Автомобильные и авиационные бензины

Детонационная стойкость (ДС) является основным показателем качества авиа- и автобензинов; она характеризует способность бензина сгорать в ДВС с воспламенением от искры без детонации. Детонацией называется особый ненормальный режим сгорания карбюраторного топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после вос­пламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Послед­няя порция несгоревшей рабочей смеси, находящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распро­странения пламени возрастает до 1500 …2000 м/с, а давление нарастает не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонационную волну, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный звон­кий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и ава­рийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных дви­гателях.

На характер сгорания бензина и вероятность возникновения детонации в карбюраторных двигателях оказывают влияние как кон­структивные особенности двигателя, так и качество применяемого топлива.

Вероятность возникновения детонации при работе на данном дви­гателе существенно зависит и от химического состава применяемого автобензина: наиболее стойки к детонации ароматические и изопарафиновые углеводороды и склонны к детонации нормальные парафиновые углеводороды бензина.

Оценка детонационной стойкости бензинов проводится на стан­дартном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия (УИТ-65). Определение ДС сводится к подбору смеси эталонных угле­водородов, которая при данной степени сжатия стандартного двига­теля сгорает с такой же интенсивностью детонации, как и испытуе­мый бензин. В качестве эталонных углеводородов приняты изооктан (2,2,4-триметилпентан) и н-гептан, а за меру ДС - октановое число (ОЧ). ОЧ изооктана принято равным 100, а гептана - нулю.

Октановое число бензинов - показатель ДС, численно равный процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемо­му бензину в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя. ОЧ бензинов выше 100 единиц определяют сравнением их ДС с изо-октаном, в который добавлена антидетонационная присадка - тетра-этилсвинец (ТЭС). Определение ОЧ на установке УИТ-65 ведут при двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения коленчато­го вала двигателя 900 об/мин (метод принято называть моторным) и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигате­ля 600 об/мин (исследовательский метод). Октановое число бензи­на, найденное по исследовательскому методу (ОЧИМ), как прави­ло, выше ОЧ, определенного моторным методом (ОЧММ). Разницу между ОЧИМ и ОЧММ называют чувствительностью. Последняя зависит от химического состава бензина: наибольшая у алкенов, не­сколько меньше у аренов, затем идут нафтеновые и самая низкая чув­ствительность у алканов.

Наименьшей детонационной стойкостью обладают алканы нормаль­ного строения, наивысшей - ароматические углеводороды. ДС цикланов выше, чем у алканов, но ниже, чем у аренов с тем же числом атомов углерода в молекуле.

ДС у алканов нормального строения резко снижается с увеличением их молекулярной массы.

ДС изопарафинов значительно выше, чем у алканов нормального
строения. Увеличение степени разветвленности молекулы, компакт­ное и симметричное расположение метильных групп и приближе­ние их к центру молекулы способствует повышению ДС изопара­финов.

Олефиновые углеводороды обладают более высокой ДС по сравне­нию с алканами с тем же числом атомов углерода. Влияние строения алкенов на их ДС подчиняется тем же закономерностям, что и у алканов. Повышению ДС алкена способствует расположение двойной связи в его молекуле ближе к центру. Среди диолефинов более высо­кие ДС имеют углеводороды с сопряженным расположением двойных связей.

Наличие и удлинение боковых цепей нормального строения у цикланов приводит к снижению их ДС. Разветвление боковых цепей и увеличение их числа повышают ДС нафтенов.

ДС аренов, в отличие от других классов углеводородов, не пони­жается, а наоборот, несколько повышается с увеличением числа углеродных атомов. Их ДС улучшается при уменьшении степени разветвленности и симметричности ее расположения, а также наличии двойных связей в алкильных группах.

Лучшими компонентами высокооктановых авиа- и автобензинов являются изопарафины и до определенного предела - ароматические углеводороды (чрезмерно высокое содержание аренов приводит к ухуд­шению других показателей качества бензинов, таких как токсичность, нагарообразование и др.).

Наиболее эффективным и дешевым, но эко­логически невыгодным способом повышения ДС товарных бензинов является введение антидетонационных присадок - антидетонаторов. Они обладают способностью при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко повышать его ДС. В качестве такой присадки во всех странах мира более полувека применяли алкилсвинцовые анти­детонаторы, преимущественно тетраэтилсвинец (ТЭС), а также тетар-метилсвинец (ТМС).

В последние годы в целях охраны чистоты окружающей среды в большинстве стран мира наметилась тенденция к полному запреще­нию применения ТЭС.

Химическая стабильностьбензинов определяет способность противостоять химическим изменениям в процессах хранения, транс­портирования и длительной их эксплуатации. О химической стабильности бензинов можно судить по содержанию в них реакционноспособных непредельных углеводородов или по иодному и бромному числам.

Непредельные углеводороды, особенно диолефиновые, при хранении в присутствии воздуха окисляются с образованием высокомолекуляр­ных смолоподобных веществ. Наихудшей химической стабильностью обладают бензины термодеструктивных процессов - термокрекинга, висбрекинга, коксования и пиролиза, а наилучшей - бензины катали­тического риформинга, алкилирования, изомеризации, гидрокрекин­га и прямой гонки. Повышение химической стабильности бензиновых фракций достигается следующими способами:

- облагораживанием бензинов:

введением специальных антиокислительных присадок.

Коррозионная активностьбензинов обусловливается наличием в них неуглеводородных примесей, в первую очередь сернистых и кислородных соединений и водорастворимых кислот и щелочей. При квалификационных испытаниях она оценивается кислотностью, общим содержанием серы, содержанием меркаптановой серы, испытанием на медной пластинке и содержанием водорастворимых кислот и щело­чей.

В настоящее время в России производят автобензины:

­ по ГОСТ 2084-77: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95;

­ по ГОСТ Р 51105-97: Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Супер-98

­ по ГОСТ Р 51866 (EN-228): бензин-регуляр и премиальный бензин.
По техническим условиям выпускаются:

­ бензины для экспорта А-80, А-92, АИ-96, АИ-98;

­ бензины с марганцевыми антидетонаторами Нормаль-80 и Регуляр-91;

­ бензины для зарубежных автомобилей Премиум-95 и Супер-98;

o неэтилированные бензины с улучшенными экологическими пока­зателями (с содержанием бензола не более 3 %) АИ-80 эк, АИ-93 эк,
АИ-98 и др.

В последние годы в США и западно-европейских странах начали выпускать более экологичные неэтилированные автобензины с огра­ниченным содержанием суммарной ароматики (менее 25%), бензола (менее 1 %), олефинов (менее 6,5 %) и серы (менее 0,01 %), так называе­мые реформулированные бензины.

Авиационные бензинывыпускают двух марок: Б-91/115 и Б-95/130. Они отличаются от автобензинов главным образом по со­держанию ТЭС, давлению насыщенных паров и дополнительными тре­бованиями на некоторые другие показатели их качества.