ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕНЗИНОВ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена изучению существующих присадок, улучшающих показатели детонационной стойкости автобензинов и отвечающих современным государственным стандартам. В работе предложены наиболее эффективные из них, очерчены их основные положительные и отрицательные стороны.

Ключевые слова: детонационная стойкость, бензин, присадки.

Автомобильный бензин – это наиболее распространенный вид моторного топлива, мировое производство которого возрастает за счет увеличения парка автотранспорта. Следовательно, для НПЗ этот вид топлива является наиболее прибыльным, однако и дорогостоящим. Это объясняется тем, что необходимо, чтобы товарный бензин отвечал современным требованиям государственного стандарта

Одной из главной характеристик автобензинов является детонационная стойкость (ДС) на бедных и богатых смесях, а также на различных режимах работы двигателей. Отсюда вытекает и актуальность работы – на сегодняшний день поддержание всех показателей качества, не только ДС, в допустимых пределах это основная задача в области нефтехимии. Целью работы является предложение наиболее эффективных путей улучшения данного показателя.

Нормативная база на неэтилированный бензин состоит в ГОСТ 32513-2013 «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия», он разработан на основе ГОСТ Р 51105-97 "Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия" и ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-2004) "Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия". Согласно ему производят четыре марки топлива – «Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95» и «Супер-98».

Таблица 1.

Требования ГОСТ 32513-2013 к значению октанового значения автомобильных бензинов

ДС отражает октановое число (ОЧ).

ОЧ называется показатель ДС топлива, численно равный процентному содержанию изооктана в такой его смеси с н-гептаном, которая по интенсивности детонации эквивалентна испытуемому топливу при работе на специальном одноцилиндровом двигателе в стандартных условиях испытания

Топливо с высоким октановым числом сгорает с меньшей скоростью, процесс происходит плавно, не оказывая сильного давления на поршни двигателя.

Повышение ДС достигается тремя методами.

1. Для получения товарных автомобильных бензинов допускалось долгое время применять присадки, улучшающие ДС – антидетонаторы. Это присадки на основе металлов (железо, марганец, свинец – один из наиболее эффективных своего времени, присадка на основе этого металла - тетраэтилсвинец - до сих пор применяется для производства авиационных бензинов) и аминов (монометиланилин – использовался вплоть до 2016 года, но Технический регламент Таможенного союза ввел на него запрет, так как основным недостатком ароматических аминов является повышенная склонность к смолообразованию и увеличению износа деталей цилиндро-поршневой группы). Данные присадки очень эффективны, но с точки зрения экологии не оправдывают своей ценности. При сгорании они образуют высокотоксичные соединения, поэтому не только в Росси, но и во многих странах мира повышение ОЧ (улучшение ДС) стали постепенно переводить на оставшиеся два метода, реально используемые сейчас в нашей стране.
2. Базовые компоненты бензинов состоят из фракций прямой перегонки нефти, изомеризации, каталитического, термического крекингов, гидрокрекинга вакуумного газойля, алкилирования, пиролиза и других процессов, следовательно путем изменения их процентного соотношения корректируют ДС.
3. Главным и основным способом повышения ДС бензинов является удаление из их состава или уменьшение до минимума содержания углеводородов, образующих при сгорании наибольшее количество перокисных соединений (основная причина детонационного/взрывного воспламенения и сгорания топлива), тем самым оставляя в составе более стойкие углеводороды.

К последним относятся  так называемые ВОК – высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, толуол C₇H₈, кумол С₆Н₅СН(СН₃)₂ и др .

Очень эффективно введение в бензин оксигенатов. К ним относятся спирты, эфиры и их смеси. Они имеют высокие ДС, снижают токсичность отработавших газов, увеличивают полноту и равномерность распределения ДС по фракциям, однако уменьшают теплоту сгорания и увеличивают агрессивность по отношению к резинам.

МТБЭ (СН₃–О–С(СН₃)₃) – наиболее применяемая нетоксичная жидкость с ОЧ 117 (допустим до 15%). При добавке 10 % МТБЭ ОЧ_мм увеличивается в среднем на 4-6 едениц. Среди других эфиров в качестве компонентов бензинов применяются ЭТБЭ, ТАМЭ и др.

Что касается спиртов, то здесь применяется этиловый (до 5 %). Он обладает высокой ДС, хорошей испаряемостью, образует меньше нагара и менее токсичны продукты их сгорания.

К сожалению, этанол имеет недостатки, из-за которых он до настоящего времени широкого распространения в России не получил. Первый из таких недостатков — меньшая мощность, развиваемая двигателем, чем при применении бензина. Второй недостаток спиртосодержащих топлив — расслоение смесей. Но решение проблемы уже найдено: это — введение в этанолсодержащее топливо определенных добавок (специальных стабилизаторов в виде сложных спиртов), а также обеспечение условий, препятствующих попаданию воды в топливо. Третий недостаток — наличие в спиртах полярной гидроксильной группы, которая делает их химически более активными, чем эфиры и традиционные виды топлив.

Другая добавка – алкилат (алкилбензин) - смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов (рис. 3). Алкилат имеет ОЧ не менее 90–91,5.

Рисунок 1. Алкилирование изобутана

Отказ от металло- и аминосодержащих присадок должно быть скомпенсировано вовлечением в состав бензинов других ВОК. На базе вышеуказанных антидетонаторов как раз таки и создаются присадки в различных концентрациях и композициях, которые вырабатываются на основании ТУ и допускаются к применению Межведомственной Комиссией после проведения соответствующих испытаний.

Список литературы:

1. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия: ГОСТ 32513-2013. - Введ. 2015-01-01.- М.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.
2. Егоров, М. А. Применение горючего на авиационной технике и при проведении авиационных работ. Жидкие нефтяные топлива. Учебное пособие : [для курс. и студ. ЗФО профиля подгот. 25.03.04.04 – Авиатопливное обеспечение воздушных перевозок и авиационных работ] / сост. М.А. Егоров, А.В. Калякин, Р.Р. Файзуллин. – Ульяновск: УВАУ ГА (И), 2014. - 170 с.
3. Гуреев, А. А. Производство высокооктановых бензинов / А. А Гуреев., Ю. М. Жоров, Е. В. Смидович. — М.: Химия, 2013. — 224 с.