Сюда же могут быть отнесены разного рода препараты, предназначенные для мощного химмотологического тюнинга топлива, в основном бензинов. Эти препараты, как правило, значительно повышают октановое число используемого топлива и обеспечивают его более эффективное сжигание при отсутствии побочных эффектов, таких как образование нагара и т. п.
Ремонтно-профилактические. В основном это препараты со «средней» эффективностью воздействия. Они обладают расширенным спектром действия, достаточной эффективностью, способностью предотвращать отказы топливной системы, корректировать качество используемого топлива. Основная задача — предотвращение необходимости в проведении дорогостоящего ремонта из‑за загрязнения системы подачи топлива, образования нагара, отложения тяжелых фракций из топлива в баке и на элементах системы питания, коррекцией качества топлива путем повышения октанового числа для бензина и цетанового числа для дизельного топлива, вытеснением и поглощением влаги (воды), растворением, преобразованием и выводом из топливной системы вредных примесей и отложений через их дожигание и многое другое.
Профилактические/корректирующие. Эти присадки «мягкого» действия, используются, как правило, в профилактических целях. Лучшие из них работают при малых концентрациях в топливе и продаются во флаконах с дозаторами. Основная задача — профилактический уход за всеми элементами топливной системы, поддержание их в чистоте и работоспособном состоянии. Основная задача может быть смещена в сторону коррекции качества используемого топлива путем повышения его октанового (цетанового для дизельного топлива) числа, вытеснения и поглощения влаги (воды), что важно при использовании топлива негарантированного качества или в специфичных погодных условиях повышенной влажности. Однако при этом не снимается задача поддержания топливной системы в чистоте.
Отдельной группой стоят препараты, предотвращающие образование геля в дизельном топливе (так называемые «Антигели») и препараты, позволяющие оперативно «разморозить» замерзшее дизельное топливо. Первые могут быть отнесены к профилактическим, вторые — к ремонтным или применяемым в особых, порой безвыходных ситуациях.
Обо всех этих присадках речь пойдет ниже.
Присадки к бензинам
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.
В качестве компонентов высокооктанового бензина также применяют метил — трет — С4–С5–алкиловые эфиры. Синтез осуществляется за счет реакции МеОН с соответствующим изоолефином при молекулярном соотношении (0,3…0,5):1 в прямоточном реакторе при 40…800 °C и давлении 5…7 атм.
Метанол и этанол уже давно используются в качестве самостоятельного моторного топлива. Перспективы применения и способы синтеза синтетического жидкого топлива на их основе будут подробнее рассмотрены в последующих главах.
Ароматические амины (производные анилина) в промышленности известны достаточно давно как горючее для ракетного топлива. В чистом виде анилин (С6Н5NH2) это бесцветная маслянистая жидкость с температурой кипения +184 °C и температурой плавления —6 °C. Анилин сильно ядовит, ограниченно растворяется в бензинах, под действием кислорода воздуха окисляется и темнеет, поэтому в чистом виде как антидетонационная присадка к бензинам не используется.
Ароматические амины обладают высоким антидетонационным эффектом, но в качестве присадки используется только монометиланилин (ММА) или N — анилин (С