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 становится 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].