На нашій планеті в природних умовах зустрічаються дві рідини: вода і нафта. Але тільки друга з них послужила джерелом отримання різних видів рідких палив.
І вода, і нафта складаються з двох елементів: вода - з водню і кисню, а нафта - з водню і вуглецю. Але вода є простим хімічним з'єднанням, тобто кожна її молекула містить два атоми водню і один атом кисню. Різні ж нафти, навпаки, являють собою дуже складні, не схожі один з одним за своїми властивостями і неоднорідні за хімічним складом речовини.
Для більш раціонального використання нафту піддають разгонке на окремі складові (фракції). Для цього її нагрівають до різних температур, а одержувані при цьому в певних межах температур пари піддають охолодженню (конденсують). Таким способом одержують різні бензини, лігроїн, гас, солярове масло і відходи - мазут.
Фракції нафти також не є однорідними речовинами: вони являють собою суміші різних вуглеводнів, тобто органічні сполуки вуглецю з воднем - метан, пентан, гексан, гептан, октан та ін Ось чому фракції, а тим більше сама нафта, не можуть бути виражені якимись певними хімічними формулами.
Легкі рідкі фракції нафти, що википають приблизно в межах 35 ... 200 ° С, прийнято називати бензинами. За своїм складом бензини є сумішами різних органічних речовин, що складаються в основному з молекул з п'ятьма, шістьма, сім'ю і вісьма атомами вуглецю, які хімічно з'єднані або, як кажуть, насичені атомами водню. Кожне з цих з'єднань володіє індивідуальними властивостями, визначальними якість палива. Ці властивості залежать від числа і структури атомів, що входять в освіту молекул вуглеводнів.
Маленький урок хімії
Вивчення та розуміння різних властивостей палив і процесів, що відбуваються під час їх згорання в циліндрах двигуна, неможливо без знайомства з основами хімії. Зокрема хімії вуглеводнів.
Вуглеводнями в хімії називають органічні сполуки вуглецю з воднем. Вони відрізняються один від одного кількістю атомів вуглецю (С) і водню (Н), що складають їх молекули, а також розташуванням цих атомів всередині молекул.
Найпростішим вуглеводнем по кількості вхідних в його молекули атомів вуглецю є газ метан (СН4). Його молекула складається з одного атома вуглецю і чотирьох атомів водню.
Так як вуглець є четирехвалентних (під валентністю в хімії розуміється здатність атомів певної речовини утримувати відоме кількість атомів водню або іншого елемента) елементом, то чотири атома водню заповнять молекулу метану, що робить його насиченим повністю. Вуглеводні, в яких вуглець насичений цілком, отримали назву граничних.
Якщо в молекулу органічної сполуки входять декілька атомів вуглецю, то останні з'єднуються між собою зв'язком валентності, утворюючи ланцюг атомів вуглецю, або скелет молекули, а інші валентні зв'язки атомів вуглецю насичуються атомами водню.
Однак далеко не всі органічні сполуки мають повністю заміщені валентні зв'язки. Існує значне число і таких органічних сполук, в яких атоми вуглецю мають окремі зв'язку валентності ненасиченими, тобто молекули вуглеводнів мають меншу кількість атомів водню, ніж це потрібно для повного насичення вуглецю. Ці ненасичені зв'язки, будучи схильними до реакції приєднання, додатково зв'язують атоми вуглецю між собою. Таким чином, між ними виникають другі і навіть треті зв'язку. Такі сполуки дістали назву ненасичених або неграничних вуглеводнів.
Число атомів вуглецю в більш складних молекулах вуглеводнів не обмежуються двома. Вуглеводні, що входять в бензини, містять п'ять, шість, сім і вісім атомів вуглецю. Залежно від числа вхідних в їх молекули атомів вуглецю такі вуглеводні мають кожен свою назву. Так, наприклад, вуглеводень з п'ятьма атомами вуглецю в молекулі називається пентаном (від грецького слова "Пента" - п'ять), вуглеводень з шістьма атомами - гексаном ("гекса" - шість), з сімома атомами - гептаном ("гептил" - сім) , з вісьмома атомами - октані ("октановим" - вісім). У всіх перерахованих вуглеводнів атоми вуглецю зв'язані між собою прямий ланцюжком.
Вуглеводні в міру подовження прямий ланцюжка атомів вуглецю в їх молекулах сильно змінюють свої властивості. Так, наприклад, вуглеводні, містять в молекулах понад чотирьох атомів вуглецю, являють собою не гази, а рідини, серед яких речовини з числом атомів вуглецю, переважаючим 12-15, відомі як змащувальні масла, речовини з 16-17 атомами вуглецю - вазеліни. Більш довгі ланцюжки вже являють собою тверді речовини: парафін, віск та ін
Крім вуглеводнів з простими ланцюгами зустрічаються вуглеводні з розгалуженими ланцюгами. Будова їх молекул інше. Від характеру будови молекул сильно залежать фізико-хімічні властивості вуглеводнів.
Речовини, які мають однаковий хімічний склад і однакову молекулярну вагу, але різну будову молекул і володіють тому різними властивостями, отримали в хімії назву ізомерів.
Крім вуглеводнів з відкритими ланцюгами (прямими і розгалуженими) існують і вуглеводні із замкнутими або, як їх називають, циклічними ланцюгами, які мають вигляд кільця або шестикутника. До них, наприклад, відносяться бензол, толуол, ксилол.
Вуглеводні з циклічними ланцюгами за своїми фізико-хімічними властивостями значно відрізняються від вуглеводнів з прямими і розгалуженими ланцюгами. Так, наприклад, перші значно перевершують останніх своєю стійкістю і менш схильні до реакції окислення, мають переваги перед ними і по детонаційної стійкості.
Складові компоненти бензинів
Вуглеводні, що входять до складу бензинів, у залежності від структури діляться в основному на чотири групи: парафіни, олефіни, нафтени й ароматики.
Вуглеводні, у яких атоми вуглецю з'єднані у вигляді прямої ланцюжка або ланцюжка з розгалуженням, називаються парафинами (алканами). Парафіни є граничними вуглеводнями, тому мають досить слабкою схильністю до взаємодії з іншими речовинами, тобто при звичайній температурі вони не окислюються і не піддаються дії лугів. Вони входять до складу авіаційних і автомобільних бензинів у кількості від 25 до 60%.
До парафін відносяться також їх ізомери, що носять назву изопарафинов (ізооктан, ізопентан, n-гексан). За своїми фізико-хімічними властивостями ізопарафінов мало відрізняються від парафінів нормальної будови, але за характером згоряння в бензинових двигунах вони відрізняються дуже сильно. Ізопарафінов мають більш високими антидетонаційними властивостями і тому часто застосовуються як високооктанові компоненти палив. Парафіни під дією високих температур і тисків легко розпадаються і окислюються в присутності повітря, утворюючи пероксиди (перекису), що сприяють детонації палива. Ізопарафінов більш стійкі; вони дуже повільно розпадаються і згоряють, не встигнувши утворити пероксиди, тим самим затримуючи розкладання парафінів нормальної будови. Це особливо важливо при роботі двигуна на бідних сумішах, коли є надлишок кисню.
Деяким недоліком парафінових вуглеводнів є те, що вони мають порівняно поганими низькотемпературними властивостями, тому із збільшенням вмісту цих вуглеводнів в паливі підвищується його температура застигання.
Неграничні вуглеводні, що містять одну подвійну зв'язок С = С, отримали назву олефінів (алкени, Етиленові вуглеводні). Вони не розчиняються у воді, але розчинні в спирті. Олефіни здатні приєднувати атоми водню і деяких інших елементів, перетворюючи подвійні зв'язки в одиночні і переходячи в парафіни. Вони легко окислюються, утворюючи оксиди і смоли. У сирої нафти неграничні вуглеводні майже не зустрічаються, оскільки володіють високою хімічною активністю. Вони утворюються зазвичай при вторинній переробці (крекінгу) нафти.
Вуглеводні, у яких атоми вуглецю з'єднані один з іншим однієї замкнутої зв'язком у вигляді кільця, називаються нафтенами (Циклоалкани). Нафтенові вуглеводні входять в авіаційні та автомобільні бензини прямої гонки приблизно в такій же кількості, як і парафінові. Антидетонаційні властивості нафтенових вуглеводнів нижче ізопарафінових, але вище нормальних парафінових. Їх октанові числа досягають 70-78 і більше одиниць. Вони важко окисляються. Прикладом такого з'єднання може служити циклогексан С6Н12. Існують також системи з двох або кількох нафтенових циклів, сполучених між собою спільними вуглецевими атомами або простими зв'язками, - полінафтени.
Вуглеводні, у яких молекула складається з бензольного кільця, тобто з шести атомів вуглецю, з'єднаних між собою одинарними і подвійними зв'язками, називаються Ароматика (арени) - це назва їм присвоєно за їх пахучі властивості. До числа ароматики відносяться бензол С6H6 і його похідні (піробензол, авіабензол), толуол, ксилол та ін
Ароматичні вуглеводні володіють високими антидетонаційними властивостями і тому застосовуються в якості високооктанових компонентів бензинів.
У бензинах прямої гонки, які в основному складаються з парафінів і нафтенів, ароматичних вуглеводнів міститься не більше 10%, і їх вплив незначний. Додавання ж в ці бензини надмірних кількостей різних ароматичних сполук негативно позначається на їх фізико-хімічних та експлуатаційних властивостях. Підвищується в'язкість і температура застигання бензинів, знижується їх випаровуваність, яка погіршує пускові властивості, збільшується гігроскопічність, токсичність (отруйність), схильність до нагароутворення і самозаймання.
Найменшою детонаційної стійкістю володіють нормальні парафінові вуглеводні, найбільшою - ароматичні. Решта вуглеводні, що входять до складу бензинів, займають проміжне положення. Варіюючи вуглеводневим складом, отримують бензини з різною детонаційної стійкістю, яка і оцінюється октановим числом.
Нафтопереробка
Промислове виробництво палив складається з наступних основних етапів: підготовчий (знесолення і обезводнення), первинна переробка нафти, вторинна переробка нафти і процеси змішування (компаундування).
Первинна переробка (пряма перегонка) - розділення нафти на окремі фракції по температурах кипіння.
Сенс цього процесу досить простий. Як і всі інші сполуки, будь рідкий вуглеводень нафти має свою температуру кипіння, тобто температуру, вище якої він випаровується. Температура кипіння зростає в міру збільшення числа атомів вуглецю в молекулі. Наприклад, бензол С6Н6 кипить при 80,1 ° С, а толуол С6Н5-СН3 при 110,6 ° С). І навпаки, якщо пари бензолу охолодити нижче температури кипіння, він знову перетвориться на рідину.
Розрізняють два способи перегонки нафти. Більш старий з цих способів заснований на принципі фракціонованого випару: нафту піддають поступово зростаючому нагріванню, під час якого з неї послідовно отгоняются спочатку легкокіпящіе бензин, лігроїн, а потім все більш важкі фракції - гасові, дизельні та мазут. Вище 350 ° С температуру не піднімають, так як в залишених вуглеводнях містяться нестабільні сполуки, які при нагріванні осмоляют нафту, розкладаються до вуглецю і здатні закоксовавшіеся, забити смолою всю апаратуру.
Другий спосіб перегонки нафти заснований на принципі фракційної конденсації: нафта піддається швидкому нагріву до температури кипіння найбільш важких фракцій, а потім конденсується в ректифікаційних колонах.
Після перегонки бензин піддається стабілізації (випаровування легких вуглеводнів С3 - C5) і очищенню від неграничних, сірчистих і кисневих сполук.
Пряма перегонка дозволяє отримати невелику частину (10-25%) бензинових фракцій, в основному невисокої якості. Прямогонного бензину мають, як правило, дуже низька ОЧ (не більше 60). Для збільшення виходу палива і поліпшення його якості (наприклад, підвищення детонаційної стійкості) використовують деструктивні процеси.
Вторинна переробка (деструктив-ні процеси від лат. Destructio - наруше-ня, руйнування структури) змінює хі-чес-кий склад і структуру вуглеводнів.
Основним методом є крекінг (від англ. Cracking - розщеплення), головна реакція якого - розщеплення великих молекул на більш дрібні: під дією високих температур без каталізатора - термічний крекінг, в присутності каталізатора - каталітичний крекінг, каталізатора та водню - гідрокрекінг. Ці процеси дозволяють збільшити вихід бензинових фракцій з нафти до 60%.
Для одержання високооктанових компонентів товарних бензинів використовують процеси каталітичного риформінгу (одержання ароматичних компонентів), алкілування (одержання алкілат), ізомеризації (одержання ізомерів), піроліз (термічне розщеплення і ізо-мерізація). Для видалення сірки з палив застосовується гидроочистка.
У порівнянні з прямою перегонкою всі процеси вторинної переробки складні в технологічному відношенні і дорогі, проте дозволяють істотно збільшити вихід товарних палив і поліпшити їх якість.
Вуглеводневий склад бензинових фракцій різних процесів переробки нафти показаний в таблиці 1.
Вуглеводневий склад бензинових фракцій різних процесів переробки нафти
Базовим компонентом для вироблення автомобільних бензинів є звичайно бензини каталітичного риформінгу або каталітичного крекінгу. Бензини каталітичного риформінгу характеризуються низьким вмістом сірки, в їх складі практично відсутні олефіни, тому вони високостабільних при зберіганні. Однак підвищений вміст в них ароматичних вуглеводнів з екологічної точки зору є лімітуючим фактором. До їх недоліків також належить нерівномірність розподілу детонаційної стійкості по фракціях. У складі бензинового фонду Росії частка компонента каталітичного риформінгу перевищує 50%.
Бензини каталітичного крекінгу характеризуються низькою масовою часткою сірки, октанове число по дослідницькому методу 90-93 одиниці. Вміст у них ароматичних вуглеводнів становить 30-40%, олефінових - 25-35%. Вони володіють відносно високою хімічною стабільністю (індукційний період 800-900 хв). У порівнянні з бензинами каталітичного риформінгу для бензинів каталітичного крекінгу характерно більш рівномірний розподіл детонаційної стійкості по фракціях. Тому в якості бази для виробництва автомобільних бензинів використовується суміш компонентів каталітичного риформінгу і каталітичного крекінгу.
Бензини таких термічних процесів, як крекінг, уповільнене коксування, мають низьку детонаційну стійкість і хімічну стабільність, високий вміст сірки і використовуються тільки для отримання низькооктанових бензинів в обмежених кількостях.
При виробництві високооктанових бензинів використовуються алкілбензін, ізооктан, ізопентан і толуол.
Підвищення детонаційної стійкості бензинів
Один з напрямків розширення виробництва високооктанових неетилованих бензинів - застосування кисневмісних компонентів (оксігенантов). До них відносяться спирти, ефіри та їх суміші. Додавання оксигенатів підвищує детонаційну стійкість, особливо легких фракцій, повноту згоряння бензину, знижує витрату палива і зменшує токсичність вихлопних газів. Рекомендована концентрація оксигенатів в бензинах становить 3-15% і вибирається з таким розрахунком, щоб вміст кисню в паливі не перевищувало 2,7%. Встановлено, що таку кількість оксигенатів, незважаючи на їх більш низьку в порівнянні з бензином теплотворну здатність, не робить негативного впливу на потужності характеристики двигунів.
Метилтретбутиловий ефір (МТБЕ) - вважається найбільш перспективним компонентом. На підставі позитивних результатів державних випробувань в Росії дозволено виробництво і застосування автобензинів з вмістом МТБЕ до 15%. Обмеження встановлено через відносно низьку теплоти згорання і високої агресивності по відношенню до гум. Дорожні випробування показали, що неетилированні бензини з 7-8% МТБЕ при всіх швидкостях руху перевершують товарні бензини. МТБЕ - безбарвна прозора рідина з різким запахом. Температура кипіння 48-55 ° С, щільність - 740-750 кг/м3, октанове число по дослідницькому методу 115-135.
Перші дослідні партії МТБЕ з'явилися в Італії в 1973 році, а сьогодні виробництво МТБЕ обчислюється в світі десятками мільйонів тонн.
Серед інших ефірів у якості компонентів до автомобільного бензину розглядаються: етілтретбутіловий ефір (ЕТБЕ), третамілметіловий ефір (ТАМЕ), прості метилові ефіри, одержані з олефінів С6-С7. Серед спиртів: метиловий спирт, етиловий спирт, вторинний бутиловий спирт (ВБС) і третбутіловий спирт (ТБС).
Бензини АІ-95 і АІ-98 зазвичай отримують з додаванням кисневмісних компонентів: метилтретбутилового ефіру (МТБЕ) або його суміші з третбутіловим спиртом (ТБС), що отримала назву фетерол - торгова назва "Октан-115".
Недолік всіх цих компонентів полягає в тому, що в жарку погоду ефір з бензину випаровується, що викликає зменшення октанового числа бензину.
Найбільш часто октанове число підвищують, вводячи в бензин антидетонатори - речовини, що додаються в паливо в невеликій кількості для підвищення детонаційної стійкості.
Дія антидетонаційній присадки засноване на уповільненні процесу утворення гідроперекисів і перекисів і / або їх розщеплення.
Антидетонатори на основі сполук свинцю. В якості антидетонатора до недавнього часу в основному використовувався тетраетилсвинець (ТЕС) - Pb (C2H5) 4 - густа безбарвна отруйна рідина, щільність - 1659 кг/м3, температура кипіння - 200 ° С, легко розчиняється в нафто-продуктах і не розчиняється у воді . ТЕС гальмує утворення перекисних сполук у паливі, що зменшує можливість виникнення детонації. Антидетонаційна здатність ТЕС відкрита в 1921 р., а з 1923 р. почалося масове промислове виробництво цієї присадки.
Застосовувати тетраетилсвинець в чистому вигляді не можна, тому що утворюється металевий свинець осідає у вигляді нагару на стінках циліндра, поршня і викликає відмова двигуна. У зв'язку з цим ТЕС додають в бензин у суміші з виносітелямі свинцю, створюючими з ним при згорянні летючі речовини, які видаляються з двигуна разом з відпрацьованими газами. В якості виносітелей застосовують речовини, що містять бром або хлор. Суміш ТЕС і виносітеля, яка застосовується як антидетонатор, називається етилової рідиною, а бензини - етилованого. Етилований бензин дуже отруйний і вимагає підвищених заходів безпеки.
Етилування виявилося досить ефективним методом боротьби з детонацією. Добавка буквально часток відсотка етилової рідини в бензин дозволяє збільшити його октанове число на 5-10 пунктів. Найбільш ефективно додавання ТЕС до 0,50-0,80 г на 1 кг бензину. При більш високій концентрації значно підвищується токсичність, а детонаційна стійкість зростає незначно. Збільшення вмісту ТЕС може призводити до зниження надійності роботи двигуна через накопичення свинцю в камері згоряння, а також ускладнює роботу обслуговуючого персоналу при проведенні ТО і ремонту двигунів (підвищена токсичність). ТЕС дуже отруйний, може проникати в кров людини через пори шкіри і поступово накопичуватися, а також потрапляти в організм через дихальні шляхи, викликаючи важкі захворювання. Навіть невеликі дози ТЕС у їжі викликають смертельні отруєння. Свинцеві сполуки, що віддаляються з двигуна з вихлопними газами, осідають на грунті та придорожньої рослинності. Навіть в шерсті міських собак вміст свинцю підвищений.
Якщо у паливі міститься сірка, то ефективність ТЕС різко знижується, тому що утворюється сірчистий свинець, що перешкоджає розкладанню перекисів.
При зберіганні етилований бензинів їх детонаційна стійкість знижується внаслідок розкладання ТЕС. Цей процес прискорюється при наявності в паливі води, опадів, смол, зберіганні при підвищеній температурі і пр.
Антидетонатори на основі ТЕС в Російській Федерації заборонені, т. к. ГОСТ Р 51105-97 передбачає випуск тільки неетилованих бензинів.
Антидетонатори на основі сполук марганцю. Тривалий час ведуться роботи з вишукування неотруйних ефективних антидетонаторов. Найбільш ефективні марганцеві антидетонатори:
- Циклопентадиенилтрикарбонилмарганец С5Н5Мn (СО) 3 - ЦТМ - кристалічний жовтий порошок.
- Метилциклопентадиэтилтрикарбонилмарганец СН3С5Н4Mn (СО) 3 - МЦТМ - це з'єднання являє собою прозору малов'язкі рідини світло-бурштинового кольору з трав'янистим запахом, температурою кипіння 233 ° С, густиною 1,3884 г/см3 і температурою застигання 1,5 ° С. МЦТМ добре розчинний у бензині і практично не розчиняється у воді.
Обидва антидетонатора мають приблизно однакову ефективність і мало відрізняються за експлуатаційними властивостями.
Ефективність марганцевих антидетонаторов приблизно однакова зі свинцевими антидетонаторами (при рівному вмісті присадок) і перевершує їх при рівній концентрації металів (Pb і Mn). При цьому марганцеві антидетонатори в 300 разів менш токсичні, ніж ТЕС. При низьких температурах з бензинових розчинів не випадають. Марганецсодержащих присадки розкладаються на світлі з втратою антидетонаційних властивостей.
Дослідження антидетонаційній ефективності МЦТМ на двигунах в стендових і експлуатаційних умовах показали значно більшу ефективність цього антидетонатора, що можна було припускати за результатами визначення октанового числа дослідним і особливо моторним методами.
Незважаючи на високу ефективність марганцевих антидетонаторов, застосування їх обмежене через шкідливого впливу на екологію і ресурс двигуна.
Антидетонатори на основі сполуки заліза. Велика кількість автомобільних бензинів проводиться з використанням залізовмісних присадок.
В даний час в якості антидетонаторов досліджені пентакарбоніл заліза (ПКЖ), діізобутіленовий комплекс пентакарбоніл заліза (ДІБ-ПКЖ) і діціклопентадіенілжелезо (фероцен).
Антидетонаційна ефективність пентакарбоніл заліза Fе (СО) 5 була виявлена в 1924 р. Це світло-жовта рідина з характерним запахом: щільність 1457 кг/м3; температура кипіння 102,2 ° С; температура плавлення 20 ° С. Застосовувався як антидетонатора в 30-ті роки в Німеччині в концентрації 2-2,5 мл / кг. Однак після певного часу використання пентакарбоніл заліза як антидетонатора було припинено: при його згорянні утворювалися оксиди заліза, що порушують роботу свічок запалювання; одночасно збільшувався знос стінок циліндра двигуна і поршневих кілець. При додаванні пентакарбоніл заліза до палива приріст октанового числа нижче, ніж при використанні етилової рідини, на 15-20%. До інших недоліків пентакарбоніл заліза слід віднести його схильність до швидкого розкладання під дією світла до нерозчинного нонкарбоніла заліза Fe (CO) 9.
Діізобутіленовий комплекс пента-кар-бо-нила залоза має формулу [Fe (СО) 5] 3 [С8Н16] 5 (співвідношення пентакарбоніл і діізобутілена одно 3:5). Це рідина (щільність 955 кг/м3; температура кипіння 27-32 ° С), добре розчинна в органічних розчинниках. За антидетонаційній ефективності комплекс близький до пентакарбонілу заліза.
Фероцен - легкозаймистий кри-з-левих порошок оранжевого коль-та (температура плавлення 174 ° С; кипіння 249 ° С; розкладання 474 ° С; зміст желе-за 30%), розроблений як каталізатор про-процесу згоряння, повністю розчинний у бензині . Антидетонаційна ефективність фероцену вище, ніж ДІБ-ПКЖ та ПКЖ.
Фероцен і його похідні отримали допуск до застосування у складі бензинів всіх марок в концентрації, що відповідає змісту заліза, не більше 37 мг / л.
Основними причинами обмеження концентрації є:
- Утворення при згорянні оксидів заліза, які відкладаються в камері згоряння у вигляді нагару, знижують працездатність свічок запалювання, накопичуються в маслі і на тертьових поверхнях, викликаючи підвищений знос деталей двигуна;
- Підвищення схильності бензину до смолоутворення і окисленню.
При концентрації (у перерахунку на залізо) до 37 мг Fе / л (близько 180 г / тонну бензину) ці впливи зменшуються до рівня, спостережуваного при застосуванні товарних бензинів, тобто при таких концентраціях практично не позначаються на зносі двигуна.
Антидетонатори на основі сполук аміну. Ароматичні аміни (похідні аніліну) в техніці відомі давно, оскільки багато з них становлять пальне для ракетних палив.
Анілін (С6Н5NH2) - безбарвна масляниста рідина з температурою кипіння 184 ° С і температурою плавлення -6 ° С. Анілін отруйний, обмежено розчиняється в бензинах, під дією повітря окислюється і темніє. Суміші бензину з аніліном та іншими амінами при низьких температурах схильні до розшарування. Анілін в чистому вигляді як антидетонаційна присадка до бензинів не використовується.
Ароматичні аміни володіють високим антидетонаційних ефектом, але до застосування допущений тільки монометіл-анілін або N-анілін (С6Н5NНСH3). Це масляниста прозора рідина жовтого кольору з щільністю 980 кг/м3, розчинна у бензинах, спиртах, ефірах. Має високі антидетонаційні, антиокислювальні, стабілізуючі і антикорозійні властивості. Октанове число по дослідницькому методу - 280.
Недоліком ароматичних амінів є підвищена схильність до смолоутворення і збільшення зносу деталей циліндро-поршневої групи.
Концентрації майже всіх антидетонаторов в бензинах з різних причин обмежені, і, отже, обмежений максимальний приріст ОЧ. Крім того, залежність підвищення ОЧ від концентрації антидетонатора нелінійна, і для кожної присадки мається максимальна концентрація, збільшувати яку немає сенсу.
| Тип добавки или присадки | Ограничение концентрации | Причина ограничения | Макс.прирост ОЧ |
| Оксигенаты | 15% | Относительно низкая теплота сгорания и вы-со-кая агрессивность по отношению к резинам | 4-6 |
| Свинец-содержащие | 0,17 г Pb/л | Высокий уровень токсичности и нагарообразования в камере сгорания | 8 |
| Марганец-содержащие | 50 мг Mn/л | Повышенный износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания | 5-6 |
| Железо-содержащие | 38 мг Fe/л | Повышенный износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания | 3-4 |
| Ароматические амины | 1-1,3% | Осмоление деталей двигателя и топливной системы. Увеличение износа деталей ЦПГ | 6 |
Використання суміші присадок дозволяє або підсумувати антидетонаційні ефекти (0), або використовувати синергізм дії (+) присадок різних типів (взаємне посилення ефективності). У деяких випадках, однак, спостерігається несумісність (-) присадок: сумарний антидетонаційних ефект виявляється менше очікуваного (таблиця 4).
Таблица 4. Використання суміші присадок
Свинець Залізо Марганець Аміни оксигенатів
Свинець - - + +
Залізо - - + -
Марганець - - + 0
Аміни + + + +
Оксигенатів + - 0 +
На базі вищевказаних антидетонаторов створюються присадки в різних концентраціях і композиціях, які виробляються на підставі ТУ і допускаються до застосування Міжвідомчою комісією після проведення відповідних випробувань (таблиця 5).
Таблиця 5. Перелік допущених присадок
Найменування Склад Концентрація Приріст ОЧ
Hitec-3000 МЦТМ і стабілізатор до 50 мг Mn / л 6
АвтоВЕМ марка А ММА і Автомаг 5% 4
марка Б
ТУ 38.401-58-185-97 ММА, Автомаг і Hitec-3000 5% 8
БВД
ТУ 38.401-58-228-99 ММА, МТБЕ Автомаг 2,5% 2
ФеррАДА
марка А
ММА і Автомаг
1,3%
4
марка Б
ТУ 38.401-58-186-97 ММА, Автомаг і ФК-4 або Ферозіт 1,3% 7
АПК
марка АПКл
алкілпроізводная фероцену
0,3%
5
марка АПКз
ТУ 38.401-58-189-97 АПКл в розчиннику 0,3% 3
Ферозіт
марка А
1,1-діетілферроцен і Агідол
0,025%
7
марка Б
ТУ 38.401-58-83-94 1,1-діетілферроцен і Агідол 0,02% 8
Октан-Максимум
марка А
фероцен
1%
10
марка Б фероцен 10% 8
марка В
ТУ 6-00-05808008-002-96 фероцен 0,02% 6
ФК-4
ТУ 38.30127-12-94 діметілферроценілкарбінол 0,001% 5
АДА
ТУ 38.401-58-61-93 ММА і Агідол 1,5% 6
МАФ
ТУ 38.401-58-217-98 ММА, МТБЕ і ФК-4 3,5% 5
Фетерол
марка А
МТБЕ і ТБС
марка Б МТБЕ і ТБС 15% 5-6
марка В МТБЕ, ТБС і Mn 0,12% 6,5
марка Г МТБЕ, ТБС і Mn 0,3% 12
марка Д
ТУ 2421-009-04749189-95 МТБЕ, ТБС і Mn 0,9% 8
МТБЕ
ТУ 103704-90 МТБЕ 15% 5-7
ДАКС
ТУ 0251-003-02066612-96 АДА і аліфатичні спирти 5% 10
ДАКС-2
ТУ 0251-005-02066612-96 ДАКС і прямогонний бензин 5% 6
ВОКЕ
ТУ 38.401-58-224-99 5%
ММА
ТУ 2471-269-00204168-95 монометіланіліну (N-метіланілін) 1,3% 6
АДМ-6
марка А
ЦМТ, фероцен, ММА
0,27%
8
марка В ЦМТ, фероцен, ММА 5,27% 16
марка В1 ЦМТ, фероцен, ММА 5,16% 13
марка В2 ЦМТ, фероцен, ММА 5,23% 15
марка Н1 ЦМТ, фероцен, ММА 3,27% 13,5
марка Н2 ЦМТ, фероцен, ММА 1,89% 10,5
марка Н3
ТУ 0257-001-23525099-96 ЦМТ, фероцен, ММА 1,08% 9
Мінім
марка А
аліфатичні спирти, ММА, нітробензол, фероцен
11%
14
марка Б
ТУ 0257-001-52190168-2001 8% 3
СОА
ТУ 0257-309-05808008-98 фероцен, толуол 0,3% 2
Екстраліну
ТУ 6.571-86 анілін, N-метіланілін, діметіланіліном 1,3% 4
Ксілідін
Продукт КВ-мотор
ТУ 0251-002-18419946-99 фероцен 0,25% 6
БТ
ТУ 0257-002-50897159-2001 аліфатичні спирти, ММА, ЦМТ 2% 14
Автомаг
ТУ 38.401-58-171-96 миюча присадка
Агідол
ТУ 38.5901237-90 антиокислювач
Приріст октанового числа вказаний для еталонної суміші ізооктану і n-гептану в співвідношенні 70:30.
Збільшення попиту на високооктановий бензин, заборона на етилований бен-зин, вигідність і доступність модиф-каціі бензинів постійно розширює асортимент бензинів та їх виробників.
Необхідність виробництва бензинів з антидетонаційними присадками за технічними умовами диктується тим, що всі присадки і добавки можуть вводитися в строго певних концентраціях. Для контролю вмісту цих компонентів в технічних умовах передбачаються спеціальні показники і вводяться додаткові методики контролю. ТУ не можуть суперечити ГОСТу, а лише обумовлюють додаткові вимоги до якості.
Вимоги російських стандартів до якості бензинів
Автомобільні бензини включені в номенклатуру продукції, що підлягає обов'язковій сертифікації. Нормативну базу підтвердження відповідності при обов'язковій сертифікації в системі ГОСТ Р складають стандарти.
На автомобільні бензини, обов'язкова сертифікація яких проводиться з 1993 р., поширювалися ГОСТ 2084-77 "Бензини автомобільні. Технічні умови" та ГОСТ Р 51105-97 "Палива для дви-гунів внутрішнього згоряння. Неетильованого бензину. Технічні умови".
У той же час випускалося багато марок автомобільних бензинів за окремими технічними умовами, обов'язкова сертифікація яких раніше не проводилася у зв'язку з відсутністю нормативної бази.
З введенням в дію з 1 липня 2000 р. ГОСТ Р 51313-99 "Бензини автомобільні. Загальні технічні вимоги" обов'язковій сертифікації на відповідність підлягають автомобільні бензини, що випускаються за всіма видами документації.
З 1 липня 2003 р. скасовано ГОСТ 2084-77, завдяки чому ГОСТ Р 51105-97 став обов'язковим. Це зміна підвищило вимоги до якості палива, скоротило номенклатуру бензинів і заборонило випуск етилований бензинів на території всієї країни.
ГОСТ Р 51105-97 розроблений Комітетом по стандартизації ТК 31 "Нафтові палива та мастильні матеріали (ВНДІ НП)", прийнятий і введений в дію постановою Держстандарту Росії від 9 грудня 1997 р. № 404. Цей стандарт розроблений з урахуванням рекомендацій європейського стандарту EN 228-1993 "Палива для двигунів внутрішнього згоряння. Неетильованого бензину. Вимоги та методи випробувань". Згідно з ним проводять чотири сорти палива - "Нормаль-80", "Регуляр-92", "Преміум-95" і "Супер-98".
Цей стандарт поширюється на неетилированні бензини для автомобільного транспорту, що застосовуються в якості палива для автомобільних та мотоциклетних двигунів, а також двигунів іншого призначення, розрахованих на використання етилованого і неетильованого бензину.
Автомобільні бензини повинні виготовлятися відповідно до вимог даного стандарту за технологічною документацією, затвердженою в установленому порядку.
При виробництві автомобільних бензинів допускається застосовувати кисневмісні компоненти, інші високооктанові добавки, а також антиокислювальні і миючі присадки, що поліпшують екологічні показники бензинів і допущені до застосування.
За фізико-хімічними та експлуатаційними показниками автомобільні бензини повинні відповідати нормам і вимогам, зазначеним у таблиці 6.
Таблиця 6. Норми і вимоги до фізико-хімічних і експлуатаційним показникам автомобільних бензинів
Найменування показника Нормаль-80 Р егуляр-92 Преміум-95 Супер-98
1. Октанове число, не менше:
- За моторним методом 76, 0 83,0 85,0 88,0
- По дослідницькому методу 80,0 92,0 95,0 98,0
2. Концентрація свинцю, г/дм3, не більше 0,010
3. Концентрація марганцю, г/дм3, не більше 50 ---
4. Концентрація фактичних смол, мг/100 см3, не більше 5,0
5. Індукційний період бензину, хв, не менше 360
6. Масова частка сірки,%, не більше 0,05
7. Об'ємна частка бензолу,%, не більше 5
8. Випробування на мідній пластині Витримує, клас 1
9. Зовнішній вигляд Чистий, прозорий
10. Щільність при 150С, кг/м3 700-750 725-780 725-780 725-780
Примітки:
1. Вміст марганцю визначають тільки для бензинів, що містять марганцевий антидетонатор (МЦТМ).
2. Автомобільні бензини, призначені для тривалого зберігання (5 років) в Держрезерві і Міністерстві оборони, повинні мати індукційний період не менше 1200 хв.
За даним ГОСТу кожна марка бензину ділиться по випаровуваності на п'ять класів в залежності від кліматичного району країни:
для району I з 1 квітня по 1 жовтня;
для районів II і III з 1 квітня по 1 жовтня;
для районів IV і V з 1 квітня по 1 жовтня і для району I з 1 жовтня по 1 квітня;
для районів II і III з 1 жовтня по 1 квітня;
для районів IV і V з 1 жовтня по 1 квітня.
Умовно прийнятий район I характеризується теплим кліматом з м'якою зимою. У Росії це узбережжі Чорного моря, Північний Кавказ, Калмикія і т. д.
Район II характеризується помірно-холодним кліматом (базовий розрахунок на Західний Сибір).
Район III характеризується помірним клі-матом (це центральні області країни).
Район IV - з дуже холодним кліматом (Якутськ, Оймякон та інші).
Район V - з холодним кліматом (наприклад Салехард).
Основні відмінності від попереднього ГОСТу:
Заборонено використання тетраетилсвинцю при виробництві автомобільного бензину.
З метою прискорення переходу на виробництво неетилованих бензинів взамін етилової рідини дозволяється використання марганцевого антидетонатора в концентрації не більше 50 мг Мn/дм3 для марки "Нормаль-80".
У відповідності з європейськими вимогами щодо обмеження вмісту бензолу введений показник "об'ємна частка бензолу" - не більше 5%.
Встановлена норма по показнику "щільність при 15 ° С".
Ужесточена норма на масову частку сірки - до 0,05%.
Для забезпечення нормальної експлуатації автомобілів та раціонального використання бензинів введено п'ять класів випаровуваності для застосування в різних кліматичних районах.
Поряд з визначенням температури перегонки бензину при заданому обсязі передбачено визначення обсягу випарувався бензину при заданій температурі 70, 100 і 180 ° С.
Таблиця 7 Деякі показники для бензинів різних класів
Найменування показника Значення для класу
1 2 3 4 5
1. Тиск насичених парів бензину, кПа, ДНП
хв. 35 45 55 60 80
макс. 70 80 90 95 100
2. Фракційний склад:
температура початку перегонки, ° С, не нижче 35 35 не нормується
межі перегонки, ° С, не вище:
10%
75
70
65
60
55
50% 120 115 110 105 100
90% 190 185 180 170 160
кінець кипіння, ° С, не вище 215
частка залишку в колбі,% (за об'ємом) 2
обсяг випарувався бензину,%, при температурі:
70 ° С хв.
10
15
15
15
15
макс. 45 45 47 50 50
100 ° С хв. 35 40 40 40 40
макс. 65 70 70 70 70
180 ° С не менше 85 85 85 85 85
кінець кипіння, ° С, не вище 215
залишок у колбі,% (за об'ємом), не більше 2
3. Індекс випаровуваності, не більше 900 1000 1100 1200 1300
Введений показник "індекс випаровуваності".
Поряд з вітчизняними включені міжнародні стандарти на методи випробувань (ISO, EN, ASTM).
На етапі виробництва бензину проводяться випробування з метою підтвердження відповідності якості нормативної документації і видається паспорт, супроводжуючий бензин аж до бензоколонки.
У паспорті вказуються значення нормативні та фактичні, властиві даної партії.
Комментариев нет:
Отправить комментарий