Ця стаття потребує додаткових для поліпшення її . (березень 2021) |
Антидетонатори (антидетонаційні присадки, англ. antiknock agents) — речовини, що додаються в невеликих кількостях до для підвищення їхнього октанового числа й зниження ймовірності детонації палива у двигуні. Список речовин, що дозволяють підвищити антидетонаційні властивості палив досить великий, однак не всі з них можуть використовуватися через технологічні обмеження або через шкоду для навколишнього середовища.
Причини використання антидетонаційних засобів
Паливо, що використовується у двигунах з іскровим запалюванням, є сумішшю вуглеводнів, основним джерелом яких є сира нафта. Різні вуглеводні, що містяться в бензині, мають різне октанове число. Хоча теоретично можливо отримати бензин з певним октановим числом шляхом точної багаторазової ректифікації сирої нафти, це пов'язано з високими витратами в результаті відмови від використання деяких вуглеводнів, що містяться в нафті й необхідністю значних енерговитрат. Тому сирий бензин, який очистили, має октанове число від 40 до 60. Крім того, сирий бензин має змінне октанове число в залежності від джерела сирої нафти й умов перероблення. Процес крекінгу збільшує октанове число, до рівня близько 80—90.
Сучасним іскровим двигунам, що використовуються в автомобілях, потрібен бензин з октановим числом 95, і виробництво такого палива через рафінування й крекінг є економічно невигідним.
Метил-трет-бутиловий ефір
Метил-трет-бутиловий ефір (МТБЕ) зараз вважається найкращим антидетонатором. Обмеження його використання викликані особливостями експлуатаційних характеристик — відносно низькою теплотою згоряння й високою агресивністю проти гум. МТБЕ є безбарвною прозорою рідиною з різким запахом. Температура кипіння становить 54—55°С, густина 0,74 г/см3. Октанове число за дослідним методом становить 115—135 пунктів. Світове виробництво МТБЕ становить десятки мільйонів тонн на рік.
Як потенційні антидетонатори можливе застосування етил-трет-бутилового ефіру, трет-амілметилового ефіру, а також простих метилових ефірів, отриманих з олефінів С6 — С7. Крім того, розглядаються такі спирти: метиловий, етиловий, втор-бутанол і трет-бутанол.
Властивості деяких ефірів.
Ефір | Формула | ОЧД | ОЧМ | ОЧср | Ткип,°С |
МТБЕ | CH3-OC(CH3)3 | 118 | 110 | 114 | 55 |
[en] | C2H5-OC(CH3)3 | 118 | 102 | 110 | 70 |
[en] | CH3-OC(CH3)2C2H5 | 111 | 98 | 104,5 | 87 |
[en] | (CH3)2CH-O-CH(CH3)2 | 110 | 99 | 104,5 | 69 |
Для отримання бензинів АІ-95 й АІ-98 зазвичай використовують добавки МТБЕ або його суміш з трет-бутиловим спиртом, яка називається Фетерол — торгова назва Октану-115. Недоліком таких кисневмісних компонентів є низька температура кипіння ефірів, що в жарку погоду призводить до випаровування та до зниження октанового числа.
Сполуки свинцю
Найефективнішими й дешевими антидетонаційними (збільшують октанове число) присадками є органічні сполуки свинцю — тетраетилсвинець (ТЕС) і [ru], перший більш поширений. ТЕС є густою безбарвною й отруйною рідиною з температурою кипіння 200°C. ТЕС добре розчиняється у вуглеводнях і погано у воді. Він пригнічує утворення перекисних сполук в паливі, зменшуючи ймовірність детонації. Здатність ТЕС підвищувати антидетонаційні властивості палив була відкрита в 1921 році, а вже через два роки ТЕС стали інтенсивно виготовляти.
ТЕС не застосовують у чистому вигляді, оскільки утворений металевий свинець осідає на стінках циліндрів двигуна, що призводить до його пошкодження. З цієї причини в суміш з ТЕС вводять так звані вичищувачі, що утворюють з металевим свинцем леткі сполуки. Вони зазвичай є хлор- або бромвмісними з'єднаннями. Суміш ТЕС і вичищувача називають етиловою рідиною, а бензин, що містить добавки етилової рідини, — етилованим.
Етилова рідина дуже ефективна в підвищенні антидетонаційних властивостей палив. Добавка навіть до відсотка етилової рідини в бензин дозволяє збільшити його октанове число на 5—10 пунктів. Найефективніша концентрація ТЕС становить 0,5—0,8 г на 1 кг бензину. Вищі концентрації призводять до підвищення токсичності палива, тоді як детонаційна стійкість зростає незначно. З підвищенням вмісту ТЕС також може знижуватися надійність роботи двигуна через накопичення свинцю в камері згоряння. Якщо в паливі міститься сірка, то ефективність ТЕС різко знижується, оскільки утворений [ru] перешкоджає розкладанню перекисів. За зберігання етилованого бензину їхня детонаційна стійкість зменшується в результаті розкладу ТЕС. Цей процес прискорюється за наявності в паливі води, осадів, смол, зберігання за високої температури й ін.
Однак ТЕС дуже отруйний і є канцерогеном. Він може проникати в кров людини через пори шкіри й накопичуватися в ній. Також можливе попадання в організм через дихальні шляхи, що може спричиняти важкі захворювання. У їжі навіть невеликі дози ТЕС призводять до смертельних отруєнь. Свинцеві сполуки, що виходять з двигуна з вихлопними газами, осідають у ґрунті й відкладаються в листі придорожніх рослин. Виявлено підвищений вміст свинцю навіть у шерсті міських собак.
У Європі та інших розвинутих країн від ТЕС також відмовилися з введенням норм Євро-2.
Сполуки марганцю
Як антидетонаційні присадки використовують дві сполуки марганцю: циклопентадіенілтрикарбонілмарганець (ЦТМ) C5H5Mn(CO)3 і метилціилопентадіенілтрикарбонілмарганець (МЦТМ) СH3C5H4Mn(CO)3. Перший є кристалічним порошком жовтого кольору, другий — прозора малов'язка рідина бурштинового кольору з трав'янистим запахом, з температурою кипіння 233°C, густиною 1,3884 г/см 3 і температурою плавлення 1,5°C. МЦТМ добре розчинний у бензині й практично не розчиняється у воді.
Ці з'єднання мало відрізняються за експлуатаційними властивостями й мають приблизно однакову ефективність. Марганцеві сполуки не відрізняються за ефективністю від ТЕС, проте в перерахунку на вміст металу вони ефективніші. При цьому токсичність марганцевих присадок в 300 разів нижче. Їхнім недоліком є розкладання на світлі, що веде до втрати антидетонаційних властивостей. Попри високу ефективність, їхнє застосування загрожує екології.
Сполуки заліза
Як антидетонатори можуть використовуватися пентакарбоніл заліза, диізобутиленовий комплекс пентакарбонілу заліза і фероцен. Ефективність пентакарбонілу заліза Fe(CO)5 була виявлена в 1924 році. Він є світло-жовтою рідиною з характерним запахом (густина 1,457 г/см3, температура кипіння 102,2°C, температура плавлення 20°C). Його застосовували в 1930-і роки в Німеччині в концентрації 2—2,5 мл/кг. Потім його використання припинилося через те, що при його згорянні утворювалися оксиди заліза, що порушували роботу свічок запалювання. При цьому швидше зношувалися стінки циліндра двигуна. Збільшення октанового числа при використанні Fe(CO)5 на 15—20% менший, ніж при використанні етилової рідини. Його недоліком також є схильність до швидкого розкладання на світлі до нерозчинного карбонілу Fe(CO)9.
Діиізобутиленовий комплекс пентакарбонілу заліза [Fe(CO)5]3[C8H16]5 — рідина з густиною 0,955 г/см3 і температурою кипіння 27—32°C, добре розчинна в бензині. За антидетонаційною стійкістю він схожий на пентакарбоніл заліза.
Ферроцен (С5H5)2Fe — це легкозаймистий кристалічний порошок оранжевого кольору (температура плавлення 174°C, кипіння 249°C, розкладання 474°C). Він повністю розчинний у бензині й має більшу антидетонаційну стійкість, ніж інші сполуки заліза. Ферроцен і його похідні можна використовувати в складі бензинів всіх марок за концентрації заліза не більше 37 мг/мл. Концентрацію ферроцена обмежують з двох причин. По-перше, через утворення оксидів заліза, які залишаються у вигляді накипу на частинах двигуна, а також накопичуються в мастилі. По-друге, через схильності бензину до смолоутворення.
Амінні сполуки
Анілін С6H5NH2 — безбарвна масляниста рідина з температурою кипіння 184°C і температурою плавлення -6°C. Анілін є отруйною сполукою та має обмежену розчинність в бензині. На повітрі він окиснюється й темніє. За низької температури суміші аніліну з бензином схильні до розшарування, тому в чистому вигляді анілін як антидетонатор не застосовується.
Ароматичні аміни мають високий антидетонаційний ефект, але застосовується тільки монометиланілін (N-метиланілін) — С6H5NHCH3. Це масляниста рідина жовтого кольору з густиною 0,98 г/см3, що розчиняється в бензині, спиртах та ефірах. Октанове число за дослідним методом 280. Однак ароматичні аміни мають істотний недолік — вони схильні до смолоутворення й спричиняють швидше зношення деталей двигуна.
Порівняльні характеристики антидетонаторов
Концентрація антидетонаторів у паливі з тієї чи іншої причини обмежена, що призводить до обмеженого збільшення октанового числа. Крім того, приріст октанового числа нелінійно залежить від концентрації добавки й для кожного антидетонатора існує максимальна концентрація, вище якої він вже не проявляє додаткового ефекту.
Порівняльні характеристики антидетонаторов
Тип присадки | Максимальна концентрація | Причина обмеження | Макс. приріст ОЧ |
оксигенатів | 15% | Відносно низька теплота згоряння й висока агресивність проти гум | 4—6 |
Pb-містять | 0,17 г Pb/л | Висока токсичність та утворення накипу в камері згоряння | 8 |
Mn-які містять | 50 мг Mn/л | Підвищене зношення, утворення накипу на свічках запалювання й в камері згоряння | 5—6 |
Fe-містять | 38 мг Fe/л | Підвищене зношення, утворення накипу на свічках запалювання й в камері згоряння | 3—4 |
ароматичні аміни | 1—1,3% | Засмолення деталей двигунай паливної системи. Збільшення зношення деталей циліндро-поршневої групи | 6 |
Примітки
- А.К.Мановян. Технология переработки природных энергоносителей. — Москва : Химия, КолосС, 2004. — 456 с. — , 5-9532-0219-97.
- Е.В.Бойко. Химия нефти и топлив. Учебное пособие. — Ульяновск : УлГТУ, 2007. — 60 с. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cya stattya potrebuye dodatkovih posilan na dzherela dlya polipshennya yiyi perevirnosti Bud laska dopomozhit udoskonaliti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Zvernitsya na za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno berezen 2021 Antidetonatori antidetonacijni prisadki angl antiknock agents rechovini sho dodayutsya v nevelikih kilkostyah do dlya pidvishennya yihnogo oktanovogo chisla j znizhennya jmovirnosti detonaciyi paliva u dviguni Spisok rechovin sho dozvolyayut pidvishiti antidetonacijni vlastivosti paliv dosit velikij odnak ne vsi z nih mozhut vikoristovuvatisya cherez tehnologichni obmezhennya abo cherez shkodu dlya navkolishnogo seredovisha Prichini vikoristannya antidetonacijnih zasobivPalivo sho vikoristovuyetsya u dvigunah z iskrovim zapalyuvannyam ye sumishshyu vuglevodniv osnovnim dzherelom yakih ye sira nafta Rizni vuglevodni sho mistyatsya v benzini mayut rizne oktanove chislo Hocha teoretichno mozhlivo otrimati benzin z pevnim oktanovim chislom shlyahom tochnoyi bagatorazovoyi rektifikaciyi siroyi nafti ce pov yazano z visokimi vitratami v rezultati vidmovi vid vikoristannya deyakih vuglevodniv sho mistyatsya v nafti j neobhidnistyu znachnih energovitrat Tomu sirij benzin yakij ochistili maye oktanove chislo vid 40 do 60 Krim togo sirij benzin maye zminne oktanove chislo v zalezhnosti vid dzherela siroyi nafti j umov pereroblennya Proces krekingu zbilshuye oktanove chislo do rivnya blizko 80 90 Suchasnim iskrovim dvigunam sho vikoristovuyutsya v avtomobilyah potriben benzin z oktanovim chislom 95 i virobnictvo takogo paliva cherez rafinuvannya j kreking ye ekonomichno nevigidnim Metil tret butilovij efirMetil tret butilovij efir MTBE zaraz vvazhayetsya najkrashim antidetonatorom Obmezhennya jogo vikoristannya viklikani osoblivostyami ekspluatacijnih harakteristik vidnosno nizkoyu teplotoyu zgoryannya j visokoyu agresivnistyu proti gum MTBE ye bezbarvnoyu prozoroyu ridinoyu z rizkim zapahom Temperatura kipinnya stanovit 54 55 S gustina 0 74 g sm3 Oktanove chislo za doslidnim metodom stanovit 115 135 punktiv Svitove virobnictvo MTBE stanovit desyatki miljoniv tonn na rik Yak potencijni antidetonatori mozhlive zastosuvannya etil tret butilovogo efiru tret amilmetilovogo efiru a takozh prostih metilovih efiriv otrimanih z olefiniv S6 S7 Krim togo rozglyadayutsya taki spirti metilovij etilovij vtor butanol i tret butanol Vlastivosti deyakih efiriv Efir Formula OChD OChM OChsr Tkip S MTBE CH3 OC CH3 3 118 110 114 55 en C2H5 OC CH3 3 118 102 110 70 en CH3 OC CH3 2C2H5 111 98 104 5 87 en CH3 2CH O CH CH3 2 110 99 104 5 69 Dlya otrimannya benziniv AI 95 j AI 98 zazvichaj vikoristovuyut dobavki MTBE abo jogo sumish z tret butilovim spirtom yaka nazivayetsya Feterol torgova nazva Oktanu 115 Nedolikom takih kisnevmisnih komponentiv ye nizka temperatura kipinnya efiriv sho v zharku pogodu prizvodit do viparovuvannya ta do znizhennya oktanovogo chisla Spoluki svincyuNajefektivnishimi j deshevimi antidetonacijnimi zbilshuyut oktanove chislo prisadkami ye organichni spoluki svincyu tetraetilsvinec TES i ru pershij bilsh poshirenij TES ye gustoyu bezbarvnoyu j otrujnoyu ridinoyu z temperaturoyu kipinnya 200 C TES dobre rozchinyayetsya u vuglevodnyah i pogano u vodi Vin prignichuye utvorennya perekisnih spoluk v palivi zmenshuyuchi jmovirnist detonaciyi Zdatnist TES pidvishuvati antidetonacijni vlastivosti paliv bula vidkrita v 1921 roci a vzhe cherez dva roki TES stali intensivno vigotovlyati TES ne zastosovuyut u chistomu viglyadi oskilki utvorenij metalevij svinec osidaye na stinkah cilindriv dviguna sho prizvodit do jogo poshkodzhennya Z ciyeyi prichini v sumish z TES vvodyat tak zvani vichishuvachi sho utvoryuyut z metalevim svincem letki spoluki Voni zazvichaj ye hlor abo bromvmisnimi z yednannyami Sumish TES i vichishuvacha nazivayut etilovoyu ridinoyu a benzin sho mistit dobavki etilovoyi ridini etilovanim Etilova ridina duzhe efektivna v pidvishenni antidetonacijnih vlastivostej paliv Dobavka navit do vidsotka etilovoyi ridini v benzin dozvolyaye zbilshiti jogo oktanove chislo na 5 10 punktiv Najefektivnisha koncentraciya TES stanovit 0 5 0 8 g na 1 kg benzinu Vishi koncentraciyi prizvodyat do pidvishennya toksichnosti paliva todi yak detonacijna stijkist zrostaye neznachno Z pidvishennyam vmistu TES takozh mozhe znizhuvatisya nadijnist roboti dviguna cherez nakopichennya svincyu v kameri zgoryannya Yaksho v palivi mistitsya sirka to efektivnist TES rizko znizhuyetsya oskilki utvorenij ru pereshkodzhaye rozkladannyu perekisiv Za zberigannya etilovanogo benzinu yihnya detonacijna stijkist zmenshuyetsya v rezultati rozkladu TES Cej proces priskoryuyetsya za nayavnosti v palivi vodi osadiv smol zberigannya za visokoyi temperaturi j in Odnak TES duzhe otrujnij i ye kancerogenom Vin mozhe pronikati v krov lyudini cherez pori shkiri j nakopichuvatisya v nij Takozh mozhlive popadannya v organizm cherez dihalni shlyahi sho mozhe sprichinyati vazhki zahvoryuvannya U yizhi navit neveliki dozi TES prizvodyat do smertelnih otruyen Svincevi spoluki sho vihodyat z dviguna z vihlopnimi gazami osidayut u grunti j vidkladayutsya v listi pridorozhnih roslin Viyavleno pidvishenij vmist svincyu navit u shersti miskih sobak U Yevropi ta inshih rozvinutih krayin vid TES takozh vidmovilisya z vvedennyam norm Yevro 2 Spoluki margancyuYak antidetonacijni prisadki vikoristovuyut dvi spoluki margancyu ciklopentadieniltrikarbonilmarganec CTM C5H5Mn CO 3 i metilciilopentadieniltrikarbonilmarganec MCTM SH3C5H4Mn CO 3 Pershij ye kristalichnim poroshkom zhovtogo koloru drugij prozora malov yazka ridina burshtinovogo koloru z trav yanistim zapahom z temperaturoyu kipinnya 233 C gustinoyu 1 3884 g sm 3 i temperaturoyu plavlennya 1 5 C MCTM dobre rozchinnij u benzini j praktichno ne rozchinyayetsya u vodi Ci z yednannya malo vidriznyayutsya za ekspluatacijnimi vlastivostyami j mayut priblizno odnakovu efektivnist Margancevi spoluki ne vidriznyayutsya za efektivnistyu vid TES prote v pererahunku na vmist metalu voni efektivnishi Pri comu toksichnist margancevih prisadok v 300 raziv nizhche Yihnim nedolikom ye rozkladannya na svitli sho vede do vtrati antidetonacijnih vlastivostej Popri visoku efektivnist yihnye zastosuvannya zagrozhuye ekologiyi Spoluki zalizaYak antidetonatori mozhut vikoristovuvatisya pentakarbonil zaliza diizobutilenovij kompleks pentakarbonilu zaliza i ferocen Efektivnist pentakarbonilu zaliza Fe CO 5 bula viyavlena v 1924 roci Vin ye svitlo zhovtoyu ridinoyu z harakternim zapahom gustina 1 457 g sm3 temperatura kipinnya 102 2 C temperatura plavlennya 20 C Jogo zastosovuvali v 1930 i roki v Nimechchini v koncentraciyi 2 2 5 ml kg Potim jogo vikoristannya pripinilosya cherez te sho pri jogo zgoryanni utvoryuvalisya oksidi zaliza sho porushuvali robotu svichok zapalyuvannya Pri comu shvidshe znoshuvalisya stinki cilindra dviguna Zbilshennya oktanovogo chisla pri vikoristanni Fe CO 5 na 15 20 menshij nizh pri vikoristanni etilovoyi ridini Jogo nedolikom takozh ye shilnist do shvidkogo rozkladannya na svitli do nerozchinnogo karbonilu Fe CO 9 Diiizobutilenovij kompleks pentakarbonilu zaliza Fe CO 5 3 C8H16 5 ridina z gustinoyu 0 955 g sm3 i temperaturoyu kipinnya 27 32 C dobre rozchinna v benzini Za antidetonacijnoyu stijkistyu vin shozhij na pentakarbonil zaliza Ferrocen S5H5 2Fe ce legkozajmistij kristalichnij poroshok oranzhevogo koloru temperatura plavlennya 174 C kipinnya 249 C rozkladannya 474 C Vin povnistyu rozchinnij u benzini j maye bilshu antidetonacijnu stijkist nizh inshi spoluki zaliza Ferrocen i jogo pohidni mozhna vikoristovuvati v skladi benziniv vsih marok za koncentraciyi zaliza ne bilshe 37 mg ml Koncentraciyu ferrocena obmezhuyut z dvoh prichin Po pershe cherez utvorennya oksidiv zaliza yaki zalishayutsya u viglyadi nakipu na chastinah dviguna a takozh nakopichuyutsya v mastili Po druge cherez shilnosti benzinu do smoloutvorennya Aminni spolukiAnilin S6H5NH2 bezbarvna maslyanista ridina z temperaturoyu kipinnya 184 C i temperaturoyu plavlennya 6 C Anilin ye otrujnoyu spolukoyu ta maye obmezhenu rozchinnist v benzini Na povitri vin okisnyuyetsya j temniye Za nizkoyi temperaturi sumishi anilinu z benzinom shilni do rozsharuvannya tomu v chistomu viglyadi anilin yak antidetonator ne zastosovuyetsya Aromatichni amini mayut visokij antidetonacijnij efekt ale zastosovuyetsya tilki monometilanilin N metilanilin S6H5NHCH3 Ce maslyanista ridina zhovtogo koloru z gustinoyu 0 98 g sm3 sho rozchinyayetsya v benzini spirtah ta efirah Oktanove chislo za doslidnim metodom 280 Odnak aromatichni amini mayut istotnij nedolik voni shilni do smoloutvorennya j sprichinyayut shvidshe znoshennya detalej dviguna Porivnyalni harakteristiki antidetonatorovKoncentraciya antidetonatoriv u palivi z tiyeyi chi inshoyi prichini obmezhena sho prizvodit do obmezhenogo zbilshennya oktanovogo chisla Krim togo pririst oktanovogo chisla nelinijno zalezhit vid koncentraciyi dobavki j dlya kozhnogo antidetonatora isnuye maksimalna koncentraciya vishe yakoyi vin vzhe ne proyavlyaye dodatkovogo efektu Porivnyalni harakteristiki antidetonatorov Tip prisadki Maksimalna koncentraciya Prichina obmezhennya Maks pririst OCh oksigenativ 15 Vidnosno nizka teplota zgoryannya j visoka agresivnist proti gum 4 6 Pb mistyat 0 17 g Pb l Visoka toksichnist ta utvorennya nakipu v kameri zgoryannya 8 Mn yaki mistyat 50 mg Mn l Pidvishene znoshennya utvorennya nakipu na svichkah zapalyuvannya j v kameri zgoryannya 5 6 Fe mistyat 38 mg Fe l Pidvishene znoshennya utvorennya nakipu na svichkah zapalyuvannya j v kameri zgoryannya 3 4 aromatichni amini 1 1 3 Zasmolennya detalej dvigunaj palivnoyi sistemi Zbilshennya znoshennya detalej cilindro porshnevoyi grupi 6PrimitkiA K Manovyan Tehnologiya pererabotki prirodnyh energonositelej Moskva Himiya KolosS 2004 456 s ISBN 5 98109 004 9 5 9532 0219 97 E V Bojko Himiya nefti i topliv Uchebnoe posobie Ulyanovsk UlGTU 2007 60 s ISBN 978 5 89146 900 0