Виктор Балабанов - Автомобильные присадки и добавки

Автомобильные товарные бензины производят путем смешения различных компонентов, полученных прямой перегонкой, крекингом, риформингом, коксованием, алкилированием и другими методами переработки нефти и нефтяных фракций.

Бустер — присадка к бензину (см. антидетонатор, октан — корректор), улучшающая полноту сгорания топлива и обеспечивающая повышение октанового числа.

Для автомобильных бензинов одним из важных эксплуатационных свойств является горючесть, которая определяется энергетическими свойствами и детонационной стойкостью, характеризуемой октановом числом (табл. 14). Коэффициент весомости горючести в интегральном показателе качества бензина составляет 0,26, в котором энергетические свойства составляют 0,42, а детонационная стойкость — 0,58. При этом удельная теплота сгорания любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/кг (10,5 тыс. ккал/кг).

Таблица 14. Октановое число основных марок бензина

Бензины, получаемые каталитическим крекингом и реформингом, имеют высокие октановые числа (до 95 по исследовательскому методу). К высокооктановым компонентам бензинов относятся изооктан, алкилбензин, толуол, изопентан.

Высокая детонационная стойкость может быть обеспечена уже на нефтеперегонном заводе за счет использования в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличения их доли в товарных бензинах, но это приведет к повышению себестоимости их производства.

Полностью соответствующий нормативам бензин Аи-95 у нас в стране практически не производится, поэтому производители бензинов в большинстве случаев идут по пути введения в товарные бензины дополнительных высокооктановых компонентов (до 15…40 %) и применения антидетонационных присадок (рис. 21).

Действие антидетонационных присадок основано, прежде всего, на замедлении процесса образования гидроперекисей и перекисей и/или их расщеплении.

Рис. 21. Классификация октан-корректоров (бустеров)

Наиболее распространенным направлением при производстве высокооктановых неэтилированных бензинов является применение кислородсодержащих компонентов (оксигенантов). К ним относятся спирты, эфиры и их смеси. Добавление оксигенантов (промотеров горения) повышает детонационную стойкость, особенно легких фракций, полноту сгорания бензина, снижает расход топлива и уменьшает токсичность отработавших газов.

Оксигенант (фр. l\'oxygène — кислород (от греч. όξύγενναω от ὀξύς — кислый и γενναω — рождаю), который переводится как «порождающий кислоту») — кислородсодержащее вещество (спирт, эфир и др.), применяемое для повышения детонационной стойкости и полноты сгорания бензина, снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Оптимальная концентрация оксигенантов в бензинах составляет 3…15 % и назначается из условия, что содержание кислорода в топливе не должно быть более 2,7 %. Установлено, что такое количество оксигенантов при более низкой по сравнению с бензином теплотворной способности снижает мощностные характеристики двигателей.

Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) считается из них наиболее перспективным компонентом. МТБЭ — бесцветная, прозрачная жидкость с резким запахом, температурой кипения 48…55 °C, плотностью 740…750 кг/м3 и собственным октановым числом, определенным по исследовательскому методу равным 115…135 единиц. Первые опытные партии МТБЭ были разработаны в Италии в 1973 году. На сегодняшний день ежегодно в мире выпускаются десятки миллионов тонн МТБЭ. На основании результатов государственных испытаний в Российской Федерации также разрешено производство и применение автомобильных бензинов с содержанием МТБЭ не более 15 %. Ограничение установлено из‑за его относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинотехническим изделиям. Эксплуатационные испытания показали, что неэтилированные бензины с добавлением 7…8 % МТБЭ при всех режимах движения превосходят товарные бензины.

Кислородсодержащими высокооктановыми присадками являются также этиловый и метиловый спирты. Они обладают хорошей стабильностью. Так, топливо на основе этанола содержит: 85…95 % (объем.) МеОН; 3…15 % (объем.) воды; 0,0005…0,001 % солей щелочных металлов; 0,01…0,05 % фтористого ПАВ и красителя.

Антидетонационные присадки, содержащие спирты изостроения, при производстве бензинов применяются на НПЗ в Литвинове. Используются два основных компонента: продукты риформинга и спиртов изостроения, дополненные обработанным после риформинга бензином из процесса гидрокрекинга вакуумного дистиллята нефти.

Данный вид топливных присадок основан на изобутилене и одноатомных спиртах нормального и изостроения. Их синтез осуществляется на цеолитсодержащих алюмосиликатах. Получаемая композиция топлива состоит из бензиновой базы каталитического крекинга и 10 %-ной антидетонационной присадки.

В качестве компонентов автомобильного бензина также применяются: этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), третамилметиловый эфир (ТАМЭ), простые метиловые эфиры, полученные из олефинов С6–С7, а также спирты: метиловый, этиловый, вторичный бутиловый (ВБС) и третбутиловый (ТБС).

Высокооктановые бензины Аи-95 и Аи-98 обычно получают с применением кислородсодержащих компонентов: метилтретбутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с третбутиловым спиртом (ТБС), имеющим название «Фэтерол» — торговая марка «Октан-115». Все чаще для производства неэтилированного бензина с низкой упругостью паров по Рейду и низким содержанием вредных веществ в выхлопных газах находят применение эфиры, например, алкиловые (МТБЭ, ЭТБЭ и др.).

Так, компания « Shell» и спользует экологически чистый бензин, содержащий 5,5 % МТБЭ, углеводородную основу и моющую присадку, а фирма « Chevron» предложила добавлять в базовый бензин 4…15 % (объем.) алкилата (смесь 40…60 % МТБЭ, 20…30 % изопропилового спирта, 20…30 % МеОН). В этом случае удалось повысить октановое число до 129 пунктов по исследовательскому методу и до 117 — по моторному методу. В настоящее время ведется разработка экологически чистого бензина, основанного на использовании МТБЭ как основного компонента в производстве бензина с высоким октановым числом.

Тем не менее, производство МТБЭ будут сокращать, хотя он и не представляет непосредственную угрозу для здоровья людей. Причина в том, что МТБЭ легко проникает в грунтовые воды и имеет неприятный запах. Он обнаружен в малых количествах во многих источниках водоснабжения. В жаркую погоду эфир из бензина улетучивается, что приводит к снижению октанового числа.