CC BY
428
ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
УДК 665.7.038.3
Р. Ф. Хамидуллин, Х. Э. Харлампиди, Т. Л. Пучкова, А. Ю. Мельник, А. Р. Бадрутдинова, М. М. Галиуллина
ОКСИГЕНАТНЫЕ ДОБАВКИ К БЕНЗИНОВЫМ ФРАКЦИЯМ,
ПОВЫШАЮЩИЕ ОКТАНОВЫЕ ЧИСЛА МОТОРНЫХ ТОПЛИВ
Ключевые слова: бензиновая фракция, оксигенатные добавки, эфиры, целлозольв, карбитол, эксплуатационные свойства,
октановое число, фракционный состав, моторное топливо.
Приведены результаты исследования физико-химических свойств предварительно активированной прямо-гонной бензиновой фракции с низким октановым числом. Подобраны кислородсодержащие соединения на предмет возможного их использования в качестве антидетонационных добавок к моторным топливам. Показано, что целлозольвы и карбитолы, испытанные в качестве оксигенатных добавок, селективно повышают октановые числа узких бензиновых фракций в зависимости от их фракционного состава.
Keywords: gasoline fraction, oxygenate additives, esters, cellosolve, carbitol, performance characteristics, the octane number, fractional composition, motor fuel.
The results of the study ofphysical and chemical properties of the previously activated straight-run gasoline fraction-term low-octane. Oxygen-containing compounds are selected on a pre-met their possible use as an anti-knock additives for motor fuels. It is shown that cellosolves and carbitol, tested as oxygenate additives to selectively increase the number of new octa narrow gasoline fractions according to their fractional composition.
Введение
Переход нефтеперерабатывающих заводов России на производство бензинов Евро-3, 4 и 5 привел к тому, что основной объем неэтилированных бензинов выпускается за счет производства и компаундирования высокооктановых компонентов вторичных процессов переработки нефти, преимущественно риформинга, каталитического крекинга, изомеризации и алкилирования, а также применения альтернативных антидетонационных добавок. Однако отсутствие на некоторых нефтеперерабатывающих предприятиях полного набора технологических установок вторичной нефтепереработки не позволяет рассчитывать на быстрое увеличение объемов производства высокооктановых компонентов моторного топлива с улучшенными экологическими свойствами, таких как риформаты и катализаты процессов риформинга и крекинга, изомеризаты и алкилаты процессов изомеризации низкомолекулярных алканов и алкилирования изобутана бутиленом.
Программа модернизации нефтеперерабатывающих мощностей в РФ предполагает увеличить производство светлых нефтепродуктов в 2015-2016 годах на 58%. Начиная с 2016 года, будет производиться моторное топливо, соответствующее 5-му экологическому классу. В настоящее время (с 1 января 2014 г.) на территории России обязательным являлось введение стандарта Евро-5, но этого до сих пор не произошло, в то время, как Евро-5 был принят в 27 странах Европы.
На территории России с 2007 года была введена сертификация транспортных средств на соответствие экологическим стандартам. Постепенно Россия начинает принимать обязательства относительно экологической безопасности. Увы, но Россия
отстает в данном вопросе не на один год по сравнению с европейскими странами.
Реализация региональной программы «Развитие сети автозаправочных, автогазозаправочных и многотопливных станций в Республике Татарстан на 2012-2015 годы» к 2015 году позволит обеспечить достижение определенных результатов. Весь объем производимого автобензина будет соответствовать:
• до 31 декабря 2014 года как минимум классу 4 согласно требованиям Технического регламента «О требованиях к топливу»;
• начиная с 01.01.2015 - классу 5 согласно требованиям этого же регламента.
Основной мировой тенденцией улучшения экологических и эксплуатационных свойств автомобильных бензинов является использование многофункциональных добавок, главным образом, окси-генатов - кислородсодержащих веществ, включая кетоны, эфиры и другие соединения. В США и ЕС содержание в бензине оксигенатов в количестве не менее 2% массовых долей в пересчете на кислород обязательно. ГОСТ Р51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002 «Бензин неэтилированный» предусматривают добавку оксигенатов ограниченного перечня, но с дополнением «другие оксигенаты». Использование «других окси-генатов» придает особую значимость поиску кислородсодержащих соединений, приемлемых в качестве антидетонационных добавок к бензину [1-4].
Экспериментальная часть
и обсуждение результатов
Цель данной работы - повышение октанового числа прямогонной бензиновой фракции, прошедшей предварительную активацию, путем введения антидетонационных (оксигенатных) добавок, и оценка влияния их на изменение физико-
химических и эксплуатационных свойств объекта исследования.
В соответствии с поставленной целью задачами являлись:
•исследование физико-химических характеристик бензиновой фракции н.к. -180 0С, используемой как сырье для получения высокооктанового моторного топлива в бензиновых двигателях; • исследование изменения октанового числа и физико-химических свойств бензиновой фракции после введения различных антидетонационных добавок.
Объектом исследования являлась прямо-гонная бензиновая фракция без содержания присадок и каких-либо добавок, выкипающая в интервале температур начала и конца кипения 40-180 °С. Основные физико-химические и эксплуатационные свойства исходной прямогонной бензиновой фракции и их соответствие требованиям ГОСТ Р 5110597 приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Основные физико-химические свойства бензиновой фракции
№ п/п Показатели Исходный прямогонный бензин Требования по ГОСТ Р 51105-97
1 Октановое число (по исследовательском методу), ед. 82,1 > 80,0
2 Концентрация свинца, марганца, железа, мг/дм3 Отсутствие Отсутствие
3 Индукционный период бензина, мин, не менее 600 360
4 Концентрация серы, мг/кг 490 Не более 500
5 Объемная доля ароматических у/в., % об., не более 23,3 35,0
6 Фракционный состав: Объем испарившегося бензина, %, при температуре: 70 0С 15 15-50
100 ОС 55 40-70
150 ос, не менее 90 75
Температура конца кипения, ос, не выше Остаток в колбе, % (об.), не более 180 1,5 215 2,0
7 Плотность, при 15 °С, кг/м3 725,0 700,0-750,0
8 Кислотное число, мг КОН/г 0,75 -
9 Показатель преломления 1,4177 -
10 Испытание на медной пластинке Класс 1 Класс 1
11 Внешний вид Чистый прозрачный -
В качестве антидетонационных добавок рассматривались следующие кислородсодержащие соединения: ацетон, анизол, этилцеллозольв (ЭЦ), этилкарбитол (ЭК), бутилцеллозольв (БЦ), бутил-карбитол (БК). В качестве сравнения и аналога ок-сигенатной антидетонационной добавки взят метил-третбутиловый эфир (МТБЭ).
Метилтретбутиловый эфир (СН3ОС(СН3)3) -один из важнейших представителей простых эфиров. Получается при взаимодействии метанола с изобу-тиленом в присутствии кислых катализаторов.
Мировое производство МТБЭ находится на уровне 20-22 млн. т/год и продолжает расти, имея значительные перспективы. МТБЭ широко применяется в производстве высокооктановых бензинов, при этом выступает как нетоксичный, но менее теплотворный высокооктановый компонент (октановое число по исследовательскому методу 115-135 ед.) и как оксигенат, способствующий более полному сгоранию моторного топлива без образования твердого нагара на стенках цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и предотвращению коррозии металлической поверхности.
Максимальное законодательное содержание МТБЭ в бензине в странах ЕС составляет 15 %. В России в среднем составе бензина Регуляр-92 содержание МТБЭ не превышает 12 %, а Премиум Евро-95 и Супер Евро-98 — 5 %. Добавление 10-15 % МТБЭ увеличивает октановое число бензина в
среднем на 6-12 ед. Недостатком является необходимость ввода значительных количеств МТБЭ для достижения требуемого октанового числа бензина.
Анизол (метоксибензол, метилфениловый эфир - С6Н5ОСН3) - бесцветная прозрачная жидкость, хорошо растворима в этаноле, эфире, бензоле, толуоле, хлороформе. Известно применение анизола и/или его производных в качестве антидетонационных добавок к бензину [5]. К недостаткам анизола можно отнести необходимость его добавления в бензин в больших количествах 10-25 % для поднятия октанового числа на 3-8 единиц, при этом снижается энергетика топлив и увеличивается отрицательное влияние на резинотехнические детали автомобилей.
Ацетон (СН3СОСН3) - бесцветная летучая жидкость, смешивается с водой, спиртами, эфирами и органическими растворителями. Ацетон пробовали применять в качестве добавки в бензин [5]. По антидетонационной эффективности он близок к этанолу и добавкам на его основе и может использоваться в бензинах в количестве не более 3 %, эффективно повышает октановое число. Имея высокое давление насыщенных паров, благотворно влияет на пусковые характеристики топлива, облегчает запуск двигателя зимой.
Этилцеллозольв - моноэтиловый эфир мо-ноэтиленгликоля - бесцветная, прозрачная, горючая жидкость со спиртовым запахом. Растворим в воде,
спиртах, гликолях, ацетоне, хлороформе и других органических растворителях.
Этилкарбитол - смесь этиловых эфиров этиленгликоля (3-5 %), диэтиленгликоля (75-80 %), три-, тетра-, пентаэтиленгликолей (10-15 %); побочный продукт производства этилцеллозольва.
Эфиры других гликолей с близкой молекулярной массой имеют схожие физические и химические свойства. К ним относятся метилцеллозольв, пропилцеллозольв, бутилцеллозольв, метилкарби-тол, пропилкарбитол, бутилкарбитол и т. п.
Образцы оксигенатов поочередно добавляли в исходный бензин с ОЧИ = 82,1 ед. (октановое число по исследовательскому методу) с различными концентрациями, и определяли октановые числа образцов топлива с антидетонационными добавками. Измерение октанового числа (ОЧ) проб проводилось с помощью прибора октанометр «ОКТАН-
ИМ», предназначенного для определения ОЧ моторных топлив, соответствующих ОЧИ (ГОСТ 8226) и ОЧМ (ГОСТ 511) - по моторному методу. Оксиге-натные добавки дозировались в исходную прямо-гонную бензиновую фракцию в количестве (% массовый): от 0,25 до 1 % с шагом 0,25 % , а с 1 до 7 % с шагом 1 % (табл. 2).
Общей закономерностью явился рост ОЧИ бензина с увеличением концентраций оксигенатных добавок. При этом прирост октанового числа с увеличением концентрации добавок - ацетона и анизола до 1 % не превышал А = +0,2 ед. Дальнейшее увеличение концентрации добавок от 1 до 7 % показало, что зависимость изменения прироста ОЧ от концентрации имеет экстремальный характер, а сам экстремум находится в точке, где их концентрация равна 5 %.
Таблица 2 - Октановые числа образцов моторных топлив состава «бензин+добавка» и изменение прироста АОЧИ = ОЧИ+ - ОЧИ;
№ п/п Образецы топлива «бензин + добавка»
Кол-во добавки % масс. Ацетон Анизол Этил-целлозольв Этилкарбитол Бутилцеллозольв Бутил-карбитол МТБЭ
ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед. ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед. ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед. ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед. ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед. ОЧИ, ед. Прирост Аочи, ед.
1 0,00 82,1 - 82,1 - 82,1 - 82,1 - 82,1 - 82,1 - 82,1 -
2 0,25 82,3 +0,2 82,2 +0,1 83,1 +1,0 83,7 + 1,6 83,1 +1,0 83,9 +1,8 82,6 +0,5
3 0,50 82,5 +0,2 82,4 +0,2 84,5 +1,4 85,4 +1,7 84,3 +1,3 85,8 +1,9 83,2 +0,6
4 0,75 82,7 +0,2 82,5 +0,1 86,1 +1,6 87,2 +1,8 85,9 +1,5 87,9 +2,1 84,0 +0,8
5 1,00 82,9 +0,2 82,7 +0,2 88,0 +1,9 89,2 +2,0 87,7 +1,8 90,0 +2,1 85,2 +1,2
6 2,00 83,7 +0,8 83,1 +0,4 89,5 +1,5 90,9 +1,7 89,1 +1,5 91,7 +1,7 86,4 +1,2
7 3,00 84,6 +0,9 83,8 +0,7 90,5 +1,0 92,5 +1,6 90,0 +1,3 92,9 +1,2 87,7 +1,3
8 4,00 85,6 +1,0 84,8 +1,0 91,3 +0,8 93,8 +1,3 90,7 +0,9 93,9 +1,0 89,0 +1,3
9 5,00 87,0 +1,4 86,1 +1,3 92,0 +0,7 94,8 +1,0 91,4 +0,8 94,9 +1,0 90,3 +1,3
10 6,00 87,6 +0,6 86,9 +0,8 92,7 +0,7 95,6 +0,8 92,1 +0,7 95,7 +0,8 92,2 +1,9
11 7,00 88,0 +0,4 87,4 +0,5 93,4 +0,7 96,2 +0,6 92,9 +0,8 96,5 +0,8 94,5 +2,3
Если сравнить прирост ОЧ при концентрациях оксигенатов в бензиновой фракции 1 и 5 %, то добавка 1 % (табл. 2, п/п № 5) как ацетона, так и анизола практически не повышает антидетонационную стойкость моторного топлива. Введение ацетона и анизола в количестве 5 % (табл. 2, п/п № 9) ОЧИ бензина повышается на 4,9 ед. и 4,0 ед., соответственно. Дальнейшее повышение их концентраций до 7 % существенного прироста ОЧ не дает. Следовательно, увеличение количества добавок более 5 % будет технологически, а также экономически не целесообразным, так как стоимость оксигена-тов достаточно высокая. Кроме того, существуют ограничения на оксигенатные добавки, которые не должны превышать этого предельного значения для высокооктановых моторных топлив Премиум-95 и Супер-98.
Обобщая результаты данного этапа исследований можно сделать вывод, что введение ацетона и анизола в состав моторного топлива является неэффективным, поэтому дальнейшие исследования проводились с эфирами моно-, ди-, три-, тетра- и пентаэтиленгликолей. Среди них были выбраны: этилцеллозольв (ЭЦ); этилкарбитол (ЭК); бутилцеллозольв (БЦ); бутилкарбитол (БК).
ЭЦ и БЦ являются целевыми продуктами производства эфиров, а ЭК и БК - кубовыми остатками, отходами производства соответствующих целлозольвов. Целлозольвы - индивидуальные вещества с чистотой продуктов не менее ~ 99,5 %. Они являются стабильными продуктами. Карбито-лы, в отличие от целлозольвов, всегда имеют нестабильный состав, т.к. отходы производства не контролируются по качеству и компонентному составу. Это говорит о том, что подобные нецелевые продукты от партии к партии могут достаточно сильно отличаться друг от друга. Для выяснения данного обстоятельства был проведен анализ доступных источников информации по относительной стабильности карбитолов. Было выяснено, что образцы карби-толов, взятые из различных партий одного и того же производства целлозольвов в период времени от полугода до года незначительно различаются по составу и содержанию входящих компонентов. Связано это, по всей видимости, с установившимся стабильным режимом работы действующих установок, эксплуатируемых ни один десяток лет. Следовательно, нестабильность и незначительное изменение состава карбитолов, исследуемых в качестве добавок, будет мало влиять на дисперсию получаемых
результатов при оценке антидетонационной стойкости моторного топлива, и этим фактором можно пренебречь.
В табл. 2 также приведены результаты повышения ОЧИ бензина при введении целлозольвов и карбитолов при концентрациях 1^7 % в бензине. Результаты показывают, что наибольшее изменение прироста ОЧ происходит при введении испытуемых эфиров в количестве 1 % (табл. 2, п/п № 5), что также выражается в достаточно существенном повышении ОЧИ исходного бензина с 82,1 до 88^90 ед. Во всем диапазоне концентраций большую эффективность проявляет бутилкарбитол. При введении его в в количестве 1 % ОЧИ бензина повышается до 90 ед.
По показателю повышения ОЧИ среди эфи-ров можно выстроить ряд в порядке возрастания: БЦ < ЭЦ < ЭК < БК. Если ориентироваться на предельно-допустимую концентрацию, а именно 5 %-ное введение добавок, то ОЧИ исходного бензина в этом ряду может быть увеличено в интервале 91,4^94,9 ед. (табл. 2, п/п № 9), соответственно. С целью выяснения эффективности указанного ряда добавок при дальнейшем увеличении концентраций их в бензине установлено, что, например, 5 %-ная концентрация оксигенатов дает суммарный прирост ОЧ в интервале 9,3^12,8 ед., а 7 %-ная концентрация незначительно изменяет дополнительный прирост, приблизительно всего лишь на 1,5 ед.
Для более наглядной иллюстрации полученных результатов на рисунках 1 и 2 представлены кривые концентрационных зависимостей изменения ОЧИ и прироста ОЧ исходного бензина при введении различных оксигенатных добавок.
О,и 0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3.5 1,0 1,5 5,0 5,5 6.0 6.5 7,0 Ксм|нчнл1!о шзйалки, м У Ацетон □ Анизол
—6— Гнинцештотлы —Путтшцешютлът
—э— "^пшкар&нтол —Бупткарбкгап
Рис. 1 - Концентрационные зависимости изменения ОЧИ бензинов при введении различных оксигенатных добавок
Представленные графические зависимости демонстрируют общую тенденцию, а именно, полого восходящую закономерность повышения ОЧИ и экстремальную - прироста ОЧ от концентраций всех исследованных оксигенатных добавок. Причем для целлозольвов и карбитолов ярко выраженный экстремум наблюдается в области малых концентраций (в точке тах=1 %), а для ацетона и анизола в области более высоких концентраций (в точке тах=5 %).
Сравнение исследованных оксигенатных добавок показывает, что среди них наибольшей эффективностью в повышении антидетонационной стойкости моторного топлива обладают карбитолы, затем цел-лозольвы, ацетон и анизол. Такая же тенденция прослеживается и в изменении прироста 04.
2.0
§ 1,5 О
0,3
с Г' i-'
/
С К -L
0.25 0.50 0,75 1,00 ZOO 3.00 4,00 5,00 6,00 7,00 Кглнчкгтодобапки. %ыйсс.
ж Ацетон И Анизол
—*V >|-'1_1|;'ГГ(УК>->," А Вушщнвндади
-е- ЭшпгарОикш —:;у|г.:кя:| mi:
Рис. 2 - Концентрационные зависимости изменения прироста октанового числа бензинов при введении различных оксигенатных добавок
Бензины с различными оксигенатными добавками и разными их концентрациями оценивались на соответствие ряду показателей по ГОСТ Р 5110597 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия». Для этого определялись: фракционный состав на АРНП-ПХП; содержание серы ламповым методом; содержание ароматических углеводородов методами сульфирования и анилиновых точек; плотность; октановое число; кислотность; коррозионное воздействие методом испытания на медной пластинке; давление насыщенных паров; индукционный период стойкости бензина к окислению при длительном хранении; показатель преломления на рефрактометре ИРФ-454. Оценивался внешний вид.
Результаты показали, что введение исследованных оксигенатов в прямогонную бензиновую фракцию приводит к незначительному, причем положительному, изменению физико-химических показателей и эксплуатационных свойств моторных топлив, которые в целом соответствуют требованиям к бензинам тех или иных марок (см. табл. 3). Так, содержание общей серы уменьшается в бензине с увеличением концентрации добавок в результате его разбавления. При введении анизола в бензин содержание ароматики увеличивается ввиду ароматичности самой добавки. Однако из-за низкой эффективности анизола не следует рассматривать его как альтернативный вариант замены существующих аналогов. Введение эфиров и ацетона положительно отражается на снижении ароматики в бензине. Не менее значимым является изменение фракционного состава полученных бензинов, который отвечает за эксплуатационные и пусковые свойства моторного топлива. Как видно, процентный объем при 70 °С
несколько увеличивается при добавлении целло-зольвов и карбитолов, что является, в общем случае, положительным фактором с точки зрения легкости воспламенения паровоздушной смеси и легкости запуска двигателя в холодное время года. Процентный отгон при 100 °С и 150 °С практически не изменяется и соответствует значениям ГОСТ. Также важным показателем является температура конца кипения топлива, которая, в отличие от исходного бензина, несколько уменьшается. Изменение данно-
Таблица 3 - Показатели исследуемых образцов ок
го показателя можно оценивать как положительный фактор, который отвечает за полноту сгорания топлива на завершающей стадии горения и способствует снижению нагарообразования на свечах, кольцах и цилиндрах ДВС. Снижение выхода и выброса в атмосферу продуктов неполного сгорания при нормальной работе ДВС также можно отнести к аспекту эколо-гичности эксплуатации моторного топлива. Остальные показатели изменяются в допустимых пределах.
ных топлив
Показатели Значения ГОСТ Р 51105-97 Образцы топлив с оксигенатными добавками
исходный бензин бензин + ацетон 5 % бензин + анизол 5 % бензин + этил-целлозольв 1 % бензин + бутил-целлозольв 1 % бензин + этил-карбитол 1 % бензин + бутил-карбитол 1 %
ОЧИ, ед. > 80,0 82,1 87,0 86,1 88,0 87,7 89,2 90,0
Концентрация свинца, марганца, железа, мг/дм3 отсутствие отсутствие
Индукционный период бензина, мин, не менее 360 600 600 600 600 600 600 600
Концентрация серы, мг/кг, не более (класс 2) 500 490 429 427 485 487 484 485
Объемная доля ароматических углеводородов, %, не более 35,0 23,3 23,4 26,1 23,7 23,4 23,6 23,5
Фракционный состав: Объем испарившегося бензина, %, при температуре: 70 0С 100 ОС 150 0С, не менее Температура конца кипения, 0С, не выше Остаток в колбе, % об., не более 15-50 40-70 75 215 2,0 15 55 90 180 1,5 15 54 88 182 1,5 15 52 89 181 1,5 18 50 88 179 1,7 19 50 89 178 1,9 19 49,5 88 174 1,8 19 49 87 175 1,8
Плотность, при 15 °С, кг/м3 700,0-750,0 725,0 735,0 736,0 724,0 725,0 727,0 0,726
Кислотное число, мг КОН/г - 0,75 0,77 0,77 0,91 0,81 0,86 0,82
Показатель преломления - 1,4177 1,4289 1,4340 1,4430 1,4281 1,4320 1,4288
Испытание на медной пластинке Класс 1 Класс 1 Класс 1 Класс 1 Класс 1 Класс 1 Класс 1 Класс 1
Внешний вид Чистый прозрачный
Кислородсодержащие органические соединения, применяемые в качестве высокооктановых добавок к бензинам, в основном, имеют температуру кипения меньше 100 °С. Применение их в качестве компонентов автомобильного бензина позволяет неравномерно повысить октановое число узких бензиновых фракций. В этой связи основным фактором, определяющим детонационную стойкость бензина, является коэффициент распределения детонационной стойкости (КРДС) по фракциям. Распределение октанового числа по фракциям зависит от компонентного и углеводородного составов бензина. Этому показателю отводится важная роль, так как от него зависит стабильность (бесперебойность) и надежность работы двигателя внутреннего сгорания от такта впрыска топлива в цилиндры ДВС до такта выпуска продуктов сгорания. Коэффициент распределения детонационной стойкости моторного топлива рассчитывается как соотношение между октановыми числами фракций, выкипающих до и выше 100 °С, определенными по исследовательскому методу.
Из приведенных в табл. 4 экспериментальных данных видна неравномерность распределения детонационной стойкости бензина по его фракциям - н.к.-100 °С и 100 °С-к.к. (-180 °С). Результаты показывают, что введение всех испытанных добавок оказывает большее влияние на повышение октанового числа низкокипящей фракции, чем высококи-пящей. При этом КРДС колеблется в пределах 0,720,84 в зависимости от примененного оксигената. Исходя из КРДС исходного бензина (фракция н.к.-100 °С имеет ОЧИ=68,5 ед) можно сделать вывод о том, что приемистость к ацетону и анизолу выше у легкой фракции (прирост ОЧ= 9,5 и 11,3 ед., соответственно) при наличии в ней низкомолекулярных углеводородов С5-С7 алканового ряда нормального строения, не являющихся носителями высоких октановых чисел, и отсутствии производных бензола. В состав более тяжелой узкой бензиновой фракции 100 °С-к.к., имеющей октановое число 96,5 ед., входят моноциклическая метил- и этилзамещенная ароматика (толуол, ксилолы, этилбензол), н-алканы и изо-алканы С8-С11, температуры кипения которых
находятся в интервале температур 100-180 0С, и они сами по себе уже являются носителями высоких октановых чисел. Приемистость углеводородов фракции, выкипающей выше 100 0 С, к ацетону и анизолу имеет отрицательное значение - ОЧИ снижается на 1,5^2 ед. Безусловно, это отражается на увеличении КРДС - с 0,71 до 0,84. Прямо противоположенная закономерность прослеживается в отношении приемистости узких бензиновых фракций
Таблица 4 - Коэффициент распределения детош добавками по узким фракциям
к целлозольвам и карбитолам, которая выражается в незначительном изменении КРДС, а именно, в увеличении на 0,01^0,02 по сравнению с КРДС в исходном бензине. Другими словами целлозольвы и карбитолы в равной степени повышают ОЧИ фракций, выкипающих до и выше 100 °С. Вместе с тем, лучшим моторным топливом является бензин, у которого КРДС равен 1.
эй стойкости (КРДС) бензинов с оксигенатными
№ образца Состав ОЧИн.к.-юо 0с, ед. ОЧИ100-180 ос, ед. КРДС
1 Бензин исходный 68,5 96,5 0,71
2 Бензин + 5% ацетона 77,0 93,6 0,82
3 Бензин + 5% анизола 79,8 95,1 0,84
4 Бензин + 1% ЭЦ 75,1 99,3 0,73
5 Бензин + 1% БЦ 72,7 101,0 0,72
6 Бензин + 1% ЭК 70,6 98,1 0,72
7 Бензин + 1% БК 72,6 99,5 0,73
Таким образом, если сравнивать между собой испытанные оксигенатные добавки, то предпочтение с точки зрения КРДС следует отдать ацетону и анизолу, а в ракурсе повышения ОЧИ более предпочтительными являются этил- и бутилкарбитолы. Следует отметить, что данное сравнение не является равнозначным по причине введения ацетона и анизола в количестве 5%, а целлозольвов и карбитолов всего лишь 1%. На основании проведенных экспериментов можно констатировать тот факт, что окси-генатный бензин, содержащий в качестве антидетонационных добавок до 3 % этил- и бутилкарбитолы, по всем параметрам соответствует требованиям ГОСТ Р 51105-97. При этом октановое число повышается до 10 единиц, а оксигенатный бензин соответствует моторному топливу АИ-92.
Выводы
1. Результаты исследований физико-химических свойств прямогонной бензиновой фракции показали, что, несмотря на предварительную активацию, она имеет относительно низкое ОЧИ=82,1 ед., но при этом основные показатели соответствуют требованиям, предъявляемым к моторным топливам по ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Бензин неэтилированный».
2. Исследованы кислородсодержащие соединения на предмет их возможного использования в качестве антидетонационных добавок к автомобильным бензинам. Установлено, что этилцеллозольв, бутилцел-лозольв, этилкарбитол и бутилкарбитол могут быть применены в качестве антидетонационных добавок к низкооктановым бензинам, причем предпочтение
следует отдать бутилкарбитолу. Аналогом явилась промышленная антидетонационная добавка МТБЭ, которая при сравнении с исследованными оксигена-тами показала относительно низкую эффективность в решении задачи повышения октанового числа при низких концентрациях.
3. По антидетонационной эффективности испытанные оксигенатные добавки можно расположить в ряду убывания: бутилкарбитол > этилкарбитол > этилцеллозольв > бутилцеллозольв > ацетон > анизол. Выявлено, что среди исследованных эфиров более эффективным является бутилкарбитол, который при концентрации в исходном бензине 3 % повышает его октановое число (по исследовательскому методу) до 92,9 ед., что по основным физико-химическим и эксплуатационным свойствам соответствует требованиям ГОСТ Р 51105-97 к моторному топливу АИ-92 и ГОСТ Р 51866-2002 - Регуляр-92.
Литература
1. Постановление Правительства РФ от 27 февраля 2008г. № 118 «Об утверждении технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту»» // http://www.gost.ru/.
2. Новые топливные стандарты и перспективы производства высокооктановых бензинов в России // Интернет-ресурс http://www.topreg.ru.
3. ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия» // http://vsegost.com/.
4. ГОСТ Р 51866-2002 «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» // http://vsegost.com/.
5. Капустин В.М. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками. - М.: КолосС, 2008. 232 с.
© Р. Ф. Хамидуллин - д-р техн. наук, проф. каф. ОХТ КНИТУ, [email protected]; Х. Э. Харлампиди - д-р хим. наук, проф. каф. ОХТ, г.н.с. КНИТУ, [email protected]; Т. Л. Пучкова - канд. техн. наук, ст. препод. той же кафедры, [email protected]; А. Ю. Мельник - магистр той же кафедры; А. Р. Бадрутдинова - магистр той же кафедры; М. М. Гали-уллина - магистр той же кафедры.
© R. F. Khamidullin, Doctor of Technical Sciences, professor of GChT KNRTU, [email protected]; K. E. Kharlampidi, Doctor of Chemistry Sciences, professor of GChT KNRTU, [email protected]; T. L. Puchkova, Ph.D., Art. Lecturer, Department of GChT KNRTU, [email protected]; A. Y. Melnyk, Master of the Department GChT KNRTU; A. R. Badrutdinova., Master of the Department GChT KNRTU; M. M. Galiullina, Master of the Department GChT KNRTU.
