Автомобильные бензины

Таблица 1.1. Октановые числа бензинов различных марок

 

Определение октанового числа	А-76	АИ-80	АИ-91	АИ-92	АИ-93	АИ-95	АИ-9	АИ-98
По моторному методу	76	76	82,5	83	85	85	85	88
По исследовательскому методу	-	80	91	92	93	95	96	98

 

Установлена примерная  зависимость между требуемым  октановым числом бензина, степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя:

ОЧ= 125,4-413/8 +0Д83Д

где ОЧ — октановое число; в — степень сжатия; D — диаметр  цилиндра.

Для увеличения степени  сжатия на единицу необходимо повысить октановое число на 4—8 единиц.

 

Рис. 1.6. Установка УИТ-65 для моторного определения октановых  чисел бензина: 1 — пульт управления; 2 — аппаратура для измерения детонации; 3 — бак для подогрева всасываемого воздуха; 4 — конденсатор охлаждения; 5 — карбюратор; 6 — ресивер с водяным охлаждением; 7 — одноцилиндровый двигатель

Октановое число зависит  не только от степени сжатия. Заметное влияние оказывают температура окружающей среды, атмосферное давление и влажность. Так, октановое число может быть снижено на единицу при уменьшении температуры воздуха на iff^™ давления на 10 мм рт. ст. Например, если при температуре окружающей среды —20 °С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. двигателю был необходим бензин с октановым числом 90, то при температуре окружающей среды —10 °С и атмосферном давлении 700 мм рт. ст. достаточно использовать бензин с октановым числом 80.

Способы повышения детонационной  стойкости бензинов

Методом прямой перегонки  нефти можно получить бензин с  октановым числом до 91 (А-76, АИ-80, АИ-91). Однако такое производство бензина  нерентабельно: во-первых, из каждой тонны нефти его получится чуть ли не вдвое меньше, во-вторых, не из всякой нефти можно получить бензин АИ-91. Поэтому обычно бензин с необходимым октановым числом получают двумя способами.

Первый способ: бензин прямой перегонки подвергают вторичной переработке (каталитический риформинг, крекинг и др.), т. е. воздействуют на химический состав бензина, что требует значительных средств, но бензин при этом получается наименее вредным для окружающей среды.

Химический состав бензинов включает следующие основные углеводороды: н-алканы, циклоалканы, изоалканы, ароматические углеводороды. Самые устойчивые к детонации углеводороды — ароматические и изоалканы. Следовательно, увеличивая их содержание в бензине, можно повысить октановое число. Практически это достигается при применении бензинов риформинга и введением ароматических углеводородов, таких, как этилбензол. Октановое число высококачественных бензинов АИ-95, АИ-98 достигается этим путем.

Второй способ: введение в бензин прямой перегонки специальных присадок — антидетонаторов. Бензин получается существенно дешевле, но и значительно вреднее (табл. 1.2).

Антидетонаторы — металлоорганические  соединения, незначительное количество которых в бензинах резко повышает их детонационную стойкость. В 1920 г. была найдена добавка — тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С2Н5)4, резко подавляющая детонацию. До настоящего времени это самая эффективная добавка. Введение 0,3 % ТЭС в бензин приводит к повышению октанового числа на 15—25 единиц. Известно несколько марок этиловых жидкостей, которые содержат от 54 до 58 % ТЭС. Бензины, содержащие этиловую жидкость, ядовиты, поэтому окрашиваются в различные цвета.

Имеются заменители ТЭС, такие, как пентакарбонил железа Fe(CO)5, декарбонил марганца Мп2(СО)10 и циклопентадиенил- карбонил марганца (ЦТМ) С5Н5Мп(СО)3 с очень высоким антидетонационным эффектом.

Наиболее приемлемой является присадка метилтребутилово- го эфира (МТБЭ). Добавка 10 % МТБЭ в бензин повышает октановое число на 5—6 единиц. МТБЭ хорошо совмещается с бензином и с его помощью получают неэтилированные бензины А-76 и АИ-93.

Повышение октанового числа  с помощью ТЭС обходится в  пять—девять раз дешевле, чем  при использовании других антидетонаторов, но они экологически более вредные.

В России неэтилированные  бензины составляют около 50 %, причем из них более 85 % с октановым числом 76.

Различают этилированные  бензины по цвету: бензин А-76 окрашен  в желтый цвет, АИ-93 — в оранжево-красный, экспортное исполнение бензинов АИ-80, АИ-92 и АИ-96 светло-желтого цвета.

Таблица 1.2. Антидетонаторы и их негативные воздействия

Антидетонатор	Состав	Негативное воздействие
ТЭС	Тетраэтилсвинец	Сильное канцерогенное  действие, опасное загрязнение флоры, губителен для нейтрализаторов отработавших газов автомобиля
МЦТМ на основе марганца	Метилциклопентадиентри- карбонил марганца	Недостаточная стабильность в топливе, снижение ресурса свечей зажигания, некоторое повышение концентрации твердых частиц и нейротоксичность отработавших газов, снижение ресурса нейтрализатора
Ферроцены на основе железа	Диметилферроценил карбонил-ферроцен	Повышенный износ двигателя  и смолообразование
Ферроцены на основе аминов	Смесь менометиланилина и анилина-экстралина	Увеличение смолообразования и окисляе- мости топлива
МТБЭ	Метилтретбутиловый эфир	Увеличение отложений  и выбросов окислов азота и  альдегидов
Фэтерол	Смесь МТБЭ с третбутило- вым эфиром	Тоже
Этанол	-	Низкая гидролитическая  стабильность (боится влаги), вредное воздействие на рези-1 ну и пластмассы |
Метанол	-	То же плюс летучесть  и токсичность паров 1

 

1.2.5. Свойства и показатели  бензинов, влияющие на образование  отложений

Способность жидкого топлива  сохранять свой состав и свойства в процессе хранения и транспортировки называется стабильностью. Различают физическую и химическую стабильность

Изменение физической стабильности возможно в результате кристаллизации высокоплавких углеводородов при  низких температурах, а также испарения легких фракций при высоких температурах. В результате изменяется состав (обедняется легкими фракциями), что затрудняет пуск двигателя.

Потеря легких фракций  сильно влияет на давление насыщенных паров.

Химическая стабильность — сохранение химических свойств  вещества в процессе хранения и транспортировки, так как со временем в бензинах происходят процессы окисления, уплотнения и разложения. Такие свойства бензинов, как окисление и смолообразование при длительном хранении, характеризуются параметром индукционного периода.

Индукционный период —  время, в течение которого бензин, находящийся в контакте с воздухом под давлением 0,7 МПа при температуре 100 °С, практически не окисляется. Чем выше индукционный период бензина, тем выше его химическая стабильность.

Степень осмоления определяется содержанием в бензине фактических  смол. Этот показатель определяется в  специальном

приборе путем испарения навески бензина (100 мл) в струе нагретого воздуха и взвешивания остатка после испарения. Смолы, образующие липкие остатки, отлагаются на таких деталях, как топливный бак, топливопроводы, насос, карбюратор, стержни впускных клапанов. Смолы, осевшие на горячих деталях, образуют твердые отложения, а попавшие в камеру сгорания, вызывают образование нагара.

Увеличение площади  контакта топлива с воздухом при хранении ускоряет окислительные процессы (рис. 1.7). Поэтому при хранении целесообразно заполнять емкости до горловины.

месяцы

Рис. 1.7. Смолообразование при хранении 100 мл бензина в емкости, заполненной полностью (а) и на 50 % (б)

Воздушное пространство над  топливом после реакции с парами топлива наполняется азотом и процесс окисления замедляется. Поступление свежего воздуха снова вызовет интенсивное протекание окислительных процессов. Поэтому хранить бензин необходимо в герметично закрытых емкостях (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Содержания смол в 100 мл бензина при различной  продолжительности хранения его  в баке автомобиля ЗИЛ-130 в зависимости  от герметичности пробки, мг

Пробка	Исходное значение	Два месяца	Три месяца	Четыре с половиной  месяца
1 Обычная	2	8	21	28
Герметичная	2	4	4	16

 

Процессы окисления  и осмоления ускоряются с повышением температуры бензина. Процесс окисления самоускоряющийся, поэтому бензин, залитый в емкость, не очищенную от остатков старого бензина, осмоляется быстрее. Ускоряют образование смол ржавчина и грязь.

1.2.6. Коррозионные свойства  бензинов

Наибольшую опасность  с точки зрения коррозионного  воздействия представляют: вода, водорастворимые кислоты и щелочи, а также сернистые соединения.

Водорастворимые кислоты  и щелочи

Водорастворимые кислоты  и щелочи являются электролитами. Их капельки осаждаются на поверхности металла и вызывают электрохимическую коррозию. Продукты коррозии переходят в топливо и засоряют фильтры и другую топливную аппаратуру.

Неорганические кислоты  и щелочи — примеси, которые могут попасть в топливо при его очистке. Так, например, при производстве бензина для удаления органических кислот его очищают раствором щелочи, затем промывают водой. При недостаточно эффективной обработке в бензине могут оставаться щелочь и вода.

Особенно вредными для  топлива являются минеральные соли и кислоты. Их присутствие в топливе  не допускается. Проверка бензинов и дизельных топлив на содержание минеральных кислот и щелочей носит качественный характер, для чего топливо проверяют водной вытяжкой.

Нафтеновые (органические) кислоты

Органические кислоты, содержащиеся в нефти, при переработке попадают в бензины и дизельное топливо.

Нафтеновые кислоты  — слабые электролиты, которые обладают невысокой коррозионной активностью, что позволяет не удалять их из нефтепродуктов. Кроме того, они оказывают благоприятное смазывающее воздействие. Содержание органических кислот в топливе определяется кислотным числом, которое выражается количеством гидроксида калия (КОН), необходимым для нейтрализации органических кислот, находящихся в 100 мл топлива; измеряется в мг. Кислотное число для бензинов не должно быть более 3 мг КОН на 100 мл топлива; для дизельных топлив — не более 5 мг КОН на 100 мл топлива.

Сернистые соединения

В топливах различают активные и неактивные сернистые соединения. Активные соединения взаимодействуют с металлами при комнатной температуре. К ним относятся сероводород, меркаптаны, элементарная сера. Они вызывают коррозию металлов и их содержание в бензинах не должно превышать более 0,0015 %. Наличие активных сернистых соединений определяют качественным методом — испытанием на медную пластинку. Если цвет пластинки после ее нахождения в бензине при температуре 50 °С в течение 3 ч стал черным, черно-коричневым или серо-стальным, значит топливо не выдержало испытания. При всех других изменениях цвета содержание активных сернистых соединений не превышает допустимых норм.

Неактивные сернистые  соединения (сульфиды, дисульфиды) при  обычных условиях практически не взаимодействуют с металлами. Однако при высокой температуре (во время сгорания) они образуют сернистый газ, который с металлами вступает в реакцию.

ГОСТ допускает содержание неактивных сернистых соединений в следующих количествах:

для бензина А-72 — не более 0,12 %;

для бензинов А-76, АИ-93, АИ-98 — не более ОД %;

для бензина АИ-95 — не более 0,02 %.

Наличие неактивных сернистых  соединений в бензинах определяют по содержанию элементарной серы после  сжигания образца.

1.2.7. Марки бензинов и  их применение

Современные автомобильные  бензины, как правило, готовят смешиванием  нескольких компонентов. Это позволяет  получать бензин с заданными показателями качества при рациональном использовании  свойств каждого компонента.

Основными показателями, определяющими  компонентный состав бензинов, являются детонационная стойкость и фракционный состав. Качество автомобильных бензинов регламентируется ГОСТами.

По наличию антидетонаторов  бензины делятся на этилированные и неэтилированные. Каждая марка бензина кроме АИ-95 и АИ-98 имеет летнюю и зимнюю модификации. Разница в температурах перегонки модификаций составляет 10—20 *С, причем для всех марок бензина температура испарения одноименных фракций одинакова.

Состав бензина и  другие его показатели зависят от месторождений нефти и технологии ее производства.

Маркировка бензинов состоит  из буквы А (для автомобильных бензинов), а также цифр, соответствующих минимальному октановому числу, определенному по моторному или исследовательскому методу.

Бензины различных марок  получают разными способами, и каждая марка предназначена для двигателей с определенной степенью сжатия (табл. 1.4).

Таблица 1.4. Способы получения  и назначение автомобильных бензинов

Марка бензина	Способ получения	Степень сжатия
А-72	Смешивание бензинов прямой перегонки и каталитического крекинга с добавлением бензина термического крекинга	6,2-6,5
А-76	Смешивание бензинов каталитического  крекинга и риформинга с добавлением легкого бензина прямой перегонки	6,5-7,0
АИ-92, АИ-93, АИ-95	На базе бензина каталитического  риформинга (75-80 %) с добавлением толуола и алкилбензола. Для улучшения пусковых качеств добавляются легкие бензины прямой перегонки	8,5-9,0
АИ-98	Каталитический крекинг	9-10 I