Современные методы для повышения октанового числа

Октановое число - главная характеристика топливной стойкости к детонации (воспламенению), т.е. процентное содержание изооктана С8Н18, октановое число которого принято за 100, в эталонной смеси с н-гептаном С7Н16,, при котором обеспечена детонационная стойкость. Если октановое число ниже, то регулярное использование такого бензина приведет к поломке двигателя.
Выпуск высокооктановых бензинов для многих отечественных предприятий нефтеперерабатывающего комплекса требует серьезных и длительных капиталовложений, которыми они всегда располагают. Сложный технологический способ разделения и каталитического преобразования фракций нефти ведет в высокой себестоимости продукта, хотя позволяет получить бензин европейского качества с большим октановым числом, например, при гидрокрекинге RON составляет 85-90, при каталитический крекинге - 80-85, при риформинге -85-97, при изомеризации - 85-90, при алкилировании - 92, при полимеризации - 100 [2].Именно поэтому применение специальных присадок для производства высокооктанового бензина оправдано и экономически выгодно. В мировом масштабе наиболее экологически безопасной и эффективной присадкой считается беззольный антидетонатор - монометиланилин, который применяется как в чистом виде, так и в виде смесей с другими октановыми компонентами. ММА в составе топлива снижает расход бензина, уменьшает токсичность выхлопных газов. Повышение октанового числа на 5-6 единиц обеспечивается концентрацией ММА около 1- 1,8 % [3].
Октановое число возрастает при добавлении в бензин предельных и ароматических углеводородов разветвленного строения, например, толуола С6Н5СН3 (с RON, равным 115) или изооктана С8Н18, с RON, равным 100 [3].
В качестве присадок, повышающих октановое число бензина, применяют металлоорганические антидетонаторы, способные обрывать цепные реакции окисления углеводородов, снижая скорость реакции получения молекул перекисных соединений. В СССР вплоть до конца 20 века в качестве металлорганического антидетонатора использовался тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4. При сгорании тетраэтилсвинца образуется оксид свинца (II), который может осаждаться в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Чтобы удалить нежелательное вещество, используются этилбромид, а образующийся при этом бромид свинца захватывается отходящими газами [6].
Бензин, в состав которого входит тетраэтилсвинец и этилбромид, называется этилированным. Тетраэтилсвинец характеризуется высокой токсичностью, не всегда совместим с технологическими узлами современных транспортных средств и в настоящее время не используется.
Присадки, содержащие С2И5Мп(СО)з, в концентрации 100 г на 1 т повышают октановое число на 3-5 ед., однако наносят огромный вред окружающей среде, а также быстро выводят из строя детали двигателя [1].
В наши дни активно используются антидетонаторы, содержащие ферроцен Fe(C5H5)2, которые в концентрации 180 г на 1 т повышают октановое число на 4-5 ед., однако образуют на свечах налёт, влияние которого выводит свечи в недгодность. Несмотря на это, в РФ производится большое количество ферроценовых присадок: ФК-4, Октан-максимум, Феро-3, и др. [1].
Применение присадок, содержащих Pb, Fe и Мп уменьшает ресурс свечей зажигания до 50007000 км. Кроме того, такие антидетонаторы запрещены к использованию [6].
Для повышения октанового числа бензина используют так называемые оксигенаты - метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН, а также эфиры: метил-трет-бутиловый эфир СН3ОС(СН3)3, этил-трет-бутиловый эфир С2Н5ОС(С2Н5)3, метил-трет-пентиловый эфир С5Н11ОС(С5Н11)3, диизопропиловый эфир (СН3)2СНОСН(СН3)2. При сгорании метилсодержащих эфиров в окружающую среду происходят выбросы метанола, поэтому их использование нежелательно [1].
Применение спиртов позволяет значительно уменьшить содержание угарного газа в выхлопах автомобиля и увеличить октановое число, например, добавление к АИ-92 этанола в количестве 10 % по массе позволяет превратить его в АИ-95 [4]. Добавление спиртов позволяет увеличить количество кислорода, что обуславливает большую полноту сгорания углеводородов и понижение теплоты их сгорания, а также температуры сгорания. Более того, спирты, испаряясь, поглощают тепло, тем самым уменьшая температурные нагрузки на ДВС и снижая детонацию. Но повышение концентрации кислорода более 2,7 % вызывает увеличение содержания альдегидов в отходящих газах, которые являются очень токсичными веществами [1]. При этом увеличивается расход топлива.
Представителями МЭИ было предложено увеличивать октановое число топлива за счет преобразования топлива путем катализа в самом моторе, так как катализ сопровождается снижением температуры рабочего процесса. Эта идея была реализована в виде автомобильного синтезатора-катализатора АСК [5]. Преимуществом способа является достижение лучших экономических и показателей мощности двигателя по сравнению с традиционными методами изменения октанового числа топлива с помощью присадок.
Таким образом, современные способы повышения октанового числа бензина позволяют значительно увеличить стойкость к детонации, не уменьшая мощность автомобиля, при этом нанося как можно меньше вреда окружающей среде.
Литература:
Амбарцумян, В.В. Экологическая безопасность автомобильного транспорта [Текст]: учеб. пособие для студ. вузов / В.В. Амбарцумян, В. Б. Носов, В. И. Тагасов. - М: Научтехлитиздат, 2009. - 324 с.
Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение [Текст]: справочное пособие / Под редакцией В.М. Школьникова. - М: ИЦ «Техинформ», 2009. - 216 с.
Милованов, А.В. Топливо и смазочные материалы [Текст]: учеб. пособие для студ. вузов / А.В. Милованов, СМ. Ведищев. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2003. - 236 с.
Патент РФ № 2486231, 27.12.206. Способ повышения антидетонационных величин моторных топлив для карбюраторных и инжекторных двигателей из прямогонного бензина // Патент России № 2486231 / Грачев В.И., Филатов И.Ю.
Новиков А.И. О дилемме повышения эффективности и экологической безопасности автомобильных энергетических установок // Научно-технический вестник Поволжья. – 2015.– С. 246-248.
Борисов Г.А., Семенова Е.Е., Колодяжная И.Н. Антидетонаторы бензиновых топлив, их значение и перспективы развития // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. – 2015.- С. 36-38.