12–C20). Всё, что не выкипело до 350 °C, остаётся мазутом и идёт на вакуумную перегонку, где отбирают газойли с пределами 350–500 °C. Полученные фракции сами по себе товарным топливом ещё не являются: их очищают, смешивают с продуктами вторичных процессов и доводят до норм стандартов: ГОСТ 32513-2023 для бензина, ГОСТ 10227-86 для реактивного топлива, ГОСТ 305-2013 для дизельного. Именно поэтому на колонке человек видит не «фракцию 35–205 °C», а АИ-95-К5 с октановым числом и классом по сере.

Почему из одной нефти получается несколько разных топлив

Нефть не состоит из «бензина» и «солярки» как из отдельных веществ. Это смесь тысяч углеводородов, у каждого из которых своя температура кипения. Разделение работает механически: нефть нагревают, пары поднимаются по ректификационной колонне и конденсируются на разных её уровнях: лёгкие выше и раньше, тяжёлые ниже и позже. Ничего не синтезируется, химический состав молекул на этом этапе не меняется, происходит только сортировка по массе.

Ограничение у процесса одно, и оно определяет всю дальнейшую схему завода: при атмосферном давлении нефть нельзя греть бесконечно, потому что тяжёлые углеводороды начинают разлагаться раньше, чем испарятся. Поэтому атмосферная перегонка заканчивается на 350 °C, а остаток, мазут, по определению это «остаточная фракция атмосферной перегонки нефти; температура кипения выше 350 °C» (Большая российская энциклопедия, «Мазут»). Чтобы достать из мазута ещё топливные компоненты, его гонят повторно под вакуумом: снижение давления опускает температуру кипения, и удаётся отобрать газойли 350–500 °C, не разложив их.

Какая фракция при какой температуре отбирается

Пределы взяты из статей Большой российской энциклопедии: «Бензин», «Керосин», «Дизельное топливо», «Мазут». Плотность керосина там же указана как 780–850 кг/м³ при 20 °C, теплота сгорания — около 43 МДж/кг.

В таблице видно то, что обычно не попадает в школьное объяснение: интервалы перекрываются. Бензиновая фракция заканчивается на 205 °C, а керосиновая начинается со 120 °C; керосиновая тянется до 310 °C, а дизельная стартует с 200 °C. Углеводород, кипящий при 150 °C, может уйти и в бензин, и в керосин, и это решает не природа, а режим колонны. Границы отбора назначает завод исходя из того, какой продукт сейчас нужнее и какие требования предстоит выполнить. Отсюда прямое следствие для темы: «из чего делают бензин» и «из чего делают керосин» — вопрос с одним ответом на уровне сырья и с разными ответами на уровне режима перегонки.

Фракция — ещё не топливо: что добавляется после перегонки

Прямая перегонка даёт компоненты, а не готовый продукт. Бензин в товарном виде — это «смесь углеводородов (главным образом C4–C12) с пределами выкипания 35–205 °С», которую собирают комбинированием потоков нескольких установок: прямой перегонки, термического и каталитического крекинга, риформинга, изомеризации и алкилирования. Прямогонная фракция и продукты термических процессов дают наименьшее октановое число, риформинг, изомеризация и алкилирование — наибольшее (БРЭ, «Бензин»).

Это и есть ответ на вопрос, почему из одной нефти получают АИ-92 и АИ-98. Разница между марками создаётся не другим месторождением, а другой пропорцией компонентов в смеси. Что именно измеряет эта шкала и почему она не описывает запас энергии в литре, разобрано отдельно: октановое число бензина. Исторический способ поднимать октановое число присадкой тетраэтилсвинца в России закрыт с 2003 года, об этом есть материал неэтилированный бензин.

У дизельного топлива логика обратная: его получают из керосино-газойлевых фракций прямой перегонки, через крекинг и синтетическим путём, а качество воспламенения оценивают цетановым числом, а не октановым. По ГОСТ 305-2013 цетановое число составляет не менее 45 для всех четырёх марок (Л, Е, З, А), по ГОСТ 32511-2013 на топливо ЕВРО не менее 51,0 для сортов умеренного климата A–F. Почему две шкалы направлены в противоположные стороны, разобрано в материале октановое число солярки.

Как фракция превращается в строку стандарта

Самое практичное место всей цепочки: температурные пределы фракции не исчезают после завода, а переходят в нормируемые показатели товарного топлива. Фракционный состав проверяют у готового продукта, и цифры в стандартах прямо отражают, какой участок нефти пошёл в бак.

Испаряемость бензина нормируется не одной строкой на весь продукт, а по группам: летние A и B, зимние C, D, E и F, межсезонные C1, D1, E1 и F1. Единственная точка перегонки, которая по группам расходится, это И70: 15–48 % у группы A против 15–50 % у всех остальных, включая вторую летнюю группу B. Расходится и давление насыщенных паров: 35–80 кПа в летний период против 35–100 кПа в зимний, и по этой строке бензин действительно разный в январе и в июле. Остальные точки (И100, И150, конец кипения 215 °C, остаток в колбе не более 2 %) общие для всех групп. Сверять паспорт партии нужно со строкой своей группы: топливо с 49 % при 70 °C не соответствует норме группы A и полностью соответствует норме группы C.

У ТС-1 картина обратная: фракционный состав и температура вспышки в закрытом тигле (не ниже 28 °C) у высшего и первого сорта одинаковые, различается только нормируемая плотность: 780 против 775 кг/м³ при 20 °C. Керосиновая фракция летучее дизельной, и низкая температура вспышки — тоже прямое наследство участка перегонки. Подробный разбор плотности и её температурной поправки есть в статье плотность дизельного топлива, а сопоставление бензина и дизеля по фракциям и сгоранию — в разборе дизельное топливо и бензин: отличия.

Что из этого водитель видит на колонке

Между ректификационной колонной и пистолетом остаётся ещё один документ — ТР ТС 013/2011. Он задаёт экологические классы, и именно они превращаются в последние два символа обозначения.

Обозначение АИ-95-К5 читается как автомобильный бензин с октановым числом 95 по исследовательскому методу и экологическим классом К5; ДТ-З-К5 — дизельное топливо зимнего климатического сорта того же класса. Разница между К2 и К5 по сере пятидесятикратная, и достигается она гидроочисткой фракции, а не выбором нефти: дистилляты сернистых нефтей очищают водородом. Полный разбор маркировок по всем пяти видам автомобильного топлива есть в статье виды топлива для автомобилей, а о том, откуда у дизельного топлива взялось второе имя, написано в материале почему дизель называют соляркой.

Не только нефть: газ, уголь и сланцы

Нефть — основное сырьё, но не единственно возможное. Жидкое топливо получают из бурого и каменного угля и сланцев двумя маршрутами: деструктивной гидрогенизацией при 380–500 °C и давлении 10–70 МПа либо газификацией с последующим каталитическим превращением синтез-газа при 180–260 °C и 0,1–2,5 МПа (Neftegaz.RU, техническая библиотека). Второй маршрут интересен тем, что сырьё в нём не обязательно твёрдое: синтез-газ (смесь оксида углерода и водорода) получают и конверсией метана, и на этом построены заводы GTL, переводящие природный газ в жидкие углеводороды синтезом Фишера — Тропша.

Разница с перегонкой принципиальная. Перегонка разделяет уже готовые углеводороды, синтез собирает их заново из оксида углерода и водорода. Отсюда и цена вопроса: там, где нефтепереработке достаточно нагрева до 350 °C при атмосферном давлении, синтетическому маршруту нужны сотни градусов и десятки мегапаскалей. Поэтому в российской рознице сырьём для бензина, керосина и дизельного топлива остаётся нефть, а синтетические маршруты работают там, где своей нефти нет, а газ или уголь есть.

Вопросы и ответы

Сырьё для получения топлива, бензина, керосина — 5 букв? Нефть. Это ответ и для сканворда, и по существу: из нефти перегонкой отбирают и бензиновую фракцию (35–205 °C), и керосиновую (120–310 °C), и керосино-газойлевую (200–350 °C), из которой делают дизельное топливо.

Керосин и авиационное топливо — это одно и то же? Авиационный керосин — часть керосиновой фракции, доведённая до норм отдельного стандарта. У ТС-1 по ГОСТ 10227-86 начало перегонки не выше 150 °C, 98 % отгоняется не выше 250 °C, плотность при 20 °C не менее 780 кг/м³ у высшего сорта и не менее 775 кг/м³ у первого. Осветительный керосин и керосин-растворитель делают из той же фракции, но по другим требованиям.

Почему из одной нефти получаются топлива с разными свойствами? Потому что разделение идёт по температуре кипения, а она связана с длиной молекулы. В бензин уходят углеводороды C4–C12, в керосин C9–C16, в дизельное топливо C12–C20. Дальше свойства ещё раз расходятся на вторичных процессах: товарный бензин собирают из компонентов крекинга, риформинга, изомеризации и алкилирования в нужной пропорции.

Сколько бензина получается из тонны нефти? Единого числа не существует: выход зависит от состава конкретной нефти и от схемы завода, потому что глубина переработки определяется тем, сколько мазута отправлено на вакуумную перегонку и крекинг, а не только первичной колонной. Прямая перегонка даёт лишь часть бензинового пула, остальное добирают вторичными процессами.

Можно ли получить бензин не из нефти? Да, из угля, сланцев и природного газа: через деструктивную гидрогенизацию или через газификацию и синтез из полученного синтез-газа. Условия жёстче, чем у перегонки: 380–500 °C и 10–70 МПа для гидрогенизации против нагрева до 350 °C при атмосферном давлении.

Куда смотреть дальше

Цепочка «нефть — фракция — стандарт — колонка» объясняет, откуда берутся показатели в паспорте топлива, но не отвечает на вопрос, что происходит с этим топливом уже в цилиндре. Это соседние разборы: принцип работы дизельного двигателя и виды впрыска топлива рассказывают, как топливо подаётся и сгорает, а почему дизель дороже бензина объясняет, как фракционная разница отражается в цене за литр.

Если вопрос стоит практически и нужно понять, какое оборудование подходит конкретному двигателю, модель подбирается по рабочему объёму ДВС: параметры и сегменты техники собраны в каталоге моделей ВГА, условия и комплектации собраны на странице стоимости.