ООО Авиагамма


Быстрый переход:

Авиационные двигатели:

   ROTAX 447 UL
   ROTAX 503 UL
   ROTAX 582 UL
   ROTAX 912 UL /A /F
   ROTAX 912 ULS /S
   ROTAX 915 iS /iSc
   ROTAX 912 iS /iSc Sport
   ROTAX 914 UL /F

Техническая информация:

   Документация ROTAX
и ООО Авиагамма

   Трёхмерные модели
двигателей и агрегатов

   Габаритно-установочные чертежи
двигателей и агрегатов

   Обмен опытом
   Наша фотогалерея.
Аппараты с авиационными двигателями ROTAX

Знакомьтесь, ROTAX!

Карты и двигатели для картинга ROTAX

Сервис


   Вы находитесь здесь: www.aviagamma.ru > Техническая информация >
   Обмен опытом > Производство бензинов

Перейти к версии для печати...   
Производство бензинов

Введение

На нашей планете в природных условиях встречаются две жидкости: вода и нефть. Но только вторая из них послужила источником получения различных видов жидких топлив.

Как вода, так и нефть состоит из двух элементов: вода из водорода и кислорода, а нефть из водорода и углерода. Но вода является простым химическим соединением, т.е. каждая ее молекула содержит два атома водорода и один атом кислорода. Различные же нефти, наоборот, представляют собой очень сложные, не схожие друг с другом по своим свойствам и неоднородные по химическому составу вещества.

Для более рационального использования нефть подвергают разгонке на отдельные составляющие (фракции). Для этого ее нагревают до различных температур, а получаемые при этом в определенных пределах температур пары подвергают охлаждению (конденсируют). Таким способом получают различные бензины, лигроин, керосин, соляровое масло и отходы — мазут. Фракции нефти также не являются однородными веществами: они представляют собой смеси различных углеводородов, т.е. органические соединения углерода с водородом — метан, пентан, гексан, гептан, октан и др. Вот почему фракции, а тем более сама нефть, не могут быть выражены какими-либо определенными химическими формулами.

Легкие жидкие фракции нефти, выкипающие примерно в пределах 35…2000С, принято называть бензинами. По своему составу бензины являются смесями различных органических веществ, состоящих в основном из молекул с пятью, шестью, семью и восемью атомами углерода, которые химически соединены, или, как говорят, насыщены атомами водорода. Каждое из этих соединений обладает индивидуальными свойствами, определяющими качество топлива. Эти свойства зависят от числа и структуры атомов, входящих в образование молекул углеводородов.

Маленький урок химии

Изучение и понимание различных свойств топлив и процессов, происходящих во время их сгорания в цилиндрах двигателя, невозможно без знакомства с основами химии. В частности химии углеводородов.

Углеводородами в химии называют органические соединения углерода с водородом. Они отличаются друг от друга количеством атомов углерода (С) и водорода (Н), составляющих их молекулы, а также расположением этих атомов внутри молекул. Самым простым углеводородом по количеству входящих в его молекулы атомов углерода является газ метан (СН4). Его молекула состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода.

Так как углерод является четырехвалентным ( под валентностью в химии понимается способность атомов какого-либо вещества удерживать известное количество атомов водорода или другого элемента) элементом, то четыре атома водорода заполнят молекулу метана, что делает его насыщенным полностью. Углеводороды, в которых углерод насыщен полностью, получили название предельных.

Если в молекулу органического соединения входят несколько атомов углерода, то последние соединяются между собой связью валентности, образуя цепь атомов углерода, или скелет молекулы, а остальные валентные связи атомов углерода насыщаются атомами водорода.

Однако далеко не все органические соединения имеют полностью замещенные валентные связи. Существует значительное число и таких органических соединений, в которых атомы углерода имеют отдельные связи валентности ненасыщенными, т.е. молекулы углеводородов имеют меньшее количество атомов водорода, чем это нужно для полного насыщения углерода. Эти ненасыщенные связи, будучи склонными к реакции присоединения, дополнительно связывают атомы углерода между собой. Таким образом между ними возникают вторые и даже третьи связи. Такие соединения получили название ненасыщенных или непредельных углеводородов.

Число атомов углерода в более сложных молекулах углеводородов не ограничиваются двумя. Углеводороды, входящие в бензины, содержат пять, шесть, семь и восемь атомов углерода. В зависимости от числа входящих в их молекулы атомов углерода такие углеводороды имеют каждый свое название. Так, например, углеводород с пятью атомами углерода в молекуле называется пентаном ( от греческого слова «пенте» — пять), углеводород с шестью атомами — гексаном («гекса» — шесть), с семью атомами — гептаном («гепта» — семь), с восемью атомами — октаном («окта» — восемь). У всех перечисленных углеводородов атомы углерода связаны между собой прямой цепочкой.

Углеводороды по мере удлинения прямой цепочки атомов углерода в их молекулах сильно изменяют свои свойства. Так, например, углеводороды, содержащие в молекулах свыше четырех атомов углерода, представляют собой не газы, а жидкости, среди которых вещества с числом атомов углерода, превосходящим 12-15, известны как смазочные масла, вещества с 16-17 атомами углерода — вазелины. Более длинные цепочки уже представляют собой твердые вещества: парафин, воск и др.

Помимо углеводородов с простыми цепями, встречаются углеводороды с разветвленными цепями. Строение их молекул иное. От характера строения молекул сильно зависят физико-химические свойства углеводородов.

Вещества, которые имеют одинаковый химический состав и одинаковый молекулярный вес, но различное строение молекул и обладающие поэтому разными свойствами, получили в химии название изомеров.

Кроме углеводородов с открытыми цепями(прямыми и разветвленными), существуют и углеводороды с замкнутыми, или как их называют, циклическими цепями, имеющими вид кольца или шестигранника. К ним, например, относятся бензол, толуол, ксилол. Углеводороды с циклическими цепями по своим физико-химическим свойствам значительно отличаются от углеводородов с прямыми и разветвленными цепями. Так, например, первые значительно превосходят последних своей устойчивостью и менее склонны к реакции окисления, имеют преимущества перед ними и по детонационной стойкости.

Составные компоненты бензинов

Углеводороды, входящие в состав бензинов, в зависимости от структуры делятся в основном на четыре группы: парафины, олефины, нафтены, и ароматики.

Углеводороды, у которых атомы углерода соединены в виде прямой цепочки или цепочки с разветвлением, называются парафинами (алканами). Парафины являются предельными углеводородами, поэтому обладают весьма слабой склонностью к взаимодействию с другими веществами, т.е. при обыкновенной температуре они не окисляются и не поддаются действию щелочей. Они входят в состав авиационных и автомобильных бензинов в количестве от 25 до 60%.

К парафинам относятся также их изомеры, носящие название изопарафинов (изооктан, изопентан, n-гексан). По своим физико-химическим свойствам изопарафины мало отличаются от парафинов нормального строения, но по характеру сгорания в бензиновых двигателях они отличаются очень сильно. Изопарафины обладают более высокими антидетонационными свойствами и поэтому часто применяются как высокооктановые компоненты топлив. Парафины под действием высоких температур и давлений легко распадаются и окисляются в присутствии воздуха, образуя пероксиды (перекиси), способствующие детонации топлива. Изопарафины более устойчивы; они очень медленно распадаются и сгорают, не успев образовать пероксиды, тем самым задерживая разложение парафинов нормального строения. Это особенно важно при работе двигателя на бедных смесях, когда имеется избыток кислорода. Некоторым недостатком парафиновых углеводородов является то, что они обладают сравнительно плохими низкотемпературными свойствами, поэтому с увеличением содержания этих углеводородов в топливе повышается его температура застывания.

Непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь С=С получили название олефинов (алкены, этиленовые углеводороды). Они нерастворимы в воде, но растворимы в спирте. Олефины способны присоединять атомы водорода и некоторых других элементов, превращая двойные связи в одиночные и переходя в парафины. Они легко окисляются, образуя окислы и смолы. В сырой нефти непредельные углеводороды почти не встречаются, так как обладают высокой химической активностью. Они образуются обычно при вторичной переработке (крекинге) нефти.

Углеводороды, у которых атомы углерода соединены один с другим одной замкнутой связью в виде кольца, называются нафтенами (циклоалканы). Нафтеновые углеводороды входят в авиационные и автомобильные бензины прямой гонки примерно в таком же количестве, как и парафиновые. Антидетонационные свойства нафтеновых углеводородов ниже изопарафиновых, но выше нормальных парафиновых. Их октановые числа достигают 70-78 и более единиц. Они трудно окисляются. Примером такого соединения может служить циклогексан С6Н12. Существуют также системы из двух или нескольких нафтеновых циклов, соединенных между собой общими углеродными атомами или простыми связями — полинафтены.

Углеводороды, у которых молекула состоит из бензольного кольца, т. е. из шести атомов углерода, соединенных между собой одинарными и двойными связями, называются ароматиками (арены) (это название им присвоено за их пахучие свойства). К числу ароматиков относятся бензол С6H6 и его производные (пиробензол, авиабензол), толуол, ксилол и др.

Ароматические углеводороды обладают высокими антидетонационными свойствами и потому применяются в качестве высокооктановых компонентов бензинов.

В бензинах прямой гонки, которые в основном состоят из парафинов и нафтенов, ароматических углеводородов содержится не более 10% и их влияние незначительно. Добавление же в эти бензины чрезмерных количеств различных ароматических соединений отрицательно сказывается на их физико-химических и эксплуатационных свойствах. Повышается вязкость и температура застывания бензинов, снижается их испаряемость, ухудшающая пусковые свойства, увеличивается гигроскопичность, токсичность (ядовитость), склонность к нагарообразованию и самовоспламенению.

Наименьшей детонационной стойкостью обладают нормальные парафиновые углеводороды, наибольшей — ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая и оценивается октановым числом.

Нефтепереработка

Промышленное производство топлив состоит из следующих основных этапов: подготовительный (обессоливание и обезвоживание), первичная переработка нефти, вторичная переработка нефти и процессы смешения (компаундирования).

Первичная переработка (прямая перегонка) — разделение нефти на отдельные фракции по температурам кипения. Смысл этого процесса довольно прост. Как и все другие соединения, любой жидкий углеводород нефти имеет свою температуру кипения, то есть температуру, выше которой он испаряется. Температура кипения возрастает по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле. Например, бензол С6Н6 кипит при 80,1°С, а толуол С6Н5—СН3 при 110,6°С). И наоборот, если пары бензола охладить ниже температуры кипения, он снова превратится в жидкость.

Различают два способа перегонки нефти. Более старый из этих способов основан на принципе фракционированного испарения: нефть подвергают постепенно возрастающему нагреву, во время которого из нее последовательно отгоняются сначала легкокипящие бензины, лигроины, а потом все более тяжелые фракции — керосиновые, дизельные и мазут. Выше 3500С температуру не поднимают, так как в остающихся углеводородах содержатся нестабильные соединения, которые при нагреве осмоляют нефть, разлагаются до углерода и способны закоксовать, забить смолой всю аппаратуру.

Второй способ перегонки нефти основан на принципе фракционной конденсации: нефть подвергается быстрому нагреву до температуры кипения наиболее тяжелых фракций, а затем конденсируется в ректификационных колоннах. После перегонки бензин подвергается стабилизации (испарение легких углеводородов С3 — C5) и очистке от непредельных, сернистых и кислородных соединений.

Прямая перегонка позволяет получить небольшую часть (10-25%) бензиновых фракций, в основном невысокого качества. Прямогонные бензины имеют, как правило, очень низкое ОЧ (не более 60). Для увеличения выхода топлива и улучшения его качества (например, повышения детонационной стойкости) используют деструктивные процессы.

Вторичная переработка (деструктивные процессы от лат. destructio — нарушение, разрушение структуры) изменяет химический состав и структуру углеводородов.

Основным методом является крекинг (от англ. cracking — расщепление), главная реакция которого — расщепление крупных молекул на более мелкие: под действием высоких температур без катализатора — термический крекинг, в присутствии катализатора — каталитический крекинг, катализатора и водорода — гидрокрекинг. Эти процессы позволяют увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 60%.

Для получения высокооктановых компонентов товарных бензинов используют процессы каталитического риформинга (получение ароматических компонентов), алкилирования (получение алкилатов), изомеризации (получение изомеров), пиролиз (термическое расщепление и изомеризация) . Для удаления серы из топлив применяется гидроочистка.

По сравнению с прямой перегонкой все процессы вторичной переработки сложны в технологическом отношении и дорогостоящи, однако позволяют существенно увеличить выход товарных топлив и улучшить их качество. Углеводородный состав бензиновых фракций различных процессов переработки нефти показан в таблице

Бензины Содержание основных классов углеводородов, %
Ароматики Нафтены Парафины Олефины
Прямогонный бензин из:
татарской нефти
западносибирской нефти
бакинской нефти
 
3-10
7-12
2-10
 
20-30
22-35
40-65
 
60-80
55-70
25-50
 
1-2
1-2
-
Бензин каталитического риформинга:
мягкий режим
жесткий режим
 
40-50
60-70
 
50-60
30-38
 
1-2
1-2
Бензин каталитического крекинга 20-35 55-65 8-12
Бензин термического крекинга 15-35 50-60 15-25
Бензин коксования 20-25 25-35 45-60
Алкилбензин - - 100 -
Рафинат установок экстракции 3-4 96-97 -
Бензин пиролиза 45-60 10-18 20-28

Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок является завершающим процессом получения товарных автомобильных бензинов.

Автомобильные бензины одной марки, изготовленные на разных предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации (ГОСТам, ТУ). Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в таблице

Компонент ОЧИ % содержания в товарном бензине
АИ-80 АИ-92 АИ-95 АИ-98
Бензин каталитического риформинга:          
мягкого режима 91-99 40-80 60-88 - -
жесткого режима 91-99 - 40-100 45-90 25-88
Ксилольная фракция 100-108 - 10-30 20-40 20-40
Бензин каталитического крекинга 91-93 20-80 10-85 10-50 10-20
Бензин прямой перегонки 40-76 20-60 10-20 - -
Алкилбензин 91-94 - 5-20 10-35 15-50
Бутаны+изопентан 88-91 1-7 1-10 1-10 1-10
Газовый бензин 65-75 5-10 5-10 - -
Толуол 115 - 0-10 8-15 10-15
Бензин коксования 62-68 1-15 - - -
Гидростабилизированный бензин пиролиза 74-95 10-35 10-30 10-20 10-20
МТБЭ 115-135 0-8 5-12 10-15 10-15

Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга или каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов с экологической точки зрения является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. В составе бензинового фонда России доля компонента каталитического риформинга превышает 50 %.

Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90-93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30-40 %, олефиновых — 25-35 %. Они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800-900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов используется смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.

Бензины таких термических процессов, как крекинг, замедленное коксование имеют низкую детонационную стойкость и химическую стабильность, высокое содержание серы и используются только для получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах. При производстве высокооктановых бензинов используются алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол.

Повышение детонационной стойкости бензинов

Одно из направлений расширения производства высокооктановых неэтилированных бензинов — применение кислородсодержащих компонентов (оксигенантов). К ним относятся спирты, эфиры и их смеси. Добавление оксигенатов повышает детонационную стойкость, особенно легких фракций, полноту сгорания бензина, снижает расход топлива и уменьшает токсичность выхлопных газов. Рекомендуемая концентрация оксигенатов в бензинах состовляет 3-15% и выбирается с таким расчетом, чтобы содержание кислорода в топливе не превышало 2,7%. Установлено, что такое количество оксигенатов, несмотря на их более низкую по сравнению с бензином теплотворную способность, не оказывает отрицательного влияния на мощностные характеристики двигателей.

Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) — считается наиболее перспективным компонентом. На основании положительных результатов государственных испытаний в России разрешено производство и применение автобензинов с содержанием МТБЭ до 15%. Ограничение установлено из-за относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинам. Дорожные испытания показали, что неэтилированные бензины с 7…8 % МТБЭ при всех скоростях движения превосходят товарные бензины. МТБЭ — бесцветная,прозрачная жидкость с резким запахом. Температура кипения 48…55°С, плотность — 740…750 кг/м3, октановое число по исследовательскому методу 115…135.

Первые опытные партии МТБЭ появились в Италии в 1973 году, а сегодня производство МТБЭ исчисляется в мире десятками миллионов тонн.

Среди других эфиров в качестве компонентов к автомобильному бензину рассматриваются: этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), третамилметиловый эфир (ТАМЭ), простые метиловые эфиры, полученные из олефинов С67. Среди спиртов: метиловый спирт, этиловый спирт, вторичный бутиловый спирт (ВБС) и третбутиловый спирт (ТБС).

Бензины АИ-95 и АИ-98 обычно получают с добавлением кислородсодержащих компонентов: метилтретбутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с третбутиловым спиртом (ТБС), получившей название Фэтерол — торговое название «Октан-115». Недостаток всех этих компонентов заключается в том, что в жаркую погоду эфир из бензина улетучивается, что вызывает уменьшение октанового числа бензина.

Наиболее часто октановое число повышают, вводя в бензин антидетонаторы — вещества, добавляемые в топливо в небольшом количестве для повышения детонационной стойкости. Действие антидетонационной присадки основано на замедлении процесса образования гидроперекисей и перекисей и/или их расщепления.

Антидетонаторы на основе соединений свинца. В качестве антидетонатора до недавнего времени, в основном, использовался тетраэтилсвинец (ТЭС) — Pb(C2H5)4 — густая бесцветная ядовитая жидкость; плотность — 1659 кг/м3; температура кипения -200°С; легко растворяется в нефтепродуктах и не растворяется в воде. ТЭС тормозит образование перекисных соединений в топливе, что уменьшает возможность возникновения детонации. Антидетонационная способность ТЭС открыта в 1921 г., а с 1923 г. началось массовое промышленное производство этой присадки.

Применять тетраэтилсвинец в чистом виде нельзя, т.к. образующийся металлический свинец осаждается в виде нагара на стенках цилиндра, поршня и вызывает отказ двигателя. В связи с этим ТЭС добавляют в бензин в смеси с выносителями свинца, образующими с ним при сгорании летучие вещества, которые удаляются из двигателя вместе с отработавшими газами. В качестве выносителей применяют вещества, содержащие бром или хлор. Смесь ТЭС и выносителя, которая применяется как антидетонатор, называется этиловой жидкостью, а бензины — этилированными. Этилированный бензин очень ядовит и требует повышенных мер безопасности.

Этилирование оказалось весьма эффективным методом борьбы с детонацией. Добавка буквально долей процента этиловой жидкости в бензин позволяет увеличить его октановое число на 5-10 пунктов. Наиболее эффективно добавление ТЭС до 0,50…0,80 г на 1 кг бензина. При более высокой концентрации значительно повышается токсичность, а детонационная стойкость возрастает незначительно. Увеличение содержания ТЭС может приводить к снижению надежности работы двигателя из-за накопления свинца в камере сгорания, а также усложняет работу обслуживающего персонала при проведении ТО и ремонта двигателей (повышенная токсичность).ТЭС очень ядовит, может проникать в кровь человека через поры кожи и постепенно накапливаться, а также попадать в организм через дыхательные пути, вызывая тяжелые заболевания. Даже небольшие дозы ТЭС в пище вызывают смертельные отравления. Свинцовые соединения, удаляющиеся из двигателя с выхлопными газами, оседают на почве и придорожной растительности. Даже в шерсти городских собак содержание свинца повышено. Если в топливе содержится сера, то эффективность ТЭС резко снижается, т.к. образуется сернистый свинец, препятствующий разложению перекисей.

При хранении этилированных бензинов их детонационная стойкость снижается в результате разложения ТЭС. Этот процесс ускоряется при наличии в топливе воды, осадков, смол, хранении при повышенной температуре и др. Антидетонаторы на основе ТЭС в Российской Федерации запрещены, т.к. ГОСТ Р 51105-97 предусматривает выпуск только неэтилированных бензинов.

Антидетонаторы на основе соединений марганца. Длительное время ведутся работы по изысканию неядовитых эффективных антидетонаторов. Наиболее эффективны марганцевые антидетонаторы:

  • циклопентадиенилтрикарбонилмарганец С5Н5Мn(СО)3 — ЦТМ — кристалический желтый порошок.
  • метилциклопентадиэтилтрикарбонилмарганца СН3С5Н4Mn(СО)3 — МЦТМ — это соединение представляет собой прозрачную маловязкую жидкость светло-янтарного цвета с травянистым запахом, температурой кипения 233°С, плотностью 1,3884 г/см3 и температурой застывания 1,5°С. МЦТМ хорошо растворим в бензине и практически нерастворим в воде.

Оба антидетонатора имеют примерно одинаковую эффективность и мало отличаются по эксплуатационным свойствам. Эффективность марганцевых антидетонаторов примерно одинакова со свинцовыми антидетонаторами (при равном содержании присадок) и превосходит их при равной концентрации металлов (Pb и Mn). При этом марганцевые антидетонаторы в 300 раз менее токсичны, чем ТЭС. При низких температурах из бензиновых растворов на выпадают. Марганецсодержащие присадки разлагаются на свету с потерей антидетонационных свойств

Исследования антидетонационной эффективности МЦТМ на двигателях в стендовых и эксплуатационных условиях показали значительно большую эффективность этого антидетонатора, чем можно было предполагать по результатам определения октанового числа исследовательским и особенно моторным методами.

Несмотря на высокую эффективность марганцевых антидетонаторов применение их ограничено из-за вредного влияния на экологию и ресурс двигателя.

Антидетонаторы на основе соединения железа. Большое количество автомобильных бензинов производится с использованием железосодержащих присадок.

В настоящее время в качестве антидетонаторов исследованы пентакарбонил железа (ПКЖ), диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа (ДИБ-ПКЖ), и дициклопентадиенилжелезо (ферроцен)

Антидетонационная эффективность пентакарбонила железа Fе(СО)5 была обнаружена в 1924 г. Это — светло-желтая жидкость с характерным запахом: плотность 1457 кг/м3; температура кипения 102,2°С; температура плавления 20°С. Применялся в качестве антидетонатора в 30-е годы в Германии в концентрации 2-2,5 мл/кг. Однако после определенного времени использование пентакарбонила железа в качестве антидетонатора было прекращено: при его сгорании образовывались оксиды железа, нарушающие работу свечей зажигания; одновременно увеличивался износ стенок цилиндра двигателя и поршневых колец. При добавлении пентакарбонила железа к топливу прирост октанового числа ниже, чем при использовании этиловой жидкости на 15-20%. К другим недостаткам пентакарбонила железа следует отнести его склонность к быстрому разложению под действием света до нерастворимого нонкарбонила железа Fe(CO)9.

Диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа имеет формулу [Fe(СО)5]38Н16]5 (соотношение пентакарбонила и диизобутилена равно 3:5). Это — жидкость (плотность 955 кг/м3; температура кипения 27…32°С), хорошо растворимая в органических растворителях. По антидетонационной эффективности комплекс близок к пентакарбонилу железа. Ферроцен — легковоспламеняющийся кристаллический порошок оранжевого цвета (температура плавления 174°С; кипения 249°С; разложения 474°С; содержание железа 30%), разработанный как катализатор процесса сгорания, полностью растворим в бензине. Антидетонационная эффективность ферроцена выше, чем ДИБ-ПКЖ и ПКЖ.

Ферроцен и его производные получили допуск к применению в составе бензинов всех марок в концентрации, соответствующей содержанию железа не более 37 мг/л.

Основными причинами ограничения концентрации являются:

  • образование при сгорании окислов железа, которые отлагаются в камере сгорания в виде нагара, снижают работоспособность свечей зажигания, накапливаются в масле и на трущихся поверхностях, вызывая повышенный износ деталей двигателя;
  • повышение склонности бензина к смолообразованию и окислению.
  • При концентрации (в пересчете на железо) до 37 мг Fе/л (порядка 180 г/тонну бензина) эти влияния уменьшается до уровня, наблюдаемого при применении товарных бензинов, т.е. при таких концентрациях практически не сказывается на износе двигателя.

Антидетонаторы на основе соединений амина. Ароматические амины (производные анилина) в технике известны давно, т.к. многие из них представляют горючее для ракетных топлив.

Анилин (С6Н5NH2) — бесцветная маслянистая жидкость с температурой кипения 184°С и температурой плавления -6°С. Анилин ядовит, ограниченно растворяется в бензинах, под действием воздуха окисляется и темнеет. Смеси бензина с анилином и другими аминами при низких температурах подвержены расслоению. Анилин в чистом виде как антидетонационная присадка к бензинам не используется.

Ароматические амины обладают высоким антидетонационным эффектом, но к применению допущен только монометиланилин или N-анилин (С6Н5NНСH3). Это маслянистая прозрачная жидкость желтого цвета с плотностью 980 кг/м3; растворима в бензинах, спиртах, эфирах. Имеет высокие антидетонационные, антиокислительные, стабилизирующие и антикоррозионные свойства. Октановое число по исследовательскому методу — 280.

Недостатком ароматических аминов является повышенная склонность к смолообразованию и увеличению износа деталей цилиндро-поршневой группы.

Концентрации почти всех антидетонаторов в бензинах по разным причинам ограничены, и следовательно, ограничен максимальный прирост ОЧ. Кроме того, зависимость повышения ОЧ от концентрации антидетонатора нелинейная, и для каждой присадки имеется максимальная концентрация, увеличивать которую нет смысла.

Тип добавки
или присадки
Ограничение
концентрации
Причина ограничения Макс.
прирост ОЧ
Оксигенаты 15% Относительно низкая теплота сгорания и высокая агрессивность по отношению к резинам 4-6
Свинецсодержащие 0,17 г Pb/л Высокий уровень токсичности и нага-рообразования в камере сгорания 8
Маргенецсодержащие 50 мг Mn/л Повышенный износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания 5-6
Железосодержащие 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

Использование смеси присадок позволяет либо просуммировать антидетонационные эффекты (0), либо использовать синергизм действия (+) присадок разных типов (взаимное усиление эффективности). В некоторых случаях, однако, наблюдается несовместимость (-) присадок: суммарный антидетонационный эффект оказывается меньше ожидаемого.

  Свинец Железо Марганец Амины Оксигенаты
Свинец   - - + +
Железо -   - + -
Марганец - -   + 0
Амины + + +   +
Оксигенаты + - 0 +  

На базе вышеуказанных антидетонаторов создаются присадки в различных концентрациях и композициях, которые вырабатываются на основании ТУ и допускаются к применению Межведомственной Комиссией после проведения соответствующих испытаний.

Перечень допущенных присадок

Наименование Состав Концентрация Прирост
ОЧ
Hitec - 3000 МЦТМ и стабилизатор до 50 мг Mn/л 6
АвтоВЭМ
марка А
марка Б
ТУ 38.401-58-185-97
 
ММА и Автомаг
ММА, Автомаг и Hitec - 3000
 
 
5%
5%
 
 
4
8
 
БВД
ТУ 38.401-58-228-99
ММА и Автомаг
ММА, Автомаг и Hitec - 3000
2,5% 2
ФеррАДА
марка А
марка Б
ТУ 38.401-58-186-97
  ММА и Автомаг
ММА, Автомаг и ФК-4
или Фе-РоЗ
 
 
1,3%
1,3%
 
4
7
АПК
марка АПКл
марка АПКз
ТУ 38.401-58-189-97
 
алкилпроизводная ферроцена
АПКл в растворителе
 
 
0,3%
0,3%
 
 
5
3
 
ФеРоЗ
марка А
марка Б
ТУ 38.401-58-83-94
 
1,1-диэтилферроцен и Агидол
1,1-диэтилферроцен и Агидол
 
 
0,025%
0,02%
 
 
7
8
 
Октан-Максимум
марка А
марка Б
марка В
ТУ 6-00-05808008-002-96
 
ферроцен
ферроцен
ферроцен
 
 
1%
10%
0,02%
 
 
10
8
6
 
ФК-4
ТУ 38.30127-12-94
диметилферроцнилкарбинол 0,001% 5
АДА
ТУ 38.401-58-61-93
ММА и Агидол 1,5% 6
МАФ
ТУ 38.401-58-217-98
ММА, МТБЭ и ФК-4 3,5% 5
Фэтерол
марка А
марка Б
марка В
марка Г
марка Д
ТУ 2421-009-04749189-95
 
МТБЭ и ТБС
МТБЭ и ТБС
МТБЭ, ТБС и Mn
МТБЭ, ТБС и Mn
МТБЭ, ТБС
 
 
 
15%
0,12%
0,3%
0,9%
 
 
 
5-6
6,5
12
8
 
МТБЭ
ТУ 103704-90
МТБЭ 15% 5-7
ДАКС
ТУ 0251-003-02066612-96
АДА и алифатические спирты 5% 10
ДАКС-2
ТУ 0251-003-02066612-96
ДАКС и прямогонный бензин 5% 6
ВОКЭ
ТУ 38.401-58-224-99
  5%  
ММА
ТУ 2471-269-00204168-95
Монометиланилин
(N-метиланилин)
1,3% 6
АДМ-6
марка А
марка В
марка В1
марка В2
 
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
1,3% 6
АДМ-6
марка А
марка В
марка В1
марка В2
марка Н1
марка Н2
марка Н3
ТУ 0257-001-23525099-96
 
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
ЦМТ, ферроцен, ММА
 
 
0,27%
5,27%
5,16%
5,23%
3,27%
1,89%
1,08%
 
 
8
16
13
15
13,5
10,5
9
 
МИНИМА
марка А
марка Б
ТУ 0257-001-52190168-2001
 
алифатичесие спирты, ММА,
нитробензол, ферроцен
 
 
11%
8%
 
 
14
3
 
СОА
ТУ 0257-309-05808008-98
Ферроцен, толуол 0,3 2
Экстралин
ТУ 6.571-86
анилин, N-метиланилин, диме-
тиланилин
1,3% 4
Ксилидин      
Продукт КВ-мотор
ТУ 0251-002-18419946-99
ферроцен 0,25% 6
БТ
ТУ 0257-002-50897159-2001
Алифатические спирты,
ММА, ЦМТ
12% 14
Автомаг
ТУ 38.401-58-171-96
Моющая присадка
Агидол
ТУ 38.5901237-90
Антиокислитель
Прирост октанового числа указан для эталонной смеси изооктана и n-гептана в соотношении 70:30

Увеличение спроса на высокооктановый бензин, запрет на этилированный бензин, выгодность и доступность модификации бензинов постоянно расширяет ассортимент бензинов и их производителей.

Необходимость производства бензинов с антидетонационными присадками по техническим условиям диктуется тем, что все присадки и добавки могут вводиться в строго определенных концентрациях. Для контроля содержания этих компонентов в технических условиях предусматриваются специальные показатели и вводятся дополнительные методики контроля. ТУ не могут противоречить ГОСТу, а лишь оговаривают дополнительные требования к качеству.

Требования российских стандартов к качеству бензинов

Автомобильные бензины включены в номенклатуру продукции, подлежащей обязательной сертификации. Нормативную базу подтверждения соответствия при обязательной сертификации в системе ГОСТ Р составляют стандарты.

На автомобильные бензины, обязательная сертификация которых проводится с 1993 г., распространялись ГОСТ 2084-77 «Бензины автомобильные. Технические условия» и ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия».

В то же время выпускалось много марок автомобильных бензинов по отдельным техническим условиям, обязательная сертификация которых ранее не проводилась в связи с отсутствием нормативной базы.

С введением в действие с 1 июля 2000 г. ГОСТ Р 51313-99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования» обязательной сертификации на соответствие подлежат автомобильные бензины, выпускаемые по всем видам документации.

С 1 июля 2003 отменен ГОСТ 2084-77, благодаря чему ГОСТ Р 51105-97 стал обязательным. Это изменение повысило требования к качеству топлива, сократило номенклатуру выпускаемых бензинов и запретило выпуск этилированных бензинов на территории всей страны.

ГОСТ Р 51105-97 разработан комитетом по стандартизации ТК 31 «Нефтяные топлива и смазочные материалы (ВНИИ НП), принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 9 декабря 1997 г. № 404. Настоящий стандарт разработан с учетом рекомендаций европейского стандарта EN 228-1993 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Требования и методы испытаний». Согласно ему производят четыре сорта топлива — «Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95» и «Супер-98». Настоящий стандарт распространяется на неэтилированные бензины для автомобильного транспорта, применяемые в качестве топлива для автомобильных и мотоциклетных двигателей, а также двигателей другого назначения, рассчитанных на использование этилированного и неэтилированного бензина.

Автомобильные бензины должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

При производстве автомобильных бензинов допускается применять кислородсодержащие компоненты, другие высокооктановые добавки, а также антиокислительные и моющие присадки, улучшающие экологические показатели бензинов и допущенные к применению. По физико-химическим и эксплуатационным показателям автомобильные бензины должны соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице.

Наименование показателя Нормаль-80 Регуляр-92 Премиум-95 Супер-98
1. Октановое число, не менее:
по моторному методу
по исследовательскому методу
 
76,0
80,0
 
83,0
92,0
 
85,0
95,0
 
88,0
98,0
2. Концентрация свинца,
г/дм3, не более
0,010
3. Концентрация марганца,
г/дм3, не более
50 - - -
4. Концентрация фактических
смол, мг/100 см3, не более
5,0
5. Индукционный период бензина,
мин, не менее
360
6. Массовая доля серы,
% не более
0,05
7. Объемная доля бензола,
% не более
5
8. Испытания на медной пластине Выдерживает, класс 1
9. Внешний вид Чистый, прозрачный
10. Плотность при 15°С,
кг/м3
700-750 725-780 725-780 725-780

Примечания.

  1. Содержание марганца определяют только для бензинов, содержащих марганцевый антидетонатор (МЦТМ).
  2. Автомобильные бензины, предназначенные для длительного хранения (5 лет) в Госрезерве и Министерстве обороны, должны иметь индукционный период не менее 1200 мин.

По данному ГОСТу каждая марка бензина делится по испаряемости на пять классов в зависимости от климатического района страны:

  1. для района I с 1 апреля по 1 октября;
  2. для районов II и III с 1 апреля по 1 октября;
  3. для районов IV и V с 1 апреля по 1 октября и для района I с 1 октября по 1 апреля;
  4. для районов II и III с 1 октября по 1 апреля;
  5. для районов IV и V с 1 октября по 1 апреля.
  • Условно принятый район I характеризуется теплым климатом с мягкой зимой. В России это побережье Черного моря, Северный Кавказ, Калмыкия и т.д.
  • Район II характеризуется умеренно-холодным климатом (базовый расчет на Западную Сибирь).
  • Район III характеризуется умеренным климатом (это центральные области страны).
  • Район IV — с очень холодным климатом (Якутск, Оймякон и другие).
  • Район V — с холодным климатом (например, Салехард).
Наименование показателя Класс 1 Класс 2 Класс 3 Класс 4 Класс 5
1. Давление насыщенных паров
бензина, кПа, ДНП
мин.
макс.
 
 
35
70
 
 
45
80
 
 
55
90
 
 
60
95
 
 
80
100
2. Фракционный состав:          
температура начала перегонки, °С,
не ниже
35 35 не нормализуется
пределы перегонки, 0С, не выше:
10%
50%
90%
 
75
120
190
 
70
115
185
 
65
110
180
 
60
105
170
 
55
100
160
конец кипения, °С, не выше 215
доля остатка в колбе, %,
(по объе-му)
2
или  
объем испарившегося бензина, %,
при температуре:
 
70°С мин. 10 15 15 15 15
макс. 45 45 47 50 50
100°С мин. 35 40 40 40 40
макс. 65 70 70 70 70
180°С не менее 85 85 85 85 85
конец кипения, °С
не выше
215
остаток в колбе, % (по объему),
не более
2
3. Индекс испаряемости,
не более
900 1000 1100 1200 1300

Основные отличия от предшествующего ГОСТа:

  • Запрещено использование тетраэтилсвинца при производстве автомобильного бензина.
  • С целью ускорения перехода на производство неэтилированных бензинов взамен этиловой жидкости допускается использование марганцевого антидетонатора в концентрации не более — 50 мг Мn/дм3 для марки «Нормаль-80».
  • В соответствии с европейскими требованиями по ограничению содержания бензола введен показатель «объемная доля бензола» — не более 5 %.
  • Установлена норма по показателю «плотность при 150С».
  • Ужесточена норма на массовую долю серы — до 0,05 %.
  • Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей и рационального использования бензинов введено пять классов испаряемости для применения в различных климатических районах.
  • Наряду с определением температуры перегонки бензина при заданном объеме предусмотрено определение объема испарившегося бензина при заданной температуре 70, 100 и 1800С.
  • Введен показатель «индекс испаряемости».
  • Наряду с отечественными включены международные стандарты на методы испытаний (ISO, EN, ASTM).

На этапе производства бензина проводятся испытания с целью подтверждения соответствия качества нормативной документации, и выдается паспорт, сопровождающий бензин вплоть до бензоколонки.

В паспорте указываются значения нормативные и фактические, присущие данной партии.

Параметры, которые проверяются и указываются в паспорте

Рассмотрим какие параметры проверяются и указываются в паспорте и какое влияние они оказывают на двигатель.

Октановое число.

Октановое число — важнейший показатель качества, характеризующий детонационную стойкость бензина, зависящий от строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др.

Октановое число определяется на одноцилиндровых установках ИТ9-2М и УИТ-65 по моторному (ГОСТ 511-82) или на установках ИТ9-6 и УИТ-65 по исследовательскому (ГОСТ 8226-82) методам. Сущность определения сводится к сравнительному сжиганию испытуемого бензина, октановое число которого нужно найти, с искусственно приготовленным эталонным топливом, октановое число которого известно. Эталонное топливо составляют из двух индивидуальных углеводородов: изооктана — высокая и n-гептана — низкая детонационная стойкость. Физические свойства этих углеводородов близки, но структурное строение молекул разное (см. рис.), чем и объясняется различная детонационная стойкость. По внешнему виду — это прозрачные, бесцветные жидкости, не содержащие непредельных углеводородов и осадка, имеющие низкие температуры кипения (около 99°С, плотность 692 и 683 кг/м3). Октановое число (по моторному методу): для изооктана C8H18 составляет 100 единиц, n-гептана С7Н16 — 0 единиц.

Установки ИТ9-2М, ИТ9-6 и УИТ-65 имеют однотипные двигатели, агрегаты и измерительную аппаратуру, но условия испытания разные.

Изооктан 100 ед., n-гептан - 0 ед.
Показатель Моторный метод Исследовательский метод
Установка для испытаний ИТ9-2М или УИТ-65 ИТ9-6 или УИТ-65
Двигатель Одноцилиндровый с переменной степенью сжатия
Размеры двигателя, мм:    
диаметр цилиндра 85,0 85,0
ход поршня 115,0 115,0
Частота вращения вала, об/мин 900±10 600±10
Температура, 0°С    
в системе охлаждения 100±2 100±2
воздуха,
необходимого для горения
40...50 50...75
горючей смеси 141±1 Не подогревается
масла в картере 50...75 50...75
Угол опережения зажигания 26° до ВМТ
при степени
сжатия равной 5,0 и
19° до ВМТ при
степени сжатия
равной 7,0
50...75
Состав смеси 50...75

Условия испытания бензина при определении октанового числа исследовательским методом более мягкие, а получаемое значение выше, чем по моторному методу. Эту разницу называют чувствительностью бензина. Она зависит от его химического состава. Чем меньше разница для бензина одной марки, тем лучше его эксплуатационные свойства.

Испытание ведут следующим образом. Одноцилиндровый двигатель установки заправляют испытуемым бензином. В процессе работы степень сжатия постепенно повышают до появления детонации. Ее интенсивность регистрируют детонометром. Фиксируются степень сжатия, при которой возникает детонация. После этого двигатель заправляют эталонным топливом и подбирают такую смесь изооктана и n-гептана, при которой интенсивность детонации будет такой же, как и на исследуемом бензине. Октановым числом называют процентное содержание (по объему) изооктана в эталонной смеси, состоящей из изооктана и n-гептана, по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому бензину.

Предположим, испытуемый бензин по своей детонационной стойкости, определенной на двигателе ИТ9-2М, оказался таким же, как эталонная смесь, состоящая из 78 % изооктана и 22 % гептана. Тогда октановое число данного бензина равно 78. Октановые числа по моторному и исследовательскому методу маркируются по-разному — ОЧМ и ОЧИ (MON и RON). Для оценки разных сортов товарного бензина обычно выбирается какой-то один индекс. Так, по ГОСТу, в марке бензина указывается октановое число, определенное по исследовательскому методу.

Моторный и исследовательский методы предусматривают определение детонационной стойкости бензина на постоянных режимах работы одноцилиндрового двигателя. Однако для обеспечения высоких динамических показателей и надежной работы современных многоцилиндровых двигателей важное значение имеет бездетонационная работа и на переменных режимах. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя испаряющиеся фракции топлива поступают в камеру сгорания раньше тяжелых углеводородов, которые в это время движутся в виде пленки по стенке впускного коллектора. Многоцилиндровому двигателю свойственна неравномерность распределения топлива по цилиндрам, как по качеству смеси, так и по фракционному составу. Детонационную стойкость бензина на различных режимах работы можно оценить дорожным октановым числом, определяемым методом дорожных детонационных испытаний автомобиля М-2140 в условиях, имитирующих езду в городских условиях по ГОСТ 10373-75. Величина дорожного октанового числа хорошо согласуется со значением антидетонационной стойкости легких фракций и наиболее точно характеризует свойства современных высокооктановых бензинов.

По этой причине основным фактором, определяющим детонационную стойкость бензина, является коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям (отношение ОЧ низкокипящей фракции до 100°С, к ОЧ высококипящей фракции выше 100°С) и октановое число легких фракций, перегоняющихся до 100°С. Распределение ОЧ по фракциям зависит от компонентного состава бензина

.
Показатель Норма
Коэффициент распределения детонационной стойкости,
не менее
0,78
Октановое число фракции,
перегоняющейся до 100°С,
не менее для бензинов типа:
Нормаль-80
Регуляр-92
Премиум-95
Супер-98
 
 
 
70
80
82
85

Концентрация свинца и марганца.

Введение жестких требований к экологичности двигателей потребовало отказаться от использования бензинов, содержащих свинец. На это были три причины:

  • токсичность,
  • снижение надежности двигателя,
  • разрушение дорогостоящих активных элементов каталитических нейтрализаторов.

Содержание марганца допустимо только для бензина Нормаль-80 в ограниченных количествах, т.к. снижается ресурс двигателя.

Концентрация фактических смол.

Интенсивность смоло- и нагарообразования зависит от качества используемого топлива и моторного масла. Чем тяжелее фракционный состав бензина, выше его плотность, больше содержание непредельных и ароматических углеводородов, тем выше склонность к смолообразованию. Основной показатель качества, характеризующий склонность бензина к образованию отложений в двигателях, — содержание в нем смолистых веществ.

Смолы — это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/м3 , молекулярной массой 350…900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.

Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.

В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, канавки поршневых колец) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагаров в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.

Стандартом нормируют количество фактических смол, т.е. соединений, которые находятся в бензине в момент определения. Сущность определения (ГОСТ 1567-83) заключается в испарении горячим воздухом 25 мл топлива при температуре 150°С. Остаток после испарения в миллиграммах на 100 мл топлива показывает количество фактических смол. Для бензинов различных марок их содержание не должно превышать 5 мг/100 мл.

Индукционный период.

Кроме фактических смол, в бензине содержатся смолообразующие вещества. Это различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды, которые с течением времени, от повышенных температуры, количества кислорода в воздухе и от других факторов окисляются, полимеризуются, конденсируются и переходят в смолы. Смолообразующие соединения называют потенциальными смолами. Их количество зависит от химического состава сырья, способов его переработки и качества очистки. Недостаточной стабильностью обладают бензины, в состав которых входит большое количество продуктов крекинга с высоким содержанием непредельных углеводородов. Чем хуже условия транспортирования и хранения бензина, тем больше образуется смол. При увеличении содержания смол и смолообразующих веществ ухудшается полнота сгорания бензина, снижается его детонационная стойкость. Накапливающиеся вместе со смолами кислоты повышают коррозийность топлива.

Стабильность бензина оценивают индукционным периодом, который характеризует способность бензина сохранять неизменным свой состав при правильных условиях транспортирования, хранения и применения. Определяют этот показатель (ГОСТ 4039- 87) в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100°С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается. Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода.

После того как время окисления превысит индукционный период, начинается значительное накопление смол и других продуктов окисления, эксплуатационные свойства бензина недопустимо ухудшаются. Основное влияние на накопление смол оказывают условия хранения. В автомобильном бензине с начальным содержанием смол 7,5 мг/100 мл после месяца хранения при температуре 15°С образовалось 14 мг смол на 100 мл, а при 40°С — 558 мг/100мл. Десять месяцев хранения того же бензина при температуре 15°С в темноте дало 54 мг смол на 100 мл, а на свету — 76 мг/100мл. Кроме того, существенное значение имеет степень заполнения емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося 6 месяцев в полной (заполнение 93 %) бочке, содержание фактических смол возросло в 4 раза, а при заполнении 50 % — в 12 раз. Наличие в емкостях старых продуктов окисления, воды, механических примесей, окалины интенсифицирует процессы окисления и накопления смол.

Массовая доля серы.

Общее содержание серы характеризует суммарное количество всех сернистых соединений в топливе, которые при сгорании образуют кислородные соединения серы, вызывающие коррозию и способствующие процессам образования отложений и износу двигателя. Экспериментальными работами установлено, что при увеличении серы с 0,05 до 0,10 % износ деталей двигателя возрастает в 1,5…2,0 раза, а при повышении количества серы до 0,20 % — еще вдвое.

Основная масса сернистых соединений, содержащихся в нефти, при получении топлива перегоняется с углеводородами, выкипающимими при температуре выше 200°С. Поэтому общее количество серы в бензине редко превышает 0,05%.

Объемная доля бензола.

Чистый бензол (С6Н6) обладает высоким октановым числом, превышающим 100 единиц. Это бесцветная жидкость с характерным запахом, кипящая при 80°С. Причины ограничения применения бензола:

  • высокая температура замерзания (кристаллизации),
  • плохая летучесть при низких температурах,
  • высокая гигроскопичность,
  • пониженная теплотворность,
  • высокое содержание смол.

Испытание на медной пластине.

Испытание на медной пластине является универсальным способом оценки коррозионной активности моторных топлив, зависящей от общего содержания активных соединений серы.

Проверка коррозионных свойств бензина сводится к следующему (ГОСТ 6321-69): отполированную пластинку из чистой электролитической меди погружают в испытуемое топливо и выдерживают три часа при 50°С или сутки при комнатной температуре. Бензин не соответствует требованием, если после испытания пластинка покрывается черными пятнами или темно-серым налетом. Коррозия резервуаров, цистерн, топливных баков, трубопроводов, деталей топливоподающей аппаратуры происходит при наличии в топливе коррозионно-агрессивных соединений, таких как водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, вода, низкомолекулярные органические кислоты.

Внешний вид.

По стандарту в бензине не допускается наличие взвешенных и осевших на дно посторонних примесей, в том числе и воды.

Посторонние примеси, попадающие в бензин при транспортировке, хранении, приемоотпускных операциях вместе со смолистыми и нагарообразующими веществами увеличивают интенсивность накопления высокотемпературных отложений. Кроме того, абразивные частицы повышают скорость изнашивания деталей двигателя.

Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортировки, хранения и может быть значительным. Вода теоретически (если она во взвешенном состоянии) улучшает процесс сгорания и повышает детонационную стойкость бензина, а практически вызывает сильную коррозию всех элементов топливной системы. Вода вызывает перебои в работе двигателя, а в зимнее время может вызвать останов двигателя из-за обледенения карбюратора и/или замерзания в магистралях топливной системы.

Цвет бензина служит первичным признаком определения качества. Бензин либо бесцветен, либо имеет бледно-желтый цвет.

Плотность при температуре 20°С должна находится в заданном диапазоне. Превышение параметра как-либо на работе двигателя не сказывается и важно только при транспортировке и определении стоимости, так как оптом продается по весу, а в розницу — по объему, но может служить критерием определения качества.

Давление насыщенных паров.

Давление насыщенных паров (ДНП) или упругость паров — это давление, которое оказывают пары на стенки сосуда при испарении топлива в замкнутом пространстве. Оно характеризует испаряемость бензиновых фракций и пусковые качества топлива. ДНП зависит от химического и фракционного составов топлива. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. ДНП возрастает также при повышении температуры.

Определяют давление паров (ГОСТ 1756-83), выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38°С.

По прошествии данного времени по манометру фиксируют давление паров бензина.

Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в системе питания, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах бензинов ДНП не должно быть больше 80 кПа. Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление 80…100 кПа. Кроме того, ДНП характеризует физическую стабильность бензина.

Фракционный состав.

Бензин, который поступает в систему питания карбюраторного двигателя, должен образовывать топливовоздушную смесь определенного состава, обеспечивающую полноту сгорания на всех режимах работы двигателя. Горючая смесь должна иметь определенные соотношения паров бензина и воздуха. Качество горючей смеси зависит от карбюрационных свойств бензина; испаряемости, скрытой теплоты парообразования, упругости паров, плотности, вязкости и поверхностного натяжения. Основное влияние на качество смеси оказывает испаряемость.

Испаряемость — это способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Испарение может быть статическим, когда нефтепродукт испаряется с неподвижной поверхности в неподвижный воздух, и динамическим — при движении продукта и воздуха. На интенсивность испарения оказывают влияние многие факторы: температура окружающей атмосферы и нефтепродукта, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоемкость, величина поверхности и др. Образование горючей смеси в двигателях осуществляется при динамическом испарении, когда основное влияние оказывают скорость движения сред и степень распыления бензина.

Испаряемость бензинов оценивают фракционным составом. Поскольку бензин, как и другие нефтепродукты, не является индивидуальным соединением, а смесью углеводородов, он не имеет фиксированной температуры кипения, а испаряется в интервале температуры 35…200°С.

Сущность определения фракционного состава (ГОСТ 2177-82) сводится к следующему. Бензин в количестве 100 мл нагревают в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, они конденсируются, превращаются в жидкость, которую собирают в мерный цилиндр. Во время перегонки регистрируют температуру начала кипения (падения первой капли в цилиндр), а затем выкипания 10, 50, 90 % и конца кипения (ТНК, Т10%, Т50%, Т90%, ТКК). Эти данные приводят в стандартах и паспортах качества.

Легкие фракции бензина (по кривой от начала кипения до выкипания 10 %) характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания 10 % топлива, тем лучше пусковые свойства. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Зная температуру выкипания 10% бензина, можно оценить минимальную температуру воздуха, при которой пуск лёгкий (Тлп), пуск возможен (Твп) и пуск невозможен (Тнп):

ТЛП = Т10%/1,25 - 59;

ТВП = Т10%/2- 50,5;

ТПН = Т10%/2 - 50,5 + (ТНК - 50)/3.

Для примера имеем:

летний бензин ТНК = 40°С, Т10% = 70°С;

зимний бензин ТНК = 35°С, Т10% = 55°С.

Тогда получим:

летний бензин: Тлп = -3°С, Твп = -15,5°С, Тнп = -18,8°С;

зимний бензин: Тлп = -15°С, Твп = -23°С, Тнп = -28°С.

Полученные цифры нельзя воспринимать как незыблемый критерий возможности пуска. Формулы эмпирические, и результаты могут варьироваться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от состояния двигателя в целом и аккумуляторной батареи с карбюратором в частности.

При температуре окружающего воздуха ниже -25…30°С для пуска холодного двигателя необходим предварительный подогрев. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью через жиклер карбюратора поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом. В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35°С. Конструктивным мероприятием для предотвращения образования паровых пробок является обратная магистраль с жиклером в топливной системе летательного аппарата с закапотированной силовой установкой (от карбюраторов в топливный бак). Основную часть топлива называют рабочей фракцией (по кривой разгонки от 10 до 90 %). От испаряемости рабочей фракции зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50 % точкой. С понижением температуры окружающего воздуха требуются бензины с более низкой температурой перегонки 50% бензина: для летнего не выше 115°С, для зимнего не выше 100°С. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.

Температура перегонки концевых фракций (от 90 % до конца кипения) влияет на полноту испарения топлива, полноту сгорания, на токсичность выхлопа, а также на экономичность и износ двигателя. Концевые фракции поступают в цилиндр, не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают смазочную пленку, разжижают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается также на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонационное сгорание и калильное зажигание. Чем меньше интервал температуры от 90 % до конца кипения, тем выше качество топлива. Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлива и рабочие износы двигателя. Зимние виды бензина имеют более легкий, чем летние, фракционный состав, что необходимо для облегчения пуска двигателей в холодное время года.

В целом фракционный состав определяет легкость и надежность пуска двигателя, возможность образования паровых пробок, полноту сгорания и экономичность, длительность прогрева, приемистость, интенсивность износа деталей двигателя.

Индекс испаряемости (индекс паровой пробки).

ИПП характеризует склонность бензина к образованию паровых пробок в системе подачи топлива.

ИПП = 10хДНП + 7хV70,

где ИПП — индекс паровой пробки, ДНП — давление насыщенных паров, V70 — объем бензина, выкипающего до 70°С.

Все бензины, выпускаемые по техническим условиям, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51313-99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования», который введен в действие с 01 июля 2000 г., что проверяется при их сертификации, которая является обязательной.

Наименование показателя Тип
бензина
I
Тип
бензина
II
Тип
бензина
III
Тип
бензина
IV
Детонационная стойкость:        
октановое число по исследовательскому
методу, не менее
80 91 95 98
октановое число по моторному
методу, не менее
76 82,5 85 88
Концентрация свинца, г/дм3,
не более, для бензина:
       
неэтилированного 0,013 0,013 0,013 0,013
этилированного 0,17 не допускается
Давление насыщенных паров, кПа 35-100 35-100 35-100 35-100
Фракционный состав:        
90% бензина перегоняется при
температуре, °С, не выше
190 190 190 190
конец кипения бензина,
°С, не выше
215 215 215 215
остаток в колбе, %, не более 1,5 1,5 1,5 1,5
Массовая доля серы, %, не более 0,1 0,05 0,05 0,05
Объемная доля бензола, %, не более 5 5 5 5

Как это ни печально, не весь бензин, предлагаемый в продаже, произведен непосредственно на заводах. Часть его, в лучшем случае, «модифицируют» небольшие фирмы, имеющие лицензию. Куда хуже, если топливо «улучшают» прямо на АЗС с нарушением технологии. Недобросовестные «производители» для получения сверхприбыли идут на нарушение технологии производства. В основном это заключается в изготовлении суррогатных бензинов из низкооктановых компонентов путем добавления разрешенных антидетонационных присадок в концентрациях, превышающих допустимые нормы или добавления неразрешенных антидетонационных присадок. Использование такого топлива в большинстве случаев приводит к нарушению нормальной работы двигателя и даже выходу его из строя.

Что делать и как быть? (Вместо выводов.)

  1. Не существует экспресс-методов выявления фальсифицированного бензина. Более того, грамотно фальсифицированный бензин непросто выявить и в лабораторных условиях.
  2. При изготовлении фальсифицированного бензина основной упор делают на октановое число. Над рецептурами работают специалисты, имеющие все необходимое оборудование. И моторная установка для определения октанового числа, а уж тем более — октанометр, подтверждают их высокую квалификацию. А в эксплуатации такой бензин легко выводит из строя двигатель.
  3. Запах, цвет и плотность бензина могут быть использованы как первичные признаки качества. Наиболее популярно перенасыщение бензина ферроценом, что дает желтый цвет. Бензин не должен иметь запах ацетона, растворителя, нафталина. А вот сладковатый запах эфира и побелевшие руки после бензина свидетельствуют о присутствии МТБЭ, что редко встречается для фальсифицированных бензинов.
  4. При лабораторных проверках качества бензина особое внимание обратите на определение октанового числа по моторному методу, т.к. оно характеризует детонационную стойкость бензина при высоких нагрузках, что соответствует режимам работы поршневых авиадвигателей.
  5. Определение октанового числа легких фракций позволяет определить качество базового бензина, использованного при производстве.
  6. Покупайте бензин на проверенных бензоколонках, не имеющих отрицательных отзывов и внешнего вида.
  7. Нелишне посмотреть на паспорт бензина. Лучше, если он соответствует ГОСТу, а не ТУ.
  8. Залейте бензин в автомобиль и если он «зазвенел», задымил или потерял мощность, динамику, то… не надо им заправлять ЛА.
  9. Не храните бензин, тем более в смеси с маслом.
  10. Перед заправкой топливо необходимо отстаивать и фильтровать.
  11. Контролируйте температуру выхлопных газов.

Литература

  • ГОСТ Р 51105-97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия
  • ГОСТ Р 51313-99 Бензины автомобильные. Общие технические требования.
  • А. С. Сафонов, А. И. Ушаков, И. В. Чечкенев. Автомобильные топлива. СПб 2002.
  • Н. И. Итинская, Н. А. Кузнецов. Топливо, масла и технические жидкости. М. 1989.
  • А. Агатов. Легкие топлива и их смеси для спортивных двигателей. М. 1962.
  • А. М. Данилов Применение присадок в топливах для автомобилей. М. 2000.
  • Современная АЗС. № 1 2003.
  • Интернет-рессурсы.

Дмитрий Петров
Технический директор ООО «Авиагамма»

Разработка и поддержка сайта:
Алексей Бородуля
aleksey.borodulya@gmail.com
ООО Авиагамма © 2002—2017
Информация о правах и вебсайте
Яндекс.Метрика