Основные свойства топлив

3.1. Способы повышения детонационной стойкости бензинов

В процессе прямой перегонки нефти получается 15 – 20 % бензина с низким октановым числом (ОЧ ≈ 60). Для повышения ОЧ применяют: современные технологии переработки нефти (крекинг-процесс, риформинг), высокооктановые добавки и присадки. В процессе крекинга крупные молекулы расщепляются на мелкие, при этом повышается ОЧ. Крекинг происходит при давлении Р = 2 – 5 МПа и температуре t = 450 – 500 ⁰С. Выход высокооктанового бензина составляет примерно 50 %.

В процессе переработки нефти применяют риформинг (изменяется структура молекулы). Например, цепочное строение молекулы преобразуется в кольцевое. Процесс крекинга протекает по следующей схеме:

Из гексадекана (С₁₆Н₃₄) образуется октан (С₈Н₁₈), из него бутан (С₄Н₁₀) и далее этилен (С₂Н₄).

Вид топлива зависит от количества углерода в молекуле. Если углерода в молекуле до 4 – это газ, от 4 до 16 – жидкость, более 16 – масла, парафины, твёрдые вещества. Фракции бензинов выкипают при температуре от 40 до 200 ⁰С и содержат углеводороды от С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄. Фракция лигроиновая выкипает при температуре от 150 до 250 ⁰С и содержит углеводороды от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀.

В прошлом столетии для повышения октанового числа бензинов применяли этиловую жидкость. Этиловая жидкость (Р–9) содержит тетраэтилсвинца Рв(С₂Н₅)₄ 54 %, бромистого этила С₂ Н₅В_r 40 %, хлористого нафталина 6 %. Добавка 1 см³ этиловой жидкости на 1 кг бензина повышает его октановое число, например, с 80 до 90. Наличие этиловой жидкости в бензине при его сгорании задерживает образование перекисей углеводородов, отдаляя их накопление до критической концентрации и начала взрывного сгорания или детонации. При высокой температуре и давлении молекулярный кислород внедряется в молекулу углеводорода по С-Н связи, образуя перекись с повышенной энергией и способностью самовоспламеняться и сгорать со взрывом. Этилированный бензин ядовит, по новому ГОСТ 51105–97 его использование запрещено, так как он загрязняет атмосферу, ухудшает здоровье человека, разрушает нейтрализаторы выхлопных газов.

Из сказанного выше следует, что октановое число бензинов можно увеличить следующими способами:

1. Внедрение современных технологий переработки нефтяных фракций (крекинг-процесс и риформинг). При крекинге крупные молекулы расщепляются на мелкие, при риформинге видоизменяется их строение (молекула становиться компактной – кольцевой, разветвленной). Стойкость к окислению и самовозгоранию объясняется тем, что молекула принимает форму «круговой обороны» (арены, цикланы).

2.Применение высокооктановых добавок (изооктана, алкилбензола).

3.Применение антидетонационных присадок (этиловой жидкости на основе тетраэтилсвинца Pb(CH₅)₄ , метилтретбутилового эфира CH₃ОC₄H₉ и композиций на основе марганца [С₅Н₅Мg(СО)₃ и железа].