Топливо-смазочные материалы. Часть 1. Бензины и дизельные топлива

Г. М. Гаджиев      Ю. Н. Сидыганов       Д. В. Костромин 

 
 
 
 

ТОПЛИВО-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  

 

Часть 1 

 

БЕНЗИНЫ И ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА 

 
 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2017 
 

УДК 665./.7 
ББК  31.35  

Г 13 
 

Рецензенты: 

заведующий кафедрой надежности и ремонта машин Орловского  

государственного аграрного университета им. Н.В. Парахина,  

доктор технических наук, профессор А. В. Коломейченко; 

доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики, физики  
и инженерной графики Санкт-Петербургского государственного аграрного  

университета О. Г. Огнев 

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского центра ПГТУ 

 
 
 
Гаджиев, Г. М. 

Г 13       Топливо-смазочные материалы: учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1. 

Бензины и дизельные топлива / Г. М. Гаджиев, Ю. Н. Сидыганов,  
Д. В. Костромин. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный 
технологический университет, 2017. – 268 с. 

ISBN 978-5-8158-1894-1 
ISBN 978-5-8158-1895-8 (Ч. 1) 

 

Изложены краткие сведения о происхождении и применении нефти. Подробно 

описаны элементный и групповой состав нефти, их влияние на свойства нефтепродуктов. Рассмотрены физические и химические методы переработки нефти и тепловая энергия нефтепродуктов. Дана сравнительная оценка эксплуатационных показателей качества бензинов, дизельных топлив в соответствии с ГОСТ, ТУ и действующими на данный момент зарубежными аналогами.  

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 23.03.03, 35.03.06 и 

35.03.02. 

 

УДК 665./.7 

ББК 31.35 

 

ISBN 978-5-8158-1895-8 (Ч. 1) 
© Гаджиев Г. М., Сидыганов Ю. Н.,  

ISBN 978-5-8158-1894-1 
Костромин Д. В., 2017 

 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2017  

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Предисловие .................................................................................................. 5 
 
Введение ........................................................................................................ 6 
 
Глава 1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ  
НЕФТИ ......................................................................................................... 7 

1.1. Происхождение нефти .................................................................... 7 
1.2. Краткая история применения нефти ........................................... 15 
1.3. Краткая история переработки нефти .......................................... 22 
1.4. Нефть на карте мира ..................................................................... 25 
1.5. Образование месторождений нефти ........................................... 26 
1.6. Формы залегания осадочных горных пород ............................... 30 
Вопросы для самопроверки ................................................................... 32 

 
Глава 2. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НЕФТИ  
НА СВОЙСТВА ТОПЛИВ И МАСЕЛ .................................................. 33 

2.1. Элементный состав нефти ............................................................. 33 
2.2. Групповой состав нефти ................................................................ 37 
Вопросы для самопроверки ................................................................... 52 
 

Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ  
ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ ........................................................................ 53 

3.1. Краткая история развития нефтепереработки ............................. 53 
3.2. Первичная переработка нефти ...................................................... 56 
3.3. Химические методы переработки нефти ..................................... 65 
Вопросы для самопроверки ................................................................... 79 
 

Глава 4. ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ .................. 80 

4.1. Теплотворность топлив.................................................................. 80 
4.2. Условное топливо........................................................................... 84 
4.3. Тепловая энергия бензина ............................................................. 88 
4.4. Сгорание бензина в двигателе ....................................................... 93 
Вопросы для самопроверки ................................................................ 104 

Глава 5. БЕНЗИНЫ ............................................................................... 105 

5.1. Ассортимент автомобильных бензинов .................................... 105 
5.2. Паспорт качества бензина .......................................................... 119 
5.3. Методы определения октановых чисел ..................................... 122 
5.4. Октановое число бензина ........................................................... 136 
5.5. Факторы, влияющие на детонационную стойкость бензина ... 142 
5.6. Сортность бензина ...................................................................... 154 
5.7. Фракционный состав бензина .................................................... 162 
5.8. Давление насыщенных паров ..................................................... 171 
5.9. Удельный вес (плотность) бензина............................................ 175 
5.10. Наличие воды и низкотемпературные свойства бензина ...... 180 
5.11. Смолообразование в бензине ................................................... 188 
5.12. Индукционный период бензина ............................................... 193 
5.13. Наличие водорастворимых кислот и щелочей в бензине ...... 200 
5.14. Экологические требования к бензинам ................................... 205 
Вопросы для самопроверки ................................................................ 208 

 
Глава 6. ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО ..................................................... 210 

6.1. Ассортимент дизельных топлив ................................................ 210 
6.2. Цетановое число .......................................................................... 222 
6.3. Фракционный состав дизельного топлива ................................ 230 
6.4. Вязкость и плотность дизельного топлива ............................... 234 
6.5. Низкотемпературные свойства дизельного топлива ................ 243 
6.6. Наличие сернистых соединений, непредельных  
углеводородов и металлов в дизельном топливе ............................ 257 
Вопросы для самопроверки ................................................................ 264 

 
Заключение ............................................................................................... 265 
 
Библиографический список .................................................................... 266 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Учебное пособие «Топливно-смазочные материалы» предназначе
но для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и 
комплексов», 35.03.06 «Агроинженерия», 15.03.02 «Технологические 
машины и оборудование». 

Пособие состоит из двух (отдельно изданных) частей. В первой 

части, включающей шесть глав, рассмотрены вопросы о происхождении нефти, ее применении и переработке; влиянии химического 
состава нефти на свойства топлив и масел; физических и химических 
методах переработки нефти; тепловой энергии нефтепродуктов. 
Особое внимание уделено темам, посвященным бензинам и дизельным топливам. 

Вторая  часть пособия посвящена вопросам применения смазоч
ных материалов. 

Для качественного усвоения студентами учебного материала ав
торы постарались изложить его в доступной для понимания форме, в 
то же время наполнив элементами научного и практического поиска, 
сопроводив богатым иллюстративным материалом. 

При подготовке пособия авторы использовали отдельные мето
дические подходы в освещении обучающего материала и иллюстративное сопровождение некоторых изданий, представленных в библиографическом списке пособия. 

Авторы надеются, что учебное пособие поможет будущим спе
циалистам по эксплуатации  транспортно-технологических машин и 
комплексов, технологическим машинам и оборудованию получить 
необходимые знания для предстоящей профессиональной деятельности. 

 
 

 
 

ВЕДЕНИЕ 

 

Эффективность и надежность эксплуатации техники зависит не 

только от ее конструктивных и технологических особенностей, но и 
в значительной степени от того, насколько правильно подобрано 
применяемое моторное топливо, в частности бензин и дизельное 
топливо, и в какой степени их показатели качества отвечает требованиям эксплуатации и специфики их работы. Любое несоответствие 
неизбежно влечёт за собой существенные потери, обусловленные 
повышенными затратами на ремонт и вынужденными простоями 
автотранспортной техники. 

Требования к повышению надежности и эффективности работы 

автотранспортной техники приводят к ужесточению эксплуатационных характеристик топлив нефтяного происхождения. Законодательные акты по защите окружающей среды ставит задачу создания 
нефтепродуктов с улучшенными экологическими свойствами. Этому 
способствует широкое использование современных технологических 
процессов вторичной переработки нефти, позволяющее повысить 
эксплуатационные и экологические свойства  товарных нефтепродуктов. 

В настоящем издании особое внимание уделено элементному и 

групповому составам нефти и их влиянию на качество получаемых 
нефтепродуктов, вопросам первичной и вторичной переработки 
нефти, показателям качества топлив в соответствии с требованиями 
ГОСТов, ТУ, проведен сравнительный анализ отечественных видов 
топлив с зарубежными аналогами.  

Будущим специалистам, изучающим автотранспортную тех
нику, организацию ее технического обслуживания и ремонта, знания 
в области рационального применения моторных топлив будут чрезвычайно полезны.  
 

Глава 1 

Краткие сведения о происхождении нефти 

 
 

1.1. Происхождение нефти 

 

Нефть – горючее ископаемое, являющееся основным сырьем 

для получения современных топлив и смазочных материалов для 
двигателей внутреннего сгорания. 

Считается, что за время существования нефтяной промышлен
ности человечеством добыто около 85 млрд тонн нефти и оставлено 
в недрах отработанных месторождений еще 80-90 млрд тонн. Кроме 
того, доказанные запасы нефти в настоящее время составляют около 
140 млрд тонн. 

За длительный период использования нефти вопрос о ее проис
хождении не потерял своей актуальности. Ответ на этот вопрос имеет не только познавательное, но и большое практическое значение. 
«Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о 
тех процессах, в результате которых возникла нефть... будем знать, 
каким образом в земной коре образуются ее залежи, мы получим... 
надежные указания, в каких местах надо искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку», – писал в 
1932 г. академик И. М. Губкин. 

В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа: 
• донаучный период; 
• период научных догадок; 
• период формирования научных гипотез, связанный с началом 

развития нефтяной промышленности;  

• современный период. 
Примером донаучных представлений о происхождении нефти 

являются взгляды польского натуралиста XVIII в. каноника К. Клюка. Он считал, что нефть образовалась в раю и является остатком той 

благодатной жирной почвы, на которой цвели райские сады. Но после грехопадения Бог решил наказать человечество и уменьшил 
урожайность земли, удалив из неё жирное вещество. Одна часть жира, по его мнению, испарилась под влиянием солнечного тепла, а 
другая опустилась в глубь Земли, где и образовала скопления нефти. 

Примером взглядов периода научных догадок является выска
занная М. В. Ломоносовым мысль о том, что нефть образовалась из 
каменного угля под воздействием высоких температур. В своей работе «О слоях земных» в середине XVIII в. он писал: «Выгоняется 
подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные расселины...». 

С началом развития нефтяной промышленности вопрос о про
исхождении нефти приобрел важное прикладное значение. Это дало 
мощный толчок к появлению различных научных гипотез. 

В 1866 г. французский химик М. Бертло высказал предположе
ние, что нефть образовалась в недрах Земли при воздействии углекислоты на щелочные металлы. Другой французский химик, Г. Биассон, в 1871 г. выступил с идеей о происхождении нефти в результате 
взаимодействия воды, углекислого газа и сероводорода с раскаленным железом. Обе эти реакции действительно приводят к образованию нефтеподобного вещества, а сами гипотезы являются первыми 
представителями неорганической теории происхождения нефти. 

В 1888 г. немецкий химик К. Энглер, нагревая жиры морских 

животных при давлении 1 МПа до температуры 320...400 °С, получил нефтеподобные продукты. На этом основании он вместе с геологом Г. Гефером выдвинул гипотезу о происхождении нефти из животного жира, т. е. из органического вещества. Но сколько же рыб 
должно погибнуть, чтобы сформировать хотя бы одно крупное месторождение? Не все сходится и по времени. Первые рыбы появились на нашей планете почти 440 млн лет назад, а нефть найдена в 
породах возрастом в 1,5 раза старше. 

В настоящее время сформировались две теории происхождения 

нефти: органическая и неорганическая. 

Сторонники органической теории утверждают, что исходным 

материалом для образования нефти стало органическое вещество. 

В основе современных взглядов на происхождение нефти лежат 

положения, сформулированные  И. М. Губкиным в 1932 г. в его монографии «Учение о нефти». Он считал, что исходным для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из растительных и животных организмов. Его накопление на 
дне морей  происходит со скоростью до 150 г на 1 м2 площади в год.  
Старые слои довольно быстро перекрываются более молодыми, что 
предохраняет органику от окисления. Первоначальное разложение 
растительных и животных остатков происходит без доступа кислорода под действием анаэробных бактерий. Далее пласт, образовавшийся на морском дне, опускается в результате общего прогибания 
земной коры, характерного для морских бассейнов. По мере погружения осадочных пород давление и температура в них повышаются. 
Это приводит к преобразованию рассеянной органики в диффузно 
рассеянную нефть. Наиболее  благоприятны для нефтеобразования 
давления 15-45 МПа и температуры 60-150°С, которые существуют 
на глубинах 1,5-6 км. Далее, под действием возрастающего давления, нефть вытесняется в проницаемые породы, по которым она мигрирует к месту образования залежей. 

Таким образом, процесс нефтеобразования делится на три этапа: 
1) накопление органического материала и его преобразование 

в диффузно рассеянную нефть; 

2) выжимание рассеянной нефти из нефтематеринских пород 

в коллекторы; 

3)  движение нефти по коллекторам и ее накопление в залежах. 
В последующие годы взгляды И. М. Губкина  подтвердились. В 

1934 г. в нефти, асфальтах и ископаемых углях были найдены порфирины, входящие в молекулу хлорофилла. В 50-е годы нашего столетия Л. И. Горской (в СССР) и Ф. Смитом (в США) были открыты 
нефтяные углеводороды в осадках водоемов различных типов (в 
озерах, заливах, морях, океанах). Открытие  нефтяных месторождений в осадочных бассейнах сначала между Волгой и Уралом, а затем 

в Западной Сибири также подтверждает взгляды И. М. Губкина. 
Наконец, в настоящее время большинство нефтяных месторождений 
мира находится в местах сосредоточения осадочных пород, содержащих окаменелые останки животных и растений. 

Вместе с тем сторонники органического происхождения нефти 

бессильны объяснить существование ее гигантских скоплений там, 
где органического вещества в осадочных породах относительно мало (например, бассейн реки Ориноко). Более того, довольно значительные скопления нефти в Марокко, Венесуэле, США и других 
странах встречаются в метаморфических и изверженных породах, в 
которых органического вещества просто не может быть. До недавнего времени бесспорным подтверждением родства нефти и органического мира считались соединения, встречающиеся в обоих из них 
(например, порфирины). Однако в настоящее время многие из этих 
соединений получены неорганическим путем. При этом синтезе 
также получается значительное количество твердых парафинов, часто встречающихся в нефти. Органическая же теория объяснить такую долю парафина в нефтях не может. 

Абсолютно не вписываются в органическую теорию происхож
дения нефти находки в магматических породах. Так, в древнейших 
кристаллических породах, вскрытых Кольской сверхглубокой скважиной, зафиксировано присутствие родственного нефти битуминозного вещества, а на Вьетнамском шельфе открыты крупные нефтяные месторождения (Белый Тигр, Волк, Дракон), где продуктивными оказались не привычные нефтяникам песчаники и известняки, а 
глубинный гранитный массив. Похожее, хотя и небольшое, месторождение (Оймаша) известно в Казахстане. 

Сторонники неорганической теории считают, что нефть обра
зовалась из минеральных веществ. Например, Д. И. Менделеева поразила удивительная закономерность: нефтяные месторождения 
Пенсильвании и Кавказа, как правило, расположены вблизи крупных 
разломов земной коры. Основываясь на этом, в 1876 г. он выдвинул 
так называемую «карбидную» гипотезу происхождения нефти. Зная 
о том, что средняя плотность Земли превышает плотность земной 

коры, он сделал вывод, что в недрах нашей планеты в основном залегают металлы. По его мнению, это должно быть железо. Во время 
горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь нее проникает вода. Встречая на своем 
пути карбиды железа, она вступает с ними в реакцию, в результате 
которой образуются оксиды железа и углеводороды. Затем последние по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и 
образуют нефтяные месторождения. 

Заслугой Д. И. Менделеева является то, что впервые вместо об
щих рассуждений им была выдвинута стройная гипотеза, объясняющая не только химическую, но и геологическую сторону процесса 
образования нефти из неорганических веществ. 

Оппоненты «карбидной» гипотезы утверждают, что существо
вание карбидов железа в недрах Земли не доказано, а, кроме того, в 
условиях высоких давлений и температур горные породы становятся 
пластичными, и поэтому существование трещин, ведущих к ядру 
Земли, по их мнению, невозможно. Но это не значит, что гипотеза  
Д. И. Менделеева опровергнута: воды для реакций с карбидами достаточно и в веществе мантии. 

В 1892 г. профессор Московского государственного универси
тета В. Д. Соколов, основываясь на фактах находок битумов в метеоритах, а также на наличии углеводородов в хвостах некоторых 
комет, предложил «космическую» гипотезу возникновения нефтяных углеводородов в коре нашей планеты. По его мнению, углеводороды изначально присутствовали в газопылевом облаке, из которого сформировалась Земля. Впоследствии они стали выделяться из 
магмы и подниматься в газообразном состоянии по трещинам в 
верхние слои земной коры, где конденсировались, образуя месторождения нефти. Оппоненты В. Д. Соколова утверждают, что существование в недрах Земли трещин большой протяженности, соединяющих земное ядро с поверхностью, невозможно. В то же время 
исследованиями установлено, что в атмосфере планет Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна присутствует метан, хотя никакой органики 
на этих планетах не было и быть не может. Ученые предполагают, 

что метан образовался в условиях высоких температур из водорода и 
углекислого газа, широко распространенных в космосе. 

В 50-е годы прошлого века ленинградский геолог-нефтяник, 

профессор Н. А. Кудрявцев, собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным месторождениям мира. Прежде всего, 
он на более обширном материале подтвердил наблюдения  
Д. И. Менделеева о том, что многие месторождения обнаруживаются 
вблизи глубинных разломов земной коры. Во-вторых, он собрал сведения об отсутствии прямой связи между наличием нефти и количеством органического вещества в породе. Таким местом является, в 
частности, Мархининский вал на севере Сибири, где горные породы 
на глубину двух километров буквально пропитаны нефтью, а количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, составляет всего 0,2-0,4%. На этом основании он считал, что нефтеносность Мархининского вала связана не с преобразованием органического вещества, а с наличием глубинного разлома, по которому углеводороды поднимались из недр планеты. Тем же самым можно 
объяснить присутствие нефти в кимберлитовых трубках, которые 
представляют собой каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы из недр 
Земли. 

 Большое скопление тяжелой нефти (около 100 млрд т) в районе 

озера Атабаска (Канада) по органической теории никак не могло 
образоваться. Во-первых, для этого необходимо 300-400 млрд т 
обычной нефти, что предполагает наличие нефтесборной площади 
не менее 2 млн км2, которой в районе Канады нет. А во-вторых, данное скопление залегает на небольших глубинах, где температура 
недостаточна для нефтеобразования. 

Органическая теория не может объяснить присутствие озокери
та и других нефтяных битумов в метеоритах (углистые хондриты) – 
ведь органическая жизнь за пределами Земли неизвестна. 

Сложные нефтеподобные вещества в виде мальты и асфальти
тов встречаются в глубоких рудниках Швеции, Норвегии и Канады, 
разработанных в магматических породах, где по органической тео