2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Октановое число бензина

Октановое число бензина

Тот бензин, что получается сразу после процессов нефтеперегонки, всегда имеет низкое октановое число, около 35 и этих параметров недостаточно для того, чтобы мотор заводился и работал исправно. Требуется получить марки высокооктановых бензинов, и для этого применяются методы высокотемпературной обработки (крекинга), риформинга, введение в «полуфабрикат» – сырой бензин – специальных присадок на установках компаундирования. Со стороны физико-химических процессов задача увеличения октанового числа решается на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Но мериться размерами октанового числа не прочь и автовладельцы: это любимая тема для обсуждения, причина споров о качестве бензина, происхождений мифов и заблуждений. На что же на практике влияет октановое число бензина и что это, если обойтись без сложных формул и научных разъяснений?

Октановое число – просто о важном

Детонация, изооктан и гептан

Значения ГОСТ для октановых чисел бензина

Исследовательский метод замера октановых чисел

Моторный тест для определения октанового числа

Бытовые приборы, измеряющие октановое число

Когда нужно повышать октановое число – мифы и заблуждения

Увеличение октанового числа на этапе производства

Магазинные присадки в бензобак для повышения октанового числа

Октановое число – просто о важном

Если коротко, любые бензины, поступая в камеру сгорания двигателя, способны сжиматься такого предела, чтобы начался процесс управляемого самовоспламенения – так работает свечное зажигание. Но до каких именно пределов могут сжиматься бензины, чтобы не сработало самопроизвольное воспламенение и последующая опасная детонация? Именно способность бензина сопротивляться нежелательной детонации и измеряется октановым числом. Параметр является важной составляющей безопасности для работы моторов, поскольку любая неконтролируемая, возникающая произвольно детонация является причиной оплавления, разрушения узлов мотора.

Название такого показателя антидетонационной устойчивости бензинов возникло, конечно же, не просто так, в расчёте участвуют такие химические соединения, как n-гептан и изооктан. Вещества обладают противоположными характеристиками относительно устойчивости к детонации, а их соотношение в итоге и показывает что такое октановое число.

Детонация, изооктан и гептан

Это три основных параметра в системе расчёта октановых чисел. Если детонация – это неконтролируемый самопроизвольный взрыв, физико-механический процесс, то изооктан и n-гептан – химические соединения, являющиеся эталонами по отношению к взрывам.

Изооктан – вещество с максимальной устойчивостью к сжатию, такое соединение способно выдержать нагрузки, превышающие те, что характерны для двигателей, работающих на бензине.

N-гептан – смесь, не выдерживающая даже минимальной нагрузки сжатия.

Октановое число – это пропорция, демонстрирующая, как поведёт себя та или иная марка бензина, будь на её месте смесь изооктана и n-гептана. Цифра в наименовании топлива указывает, сколько изооктана потребовалось бы для корректной работы мотора.

Бензин АИ-95 – это расчёт антидетонационной устойчивости, аналогичный смеси из 95 единиц изооктана и 5 единиц n-гептана. Чем выше цифра в октановом числе, тем меньше нужно опасаться за взрывоопасность такого горючего в камере сгорания.

Значения ГОСТ для октановых чисел бензина

Существует два основных документа, в каждом из которых установлены минимальные значения октановых чисел для автомобильных марок бензинов. На территории РФ хождение имеет топливо четырёх марок:

Нормаль-80, Регуляр-92 – октановое число установлено в ГОСТ Р 51105-97

Высокооктановые Премиум-95 и Супер-98 – для каждого из этих видов горючего октановое число прописано в ГОСТ Р 51866-2002

Также общие характеристики для автомобильных топлив указаны в ТУ 0251-001-12150839-2015. И каждый из документов описывает свойства только неэтилированных видов бензина, поскольку предшественник современного горючего, этилированный состав, запрещен почти во всех странах мира, включая Россию. Решение было принято в 2003 году из-за высочайшей токсичности этилированного бензина для человека и огромного вреда для экологии.

Конечно, стоит упомянуть и новые сорта бензинов – ЭКТО-100, также продаётся под наименованиями АИ-100, Ultimate 100 или Pulsar 100, а также гоночные (спортивные) смеси, в которых октановое число заявлено не менее 100, 102 и даже 105 ед. Но пока ни один ГОСТ характеристики таких марок не описывает.

В регламентах ГОСТ и ТУ к одному и тому же бензину всегда указывается два числа устойчивости к детонации, и оба верны, хотя и получены в разных условиях тестирования топливно-воздушных смесей. Речь идёт о замерах октановых чисел моторным и исследовательским методом.

Исследовательский метод замера октановых чисел

Именно этот способ определения антидетонационного числа отражён в маркировке на АЗС – АИ-80 / 92 / 95 / 98. Цифры получены, исходя из тестов на профессиональных установках, настроенных на определенные параметры работы двигателя. Исследовательский метод проводится с имитацией нагрузок на мотор и, соответственно, на бензин, как если бы автомобиль ехал в режиме «город».

Методика тестирования определена в ГОСТ 8226-82 и ГОСТ Р 32339-2013, исследование выполняется на установках УИТ и СFR, имитирующих работу одноцилиндрового четырехтактного двигателя, и такая работа позволяет оценить октановое число от 40 до 120 единиц.

Читайте так же:
Что такое турбированный двигатель

Метод показывает антидетонационные качества топливно-воздушной смеси при работе ДВС на 600 об/мин, при условии t впрыска горючего +52С.

Моторный тест для определения октанового числа

Такие результаты больше необходимы для сертификации нефтепродуктов, а в бытовом применении достаточно показателей по исследовательскому методу. В этом случае, в отличие от первого способа, октановое число бензина выявляется уже при максимальных нагрузках на двигатель: это 900 об/мин и температуре впрыска топлива +149 С.

Тестирование проходит по условиям ГОСТ 511-2015, на тех же установках, имитирующих работу мотора, диапазон замера октановых чисел от нуля до 120 единиц.

Бытовые приборы, измеряющие октановое число

Октанометры – распространённые, но относительно точные устройства, показывающие октановое число жидкости, которая находится в ёмкости, а не рабочих качеств бензинов в камере сгорания. Теоретически, любой подобный аппарат с большой вероятностью покажет погрешность, при этом калибровка таких приборов также является неточной. Но если в функционале предусмотрено определение запрещенных присадок, это можно узнать с помощью октанометров.

Нужно ли повышать октановое число – мифы и заблуждения

Если вы помните из начала обзора, нефть, прошедшая первичный этап переработки, то есть, деления на фракции, уже является бензином, но не тем, который можно заливать в баки автомобилей и даже техники. Поэтому получение высокооктановых марок топлива – задача, в идеале, для производителей, несмотря на соблазн воспользоваться одной из присадок, обещающих повысить октановое число до 5-6 единиц. Такие составы предназначены для заливки в бак и продаются в специализированных магазинах.

А зачем дополнительно повышать октановое число?

Высокая степень сжатия топлива – это большее давление в камере сгорания. Чем выше давление, тем больше потребность в высокооктановом топливе.

Но производитель авто всегда указывает на внутренней стороне крышки люка бензобака минимальный показатель детонационной устойчивости. Это означает, что конструкция двигателя рассчитана на работу именно с бензинами указанного качества. При добавлении октанокорректоров добиться большей экономичности или КПД от мотора точно не получится, поскольку конструкция мотора вряд-ли имеет секретную запасную мощность на случай добавления присадок.

Магазинные присадки в бензобак для повышения октанового числа

Стоит помнить, что присадки, имеющие в составе магний, железо и свинец запрещены регламентом таможенного союза ТР ТС 013/2011, этот же документ предупреждает о нежелательности применения составов с N-метиланилином (монометиланилинов). Лояльность к присадкам для увеличения октановых чисел проявляется надзорными органами, пожалуй, только в отношении продуктов на основе МТБЭ – трет-бутилметиловых эфиров.

Это правило стоит применять не только по отношению к присадкам, повышающим октановое число. Как правило, такие смеси являются мультифункциональными и работают, как антикоррозийные средства, моющие, антигелевые и т.д. Выбирая многофункциональный состав, стоит обратить внимание на его компоненты, даже если придание бензину лучших антидетонационных параметров не является приоритетной задачей.

Увеличение октанового числа на этапе производства

Этот этап неизбежен и регламентирован ГОСТами, но преимущество метода состоит в том, что присадки к бензину добавляются на специальных установках компаундирования. Подобные конструкции позволяют добиться равномерного смешивания разных масс, также допускается введение до 5 составов. Дополнительно производитель проводит тестирование и сертификацию бензинов, что существенно снижает риск заправки некачественным топливом.

Конечно, выбор надёжных, проверенных АЗС, где можно заправиться чистым, качественным бензином, основывается на официальных и негласных, «народных» рейтингах доверия. Напоминаем, что даже если вы находитесь далеко от привычных локаций, для поиска и выбора одного из проверенных вариантов можно пользоваться нашей картой – здесь указаны все рейтинговые автозаправочные станции. Кроме того, все они являются участниками всероссийской программы топливных карт.

Октановое число

Окта́новое число́ — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.

Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца.

Характерный металлический звон при детонации создаётся детонационной волной, многократно отражающейся от стенок цилиндра. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.

Содержание

Испытание топлива

Испытания на детонационную стойкость проводят или на полноразмерном автомобильном двигателе, или на специальных установках с одноцилиндровым двигателем. На полноразмерных двигателях при стендовых испытаниях определяют т. н. фактическое октановое число (ФОЧ), а в дорожных условиях — дорожное октановое число (ДОЧ). На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью, составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511, ГОСТ 8226) совсем другую величину, например 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.

Читайте так же:
Атмосферный двигатель что это такое

Виды октановых чисел: ОЧИ и ОЧМ

Исследовательское октановое число (ОЧИ) определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия, называемой УИТ-65 или УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок.

Моторное октановое число (ОЧМ) определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д.

По крайней мере в 1950-х годах использовалось также октановое число по температурному методу. [1]

Значения октанового числа углеводородов и различных видов топлива

ВеществоОЧМОЧИ
Метан110,0107,5
Пропан100,0105,7
н-бутан91,093,6
Изобутан99,0101,1
н-пентан61,761,7
Изопентан (2-метилбутан)90,392,3
Изогексан (2,2-диметилбутан)93,491,8
2,2,3-Триметилбутан101,0105,0
н-Гептан
Изооктан (2,2,4-триметилпентан)100100
1-Пентен77,190,9
2-Метил-1-бутен81,9101,3
2-Метил-2-бутен84,797,3
Метилциклопентан80,091,3
Циклогексан77,283,0
Бензол111,6113,0
Толуол102,1115,7
Бензины прямой перегонки41-5643-58
Бензины термического крекинга65—7070—75
Бензины каталитического крекинга75—8180—85
Бензины каталитического риформинга77—8683—97
Бензин Н-80((ОЧИ+ОЧМ)/2))76 [t 1]84
Бензин АИ-9283,5 [t 1]92
Полимербензин85100
Алкилат9092
Алкилбензол100107
Этанол100105
Метил-трет-бутиловый эфир117 [t 2]
  1. 12 Ориентировочно, может слегка варьироваться в зависимости от состава конкретных образцов бензина.
  2. Октановое число было определено при смешении с бензином.

Разность между ОЧИ и ОЧМ характеризует чувствительность топлива к режиму работы двигателя.

Распределение октанового числа

Поскольку при эксплуатации полноразмерного двигателя при переменных режимах происходит фракционирование бензина, необходимо раздельно оценивать детонационную стойкость его различных фракций. Октановое число бензина, с учётом его фракционирования в двигателе, получило название «распределение октанового числа» (ОЧР). В связи со сложностью определения октанового числа на двигателях, разработаны методы косвенной оценки детонационной стойкости по физико-химическим показателям и характеристикам низкотемпературной реакции газофазного окисления, имитирующего предпламенные процессы.

Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения, наименьшее октановое число имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Топлива нефтяного происхождения, полученные каталитическим риформингом и крекингом, имеют более высокие октановые числа, чем полученные при прямой перегонке.

Для повышения октанового числа топлив используются высокооктановые компоненты и антидетонационные присадки. Многие из них (например, МТБЭ) испаряются легче, чем бензин, что приводит к интересному эффекту у машин с негерметичным бензобаком — по мере расходования топлива и испарения присадки октановое число бензина, оставшегося в баке, уменьшается на несколько единиц. Это приводит к лёгкому звону при полной мощности мотора (если он не оборудован датчиком детонации). Подавляющее большинство современных инжекторных двигателей имеют датчики детонации, позволяющие использовать любой бензин с октановым числом 91—98, для двигателей с высокой степенью сжатия может быть необходимо использовать бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.

Тесты продукции

Октановое число — один из главных эксплуатационных показателей бензина. Оно характеризует его детонационную стойкость, иначе говоря, способность противостоять самовоспламенению при сжатии в камере сгорания. Чем больше данный параметр, тем выше его «антидетонационные» свойства. Именно поэтому в современных двигателях, рассчитанных на бензин с октановым числом 95, не рекомендуется, а иногда просто запрещается, использовать бензин с меньшим октановым числом. Последнее в значительной мере касается отечественного топлива, качество которого, особенно в регионах, часто оставляет желать лучшего.

Читайте так же:
Что такое опасная зона

Нужны присадки

Для случаев, когда в силу обстоятельств приходится покупать бензин на незнакомой АЗС и есть сомнения в его качестве, специалисты рекомендуют держать в багажнике пару-тройку флакончиков со специальными присадками, так называемыми октанкорректорами. Они позволяют на несколько единиц повысить октановое число заливаемого в бак топлива. Указанные свойства присадок — способность повышать октановое число бензина — мы и решили проверить во время теста, для которого закупили три образца октанкорректоров. Это немецкий Liqui Moly Octane Plus, а также два российских — «Astrohim Октан Плюс» и Lavr Next Octane Plus. В описаниях продуктов указывалось, что прирост октанового числа с их помощью может варьировать от двух до шести единиц.

Выбор метода

Оценка октанкорригирующих присадок, приобретенных для теста, проводилась совместно с порталом www.autoparad.ru в одной из испытательных лабораторий Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. Ее сотрудники пояснили, что согласно действующим ГОСТам оценка октанового числа может производиться одним из двух методов: исследовательским или моторным. Поскольку каждый имитирует вполне определенные условия работы двигателя, октановое число одного и того же бензина, фиксируемое по упомянутым выше методам, будет иметь разные значения (в частности, при исследовательском процентов на десять выше, чем при моторном). В связи с этим для каждой марки бензина ГОСТ устанавливает два значения октанового числа: одно — для моторного метода, второе — для исследовательского. Мы остановились на последнем, так как он, по мнению специалистов, дает более наглядную картину прироста октанового числа при добавлении соответствующих присадок.

Индикаторный прибор «ОКТИС-2» российского производства

Перед началом испытаний тем же самым исследовательским методом было измерено октановое число исходного топлива — бензина прямого перегона (прямогонной бензиновой фракции), получаемого путем дистилляции нефти. Октановое число «прямогонки», по результатам измерений, составило 64,8.

Выбор именно такого горючего был сделан ради чистоты эксперимента, поскольку в прямогонном бензине нет присадок и компонентов, которые применяют при производстве обычного бензина, реализуемого на АЗС. Таким образом мы полностью исключили их возможное влияние на рабочие свойства октанповышающих препаратов.

Тест показал.

На основе прямогонного бензина лаборанты приготовили три образца топлива, в каждый из которых был добавлен определенный октанкорректор в пропорции, рекомендованной производителем.

Результаты испытаний порадовали — октановое число всех образцов (см. таблицу) топлива, «замешанных» на исходном прямогонном бензине, после добавления проверяемых октанкорректоров увеличилось более чем на две единицы. Это означает: если бы мы при эксперименте использовали не прямогонный, а стандартный бензин с октановым числом 92, то, по мнению экспертов, прирост данного показателя вполне мог составить три единицы и более. Иначе говоря, присадки Liqui Moly Octane Plus, «Astrohim Октан Плюс» и Lavr Next Octane Plus соответствуют заявленным показателям. Все перечисленные октанкорректоры могут с успехом применяться для улучшения эксплуатационных параметров бензина, качество которого вызывает сомнения.

Наименование октан-корригирующих присадок и их характеристики

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО – мера детонационной стойкости бензина и моторных масел.

Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина – как автомобильное топливо. Чтобы бензин сгорал в цилиндрах автомобиля «правильно», он должен обладать рядом свойств. Одно из важнейших – октановое число. Именно оно написано на всех бензозаправках, и от него зависит качество и цена бензина. Когда из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15–60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000–2500 м/с (см. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.

Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов ROOH в парах бензина при их окислении кислородом воздуха (см. ПЕРОКСИДЫ). Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв пероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций (см. ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ). Для повышения детонационной стойкости есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути.

НЕФТЬ И ГАЗ

Чтобы определить антидетонационные свойства полученной смеси, в 1930-х была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – 2,2,4,-триметилпентан (его называют «изооктаном»). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100. Октановое число определяют так. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4. Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.

Читайте так же:
Что такое система питания

Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.

ХИМИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Роль строения углеводорода наглядно видна из таблицы, в которой приведены октановые числа некоторых чистых химических соединений, полученные моторным методом:

Таблица: Октановые числа чистых химических соединений

н-Бутан91,0
Изобутан99,0
н-Пентан61,7
2-Метилбутан90,3
2,2,3-Триметилбутан101,0
1-Пентен77,1
2-Метил-1-бутен81,9
2-Метил-2-бутен84,7
Бензол111,6

Видно, что повышению октанового числа способствуют разветвление цепи, введение двойной связи и появление ароматического кольца. Например, если в результате изомеризации нормального гексана (процесс идет в присутствии катализатора) получить смесь разветвленных изомеров этого углеводорода:

Бензин, получаемый из нефти простой перегонкой (такой бензин называется прямогонным), имеет низкое октановое число – в пределах 41–56, поэтому сейчас такой бензин не используется. Для повышения октанового числа используют более современные методы переработки нефти (термический и каталитический крекинг, риформинг). Термический крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450–550 о С под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжелых углеводородов, которых много в сырой нефти, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали российские инженеры В.Г.Шухов и С.Гаврилов (модель этой установки, сделанная по подлинному чертежу патента, полученного Шуховым в 1891, находится в Политехническом музее в Москве). У бензина термического крекинга октановое число повышается до 65–70. В ходе каталитического крекинга процесс ведут в присутствии алюмосиликатного катализатора. У бензина каталитического крекинга октановое число повышается до 75–81. Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и равно 77–86.

Для повышения октанового числа в бензин вводят также так называемые высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, кумол С6Н5СН(СН3)2. Другая добавка – так называемый алкилат (алкилбензин), смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов:

СН3СН(СН3)2 + СН3СН=СНСН3 ® СН3С(СН3)2СН(СН3)СН2СН3 (2,2,3-триметилпентан); СН3СН(СН3)2 + (СН3)2С=СН2 ® СН3С(СН3)2СН2СН(СН3)2 (2,2,4-триметилпентан). Алкилат имеет октановое число не менее 90–91,5. Очень эффективно введение в бензин добавки метил-трет-бутилового эфира СН3–О–С(СН3)3 – нетоксичной жидкости с октановым числом 117; в бензин можно добавлять до 11% этого вещества без снижения его эксплуатационных характеристик. Таким образом, современный автомобильный бензин – это сложная смесь углеводородов, полученных в различных процессах переработки нефти, и специальных добавок.

Чтобы повысить октановое число бензина, широко используют и второй метод: добавляют в него специальные вещества – антидетонаторы. Самым первым из них был сравнительно недорогой и очень эффективный тетраэтилсвинец – бесцветная токсичная жидкость. При высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием этильных радикалов (см. СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ):

Pb(C2H5)4 = Pb + 4C2H5. Атомы свинца легко окисляются кислородом до оксидов свинца (в зависимости от температуры образуются смеси PbO и PbO2), а диоксид эффективно разрушает гидропероксиды с образованием малоактивных соединений – альдегидов, спиртов и др., например: 2RCH2COOH + 2PbO2 ® 2RCHO + 2PbO + O2. Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца (0,3–0,4%), обычно это этилбромид C2H5Br и дибромпропан C3H6Br2. Тогда свинец выносится вместе с выхлопными газами в виде бромида PbBr2. Смесь тетраэтилсвинца с этилбромидом называется этиловой жидкостью, а бензин с такой добавкой называется этилированным (чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают). Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м 3 – намного меньше, чем у хлора. Кроме того, ядовитые соединения свинца сильно загрязняют пришоссейные участки земли. Все это привело во многих странах к полному запрещению этилированного бензина в качестве автомобильного топлива или к значительному ограничению его применения.

Читайте так же:
Эмульсол что это такое

Были разработаны и другие, менее токсичные антидетонаторы, например, трикарбонил(232-циклопентадиенил)марганец Mn(CO)3(C5H5), димер карбонил(232-циклопентадиенил)никеля [Ni(CO)(C5H5)]2, ферроцен Fe(C5H5)2. К сожалению, эти антидетонаторы слишком дороги, а кроме того образуют твердый нагар на стенках цилиндров в значительно бóльших количествах, чем тетраэтилсвинец, так что работа в этой области продолжается.

Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов». Моторы – это танки, самоходные пушки, самолеты. Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла нехватка топлива. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87–90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку (а это бомбы, снаряды, дополнительное вооружение), на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».

Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США в 1930, а уже в июне 1936 начала работать полупромышленная установка Гудри производительностью 2000 баррелей в сутки (американский баррель для сырой нефти и нефтепродуктов равен 139 л). Успешная работа установки позволила уже через 10 месяцев ввести в действие полномасштабный завод мощностью 15 тыс. баррелей в сутки. Другие нефтяные компании также начали внедрять на своих предприятиях установки Гудри, и в 1939, в канун мировой войны, их суммарная производительность достигла 220 тыс. баррелей в сутки. В 1940 Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, заменив природные глины на более производительный синтетический алюмосиликатный катализатор. В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения нового высококачественного бензина (с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более) в широких масштабах.

Армейские чины США еще в 1934 заинтересовались бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Но этот бензин был в то время весьма дефицитным. Его получали, добавляя тетраэтилсвинец, изооктан, изопентан и другие компоненты к лучшим сортам авиационного бензина. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США в войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции. К 1944 производительность установок была доведена до максимума – 373 тыс. баррелей в сутки.

Гудри получил множество патентов на каталитическую переработку нефти. До сих пор у специалистов-нефтехимиков в ходу термины «гудрифлоу», «удриформинг» и др.; в Англо-русском словаре по химии и переработке нефти приведено семь подобных терминов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector