Эволюция ограничений на содержание серы в дизельных топливах

В нефти сера присутствует в виде элементарной серы, сероводорода и различных органических соединений; в более тяжелых фракциях серы содержится больше, чем в легких. Соединения с высокой коррозийной агрессивностью в бензинах и дизельных топливах не допускали (серу или сероводород) или строго ограничивали (меркаптаны). Общее содержание соединений серы в топливе ограничивают предельной нормой показателя "массовая доля серы". Обеспечение более низких значений этого показателя требует дополнительных затрат на производство топлива, что повышает его стоимость, сокращает ресурсы. Поэтому на рынке часто присутствуют топлива, выпускаемые по стандартам с различным ограничением на содержание серы, - сернистые и малосернистые. Однако смысл ограничений, вкладываемых в эти термины, в последние десятилетия изменился.

В период 50 - 70 годов производители совсем не имели или имели минимальные ограничения по выбросам вредных веществ, содержание серы нормировали, исходя из возможности обеспечения работы двигателя без существенного снижения его ресурса. При сгорании сернистые соединения превращаются в оксиды серы, выбрасываются в атмосферу, однако часть их образовывает с водой кислоты, увеличивающие коррозионное изнашивание цилиндров, поршневых колец, вкладышей и других деталей. Пониженный тепловой режим работы двигателя, характерный для запуска и прогрева в условиях эксплуатации для большинства регионов нашей страны, способствует образованию серной кислоты и, следовательно, износу деталей. Эти проблемы были существенны для этапа, когда к сернистым дизельным топливам относили сорта с содержанием серы не более 0,2%. В этом диапазоне концентрации повышение содержания серы в дизельном топливе заметно (в 1,5 - 2 раза) увеличивает риск износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя, способствует нагарообразованию, нарушающему теплоотвод от поршня и подвижность поршневых колец, снижает компрессию. На основе многочисленных исследований и опыта эксплуатации техники было найдено решение этих проблем путем придания дизельным маслам с помощью щелочных моющих присадок нейтрализующей способности. Присадки практически полностью предотвращают повышенное коррозионное изнашивание деталей двигателей и нагарообразование. При достаточной щелочности масла (около 8 - 10 мг КОН/г) износ комплекта поршневых колец при работе на топливах с содержанием серы 1,0% 0,5 и 0,2% практически одинаков, если смена масла выполняется своевременно. При работе на топливе с высоким содержанием серы щелочное число масла убывает быстрее и пробег до смены масла сокращается.

В период 1990 - 2000 годов отношение на рынке дизельных топлив к ограничениям на содержание серы существенно изменялось. К сернистым стали относить топлива, содержащие 0,2% серы, а к малосернистым - топлива, содержащие 0,035% серы и менее. Это было обусловлено тем, что в связи с остротой проблемы загрязнения окружающей среды от эксплуатации автотранспорта предъявлялись все более строгие требования производителям техники и топлив по показателям, которые установлены как факторы, определяющие опасность выбросов для окружающей среды. К таким показателям отнесены содержание в отработавших газах ряда токсичных соединений (оксида углерода, оксидов азота, несгоревших углеводородов), твердых частиц и других загрязнителей. Для обеспечения соответствия более жестким экологическим нормам производители техники применяют в конструкциях автомобилей различные системы управления выбросами (дожигатели, каталитические нейтрализаторы, фильтры и т.д.), бортовые системы управления режимом работы и диагностики двигателя, а также совершенствуют организацию процессов сгорания и впрыска.

Снижение содержания серы в топливе влияет на уменьшение выбросов от автомобилей как напрямую (по содержанию в отработавших газах оксидов серы и твердых частиц), так и косвенно, обеспечивая долгосрочную эффективность работы каталитических систем очистки отработавших газов от оксидов азота, монооксида углерода и несгоревших углеводородов. В целом снижение содержания серы в топливе обеспечивает сокращение выбросов загрязняющих веществ для всех эксплуатируемых автомобилей, оснащенных нейтрализаторами. Отмечено также, что продукты сгорания соединений серы снижают надежность работы систем бортовой диагностики.

Тесная связь ограничений на содержание серы в топливе с уровнем вредных выбросов от автомобилей, реализуемых на рынке и формирующих парк потребителей топлива, как правило, учитывается в международных документах, соглашениях, директивах о защите окружающей среды. В требованиях к характеристикам топлив во Всемирной топливной хартии (ВТХ), подготовленной к 2000 году с участием производителей техники ряда стран, как и в директивах Европейского Союза, касающихся качества автомобильных топлив, переход от 1-й категории для рынков стран, где не имеют или имеют минимальные требования к контролю за выбросами, до 4-й категории, отвечающей самым передовым технологиям контроля за выбросами, предусматривают значительное ужесточение требований к содержанию в топливе серы (табл.1 и 2).