Получение высооктановых компонентов

высооктановый антидетонационный бензин топливо

Значительная часть товарных автомобильных бензинов, особенно высокооктановых, получается посредством компаундирования. Необходимость компаундирования диктуется как повышением октанового числа, так и корректировкой фракционного или химического состава бензина. В частности, катализат каталитического риформинга, обладая достаточно высоким октановым числом, не выдерживает норм по фракционному составу, так как в нем часто не хватает пусковых фракций, особенно при повышенной температуре начала кипения сырья риформинга (н. к. 105 - 140  С), когда головная фракция используется для риформинга на ароматические углеводороды. Поэтому при наличии в качестве базового бензина только катализата риформинга к нему добавляют изопентан, изогексаны, алкилат или толуол (последний обычно при мягком режиме риформинга, когда содержание ароматических углеводородов составляет около 40%). Разделение компонентов Автомобильных бензинов на базовые и высокооктановые в какой-то степени условно, так как в зависимости от набора технологических установок нефтеперерабатывающего завода число компонентов для получения товарного бензина может быть довольно велико и в соответствии с этим концентрации двух или даже трех будут примерно одинаковыми. Так, на Ново-Ярославском НПЗ для производства бензина АИ-93 (этилированного) используют следующие компоненты:

Таблица 1.

Бензин каталитического крекинга	28 - 32
Катализат риформинга	25 - 26
Изопентан	12 - 13
Алкилат	16 - 25
Толуол	9 - 13

В такой смеси содержание бензинов каталитического крекинга, риформинга и алкилата довольно близко.

Известно, что легкие фракции прямогонных бензинов даже парафинистых нефтей часто имеют удовлетворительное октановое число: так, фракция 28 - 85  С усть-балыкской нефти (смеси) имеет октановое число (м. м.) 64, самотлорской - 67, 4 и т.п. При работе установок каталитического риформинга на мягком режиме, когда требования октановой характеристике товарных бензинов были ниже, в катализат риформинга добавлялась фракция н. к. - 85 С прямогонного бензина. Позднее от этого отказались, и наиболее типичными высокоотановыми компонентами стали изопентан, изогексаны и их смеси, а также алкилат сернокислотного алкилирования изобутана олефинами, исходя из того, что октановое число добавляемых изопарафинов должно быть не ниже, чем базового или смеси базовых компонентов.

Марганцевосодержащие и другие антидетонаторы

В связи с отказом от применения свинецсодержащих антидетонаторов повысился интерес к исследованиям в области марганцевосодержащих соединений. Испытания показали, что в присутствии этих соединений увеличивается полнота сгорания топлив и несколько снижается токсичность отработавших газов. Марганцевосодержащие антидетонаторы в сочетании с выносителями, преобразователями, такими антидетонационными добавками, как спирты и некоторые азотосодержащие соединения, могут рассматриваться как перспективное средство улучшения качества товарных бензинов.

В 1951 г. Были синтезированы металлоорганические соединения, молекула которых представляет собой " сэндвич" с атомом переходного металла, расположенным между двумя циклопентадиенильными кольцами. В 1954 г. Фишером И Ииром впервые был получен циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ). Они установили, что дициклопентадиенилмарганец при нагревании под давлением окиси углерода превращается в желтый легко сублимирующийся кристаллический продукт состава . Полученное соединение представляет собой " полусендвич" с атомом марганца в середине.

Первые сообщения об антидетонационных свойствах новых соединений марганца появились в печати в 1957 г. В течение нескольких последующих лет были синтезированы " сэндвичевые" соединения ряда других металлов и исследованы их антидетонационные свойства.

Наиболее эффектными оказались соединения марганца - циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ) и метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ).

Антидетонационные свойства

Детонация - это процесс очень быстрого завершения процесса сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью (1500 - 2000 м/с), в то время как при нормальном сгорании смеси средняя скорость распространения пламени составляет 10 - 40 м/с.

К признакам детонационного сгорания бензина относятся: характерный резкий металлический стук в цилиндрах, вибрация и неустойчивая работа двигателя, периодически появляющийся черный дым отработавших газов. При длительной эксплуатации двигателя с детонацией могут возникнуть механические повреждения его деталей: прогар поршней и клапанов, пригорание поршневых колец, разрушение изоляции свечей, растрескивание вкладышей шатунных подшипников.

Детонационная стойкость бензина зависит от его углеводородного состава. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды, меньшей - изопарафиновые углеводороды.

Детонационную стойкость бензинов оценивают октановым числом (ОЧ). У топлив с более высоким ОЧ при прочих равных условиях менее вероятно возникновение детонации. Октановое число автомобильных бензинов определяют двумя методами моторным (на установке ИТ9-2М) и исследовательским (на установке ИТ9-6). Установка ИТ9-6 позволяет определить октановые числа по обоим методам.

Моторным методом ОЧ определяют на одноцилиндровой установке ИТ9-2М, позволяющей проводить испытания с переменной степенью сжатия (от 4 до 10 единиц). На ней сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонным топливом, в состав которого входят углеводорода: изооктан и нормальный гептан. Разное строение при близких физических свойствах этих углеводородов обуславливает резкое отличие их детонационной стойкости. ОЧ изооктана - углеводорода парафинового ряда изомерного строения, отличающегося высокой детонационной стойкостью (начинает детонировать только в двигателях с очень высокой степенью сжатия), принято за 100 единиц. ОЧ сильно детонирующего гептана - углеводорода парафинового ряда, нормального цепочного строения - принятого за 0 единиц. Смесь изооктана и нормального гептана имеет ОЧ, равное процентному содержанию в ней (по объему) изооктана.

Октановое число - условную единицу измерения детонационной стойкости бензинов - указывают во всех его марках. Например, детонационная стойкость бензина марки АИ-76 должна быть такой же, как у эталонной смеси, состоящей из 76-77% изооктана и 23-24% гептана.

Исследовательским методом детонационную стойкость бензина определяют на установке ИТ9-6 в режиме работы легкового автомобиля при его движении в условиях города В этом случае в марку бензина включают букву " И", например, АИ-95 - автомобильный бензин с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95.

Разница в ОЧ, определенных по исследовательскому и моторному методам, составляет 7-10 единиц (при исследовательском методе величина ОЧ выше).

В топлива, антидетонационные свойства которых не соответствует эксплуатационным требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы. Самый дешевый из них - тетраэтилсвинец (ТЭС) и тетраметилсвинец (ТМС).

Но в наше время эти присадки уже не используют, так как этилированные бензины являются источником свинцовых загрязнений окружающей среды и препятствием к использованию каталитических систем нейтрализации отработавших газов на автомобилях, так как их каталитическая основа быстро разрушает оксидами свинца. Поэтому, несмотря на высокие антидетонационные свойства ТЭС, поиск и разработка новых, в частности, менее токсичных антидетонаторов продолжается.

Антидетонационная присадка на основе метилтретбутилового эфира (МТБЭ) не ядовита, отличается более высокой теплотой сгорания, хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, не агрессивна к конструкционным материалам. При добавке 10% МТБЭ октановое число повышается на 2, 1-5, 8 единиц (по исследовательскому методу), при добавке 20% - на 4, 6-12, 6 единиц. Кроме того, при введении МТБЭ в бензин в количестве 11 процентов минимальная температура холодного пуска двигателя снижается на 10-12  С. Максимальное допустимое содержание МТБЭ (ТУ 38.103704-90) или его смеси " Фетерол" (ТУ 301-03-130-93) в отечественных бензинах составляет 15%.

Таблица 3. Антидетонационные присадки к бензину

Наименование присадки	Количество присадки на 1т топлива для повышения ОЧ бензина на 1 единицу, кг	Максимальное увеличение ОЧ бензина при допустимой концентрации присадки в топливе, ед.
Этиловая жидкость	0, 07
МТБЭ или " Фетерол"		4, 5
Присадка МЦТМ	0, 1
Присадка АДА	2, 5
Добавка АвтоВЭМ	1, 25
Добавка Феррада	1, 33	7, 5

В таблице 3 приведены наиболее распространенные антидетонационные присадки к топливам.

Исходя из постоянно возрастающих требований к надежности и экологическим характеристикам двигателей, этилированный бензин признан не соответствующим по техническому уровню стандарту EN 228, и его производство в России и других странах прекращено. Применение бензинов с металлосодержащими присадками рассматривается как альтернатива этилированным бензинам. Производство высокооктановых неэтилированных бензинов позволит отечественной промышленности освоить выпуск и оборудовать все выпускаемые автомобили с бензиновыми двигателями каталитическими нейтрализаторами отработавших газов, что значительно снизит концентрацию в них токсичных компонентов.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒