5 Мг/100 см3 палива)

Метали	Вміст фактичних смол, мг/100 см3
	Через 1 місяць	Через 2 місяці
Залізо Алюміній Цинк Свинець	25 28 31 48	33 40 46 162

Такі метали значно знижують дію інгібіторів окислення. Автомобільні паливні баки виготовлені із свинцевої сталі, всередині баків є мідні сітки і фільтри, припаяні оловом, латунні пробки паливних фільтрів. Співвідношення поверхні кольорового металу до об’єму палива досить велике. Крім того, об'єм палива в паливних баках автомобілів незначний порівняно з об'ємами резервуарів для зберігання палив, площа зіткнення палива з повітрям в баках велика. Тому термін зберігання бензину в баках автомобіля не повинний перевищувати двох місяців (деяких бензинів менше).

Щоб зменшити швидкість окислення бензинів, треба уникати частого перекачування.

Здатність бензинів до нагаро-, лакоутворення і його корозійність збільшується, якщо в них є вода і механічні домішки. При виробництві бензину вода і механічні домішки в ньому відсутні. Вони з'являються при зберіганні, транспортуванні і використанні брудної тари. Вода в бензині може бути в гігроскопічному (зв'язаному) і вільному стані.

Вільна вода, яка попадає в бензин ззовні, легко відстоюється.

При використанні бензину з наявною в ньому водою і механічними домішками (піском, пилом, іржею і т.ін.) може порушитись його подача в двигун. Вода прискорює розкладання антидетонаторів в бензинах, негативно діє на антиокисні присадки. Механічні домішки погіршують прокачування палива, порушують калібрування жиклерів, форсунок, збільшуючи витрати палива, спричинюють погіршення приймальності двигуна і появу "провалів" при збільшенні частоти обертання колінчастого вала за рахунок порушення герметичності зворотнього клапана насоса - прискорювача.

Вміст води і механічних домішок у бензині можна визначити візуально в чистій скляній посудині.

Лекція 6 економія бензинів та добавки до них

3 метою економії нафтового палива, підвищення октанового числа, покращання пускових якостей до бензинів можна додавати різні нетрадиційні добавки: спирти (метанол, етанол, бутанол, ізопропанол та ін.), ефіри (метилтретиннобутиловий - МТБЕ, метилтретиннопентиловий - МТПЕ), вуглеводневе газове паливо, водень та інші добавки, які відомі понад 100 років. На практиці різні добавки можна застосовувати, знаючи їх властивості. Деякі показники добавок і компонентів наведені в табл.

Таблиця. Властивості високооктанових компонентів і добавок

Компонент	Температура кипіння, 0С	Октанове число/М	Теплота згоряння, МДж/кг
Ізопентан	24-32	90	48,69
Неогексан	46-125	91-96	47,92
Триптан 100%-й	80,9	104	47,35
Ізооктан технічний	59-186	99-100	46,93
Алкилат	54-188	90	46,93
Бензол	54-188	90	46,93
Толуол	110-111	103	42,53
Ізопропилбензол	152	96	43,07
Ацетон	56	100	30,46
Метанол	64,8	95	19,95
Етанол	78,3	94	27,72

Кожний компонент, що додається до бензину, має свою змішувальну характеристику, яка залежить від ряду факторів, тому дослідження на установках є обов’язковими.

Деякі індивідуальні сполуки мають октанові числа 100 і вище: ацетон і толуол - 100/М, бензол - 108/М, триптан - 104/М (табл.). Незважаючи на високі антидетонаційні властивості окремих сполук, використовувати їх в чистому вигляді неможливо, тому що не забезпечуються інші експлуатаційні вимоги: випаровування, теплота згоряння паливо-повітряної суміші, температура застигання та ін. При виборі високооктанових компонентів слід враховувати температуру повітря, розчинність у воді та нафтопродукті, гігроскопічність, нагароутворення, корозійність та ін. Ізопентан, наприклад, не придатний до використання влітку, тому що має низьку температуру кипіння; бензол - взимку, тому що має високу температуру застигання. Добавка ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, триптану, нафталіну та ін.) пов'язана з підвищеним нагароутворенням, виникненням розжарювального запалювання, збільшенням токсичності відпрацьованих газів. На нафтозаводах в процесі приготування товарних бензинів додають ароматичні вуглеводні в допустимій кількості.

Введення надлишку компонентів чи добавок до бензину може зашкодити двигуну і середовищу.

Треба дуже ретельно аналізувати деякі рекомендації щодо різних добавок та компонентів до палив, різних пристроїв, які з'являються в періодичній літературі, таких, як добавки нафталіну, магнітна обробка, використання "конусів" тощо. Як правило, такі пропозиції мають інші негативні впливи або не дають ніякого позитивного наслідку.

Не можна до бензинів додавати ацетон, незважаючи на високе октанове число і його розчинність у бензині. Внаслідок високої розчинності води в ацетоно-бензинових сумішах останні можуть спричинити обледеніння карбюратора, розшарування суміші. Ацетон токсичний, має високі корозійні властивості.

З метою покращання антидетонаційних властивостей бензинів та економії нафтового палива як добавки до бензинів можна використовувати одноатомні спирти (метанол, етанол), вторинні та третинні спирти, ефіри. Із вторинних та третинних спиртів як високооктанові компоненти можуть використовуватись ВБС і ТБС (вторинний і третинний бутиловий спирт відповідно), або суміш спирту з ефіром (МТБЕ).Показники якості деяких з них наведені в табл.

Використання спиртів як самостійного палива і як добавок відоме давно. При добавках спиртів до бензину в двигунах утворюється менше нагару порівняно з нагароутворенням при використанні бензинів без спирту, у відпрацьованих газах менше токсичних речовин. Спирти мають високу теплоту випаровування, що дозволяє знизити температуру горючої суміші в такті впуску, що в свою чергу дає можливість використовувати палива з меншим октановим числом.

Таблиця. Показники якості альтернативних палив

Показники	Паливо
	Метанол	Етанол	Ізопропанол	МТБЕ	ВБС	Бензол	Толуол
Густина при 200С, кг/м3 Теплота згоряння, МДж/кг Температура, 0С:  - застигання  - кипіння Октанове число за методом:  - моторним  - дослідницьким	792 19,95 -98 64,8 95 114	789 27,72 -114 78,3 94 111	785 30,37 -88,5 82,4 99 106	746 35,16 -108 55 101 117	810 35,66 -114 99,5 - 110	879 42,28 +5,5 80-81 108 -	876 42,53 -95 110-111 103 -

Бензин і "безводний" (абсолютний) етиловий спирт взаєморозчинні у любих співвідношеннях і температурах. На практиці іноді використовується не абсолютний спирт, а азеотропна суміш, яка містить 96% спирту і 4% води, або 95% спирту і 5% води. Остання суміш не розчиняється в бензині при температурах нижче 49 ⁰С, якщо її додати до бензину в кількості більше І0%, а при температурах нижче 38°С - в кількості більше 20%. Відбувається розшарування бензино-спиртових сумішей. При температурі 20⁰С розшарування сумішей відбувається при вмісті води в спирті:

Вміст спирту в суміші, %	Мінімально допустимий вміст води, % на суміш
3 10 25 50	0,02 0,30 1,12 1,42

Допустимий вміст води збільшується з підвищенням концентрації етанолу; він збільшується в присутності ароматичних вуглеводнів, вищих спиртів. При додаванні 10% бензолу чи толуолу до суміші, що містить 10% етанолу, критична температура розшарування знижується на 8...11⁰С. Більше 70 років тому була розроблена паливна суміш, яка складалась з бензину, етилового спирту та бензолу.

Слід зазначити, що бензол кристалізується при температурі +5,5 ⁰С (при відповідній концентрації) і крім того, він дефіцитний і високотоксичний. Тому була запропонована заміна бензолу толуолом чи сумішшю ароматичних вуглеводнів.

В таблиці наведена ефективність підвищення октанового числа бензину при додаванні ароматичних вуглеводнів та етанолу. Спирт майже вдвічі ефективніший порівняно з ароматичними вуглеводнями.

Таблиця. Підвищення октанового числа бензину при додаванні окремих компонентів

Компонент	Октанове число паливної суміші за моторним методом при введенні компонентів в кількості, % об.
	Вихідний бензин	10	20	30	40	50
Бензол Толуол Етанол (абсолютний)	70 70 70	71,5 72,0 76,0	73,0 74,5 80,0	76,0 77,0 84,0	78,0 79,0 86,0	82,0 82,0 87,0

У практиці приготування товарних бензинів має місце добавка ароматичних вуглеводнів. З урахуванням їх нагароутворюючої дії вміст ароматичних вуглеводнів обмежений. Індивідуальні ароматичні сполуки можна заміняти на суміш ароматичних вуглеводнів, що утворюються при деструктивній гідрогенізації вугілля чи смол, на коксохімічних виробництвах. Ця суміш є стабілізатором спиртобензинових палив. Але і такі суміші розшаровуються при певних умовах. Підвищення вмісту спирту може спровокувати корозійні процеси, ароматичних - підвищення нагароутворення і токсичності відпрацьованих газів. На Україні використовують сумішеві палива, які складаються з бензину, абсолютного етилового спирту, ароматичних вуглеводнів. Ці бензини позначаються додатково літерами “Ек”, наприклад, А-92Ек, А-95Ек, А-98Ек. Добавка до бензину суміші етанолу з ароматичними вуглеводнями у відповідній кількості та співвідношенні компонентів більш ефективно підвищує октанове число порівняно з добавкою такої ж кількості цих компонентів, введених окремо (або спирт, або ароматичні вуглеводні).

Визначене співвідношення компонентів в паливі необхідне для забезпечення нормальної роботи двигуна без зменшення потужності та економічності, без підвищення корозійності палива та токсичності відпрацьованих газів.

Використання сумішей спиртів, бензину і ароматичних вуглеводнів дозволяє одержувати палива з високим октановим числом без використання високотоксичного тетраетилсвинцю (ТЕС) та інших металевих антидетонаторів. Застосування високооктанових палив призводить до зменшення їх витрат.

Як альтернативне паливо та добавка до нафтового палива може використовуватись метиловий спирт (метанол), виходячи з технології одержання, наявності сировинної бази та собівартості. Метанол абсолютний (без води) розчиняється в бензині в необмеженій кількості. Вода, навіть в невеликій кількості, призводить до розшарування суміші бензину з метанолом. Треба враховувати, що метанол має високу токсичність та підвищену корозійність.

Вторинні та третинні спирти, ефіри та їх суміші при добавленні до бензинів не розшаровуються, значно зменшується токсичність відпрацьованих газів. Так, при добавках до бензину 12% метилтретичнобутилового ефіру (МТБЕ) та вторинного бутилового спирту (ВБС) в однаковому співвідношенні значно зменшуються викиди оксиду вуглецю (до 15... 30%), вуглеводнів (до 4...11%), поліпшуються потужні та економічні показники двигуна. МТБЕ по токсичності не перевищує токсичність нафтопродуктів. Але вторинні, третинні спирти та ефіри значно дорожче метанолу та етанолу. Експлуатаційні характеристики роботи двигуна на суміші бензину з МТБЕ (без ВБС) більш високі порівняно а експлуатаційними характеристиками роботи двигуна на бензино-спиртових сумішах. Суміш з бензину та МТБЕ має хорошу фізичну стабільність, вона не розшаровується при зберіганні та використанні. Добавка МТБЕ до бензинів дає можливість відмовитись від застосування бензинів з антидетонаторами.

При добавках кисневих сполук слід вважати на те, що їх сумарний вміст в бензині обмежений (табл.) для запобігання підвищення токсичності відпрацьованих газів та деяких інших негативних наслідків.

Таблиця. Гранично допустимий вміст кисневих добавок в європейських бензинах

Кисневі сполуки, % об.	Сорт А	Сорт В
Метанол Етанол Ізопропанол Третбутанол Ізобутанол Ефіри (МТБЕ, МТАЕ та інш.) Інші кисневі сполуки Сума кисневих сполук (% мас. кисню)	3,0 5,0 5,0 7,0 7,0 7,0 7,0 2,5	3,0 5,0 10,0 7,0 10,0 10,0 10,0 3,7

Як добавку до бензину можна використовувати вуглеводневі газові палива. Добавка газового палива (метану, пропану, бутану) підвищує октанове число бензину, зменшує токсичність відпрацьованих газів, економить рідке нафтове паливо. Газові палива мають високі октанові числа: для природних газів та газів нафтопереробних заводів вони становлять 95...105 (за дослідницьким методом). Використання газових добавок вимагає застосування більш складної і дорогої двопаливної системи живлення. Використання газових добавок до бензинів дає змогу застосовувати дешеві низькооктанові бензини, компенсуючи цей недолік високими антидетонаційними властивостями газів. З використанням двопаливної системи (бензин + газ) можна заміняти від 15 до 80% бензину газовим паливом.

При використанні газових вуглеводневих палив особливої актуальності набуває герметичність всієї паливної апаратури. Витік газового палива може призвести до небезпечних наслідків: отруєння людей, пожежі, вибуху.

Як добавку до бензинів можна використовувати водень. При його добавці значно економиться нафтове паливо, поліпшується екологічна обстановка. Водень є найенергоємнішим з усіх видів палив: нижча теплота згоряння його становить 120,16 МДж/кг, тобто майже в 3 рази вища від теплоти згоряння бензину. За нормальних умов водень - легкий газ з густиною 9І0^-5 г/см³. Температура кипіння водню становить мінус 253⁰С, а критична - мінус 240⁰С. Добавка 5% водню в паливо-повітряну суміш знижує витрати бензину (або дизельного палива) до 25...30%, токсичність відпрацьованих газів, тому що двигун працює на збіднілих сумішах ( = 1,05), збільшує потужність двигуна.

Однією з труднощів використання водню як палива і добавки до нафтових палив є створення легкої, малооб'ємної і безпечної системи зберігання водню на автомобілі та іншій техніці. Водень може зберігатись у стисненому, зрідженому стані або у вторинних енергоносіях.

У зв'язку з широким діапазоном запалювання (4...75% об.), збереження водню в газовому та рідкому стані небезпечне. Його можна зберігати в металогідридних акумуляторах. Акумулювання водню в металогідридних акумуляторах полягає в тимчасовому зв'язуванні його з деякими твердими хімічними елементами (гідридами рідкісноземельних металів, наприклад, натрієм), одержанням на цій основі нестабільних сполук, які знову виділяють водень при нагріванні їх до температури 80...100⁰С. Маса акумуляторів значна, а маса водню в ньому – незначна. Наприклад, гідридний акумулятор (FeTiH₂) масою 400 кг забезпечує зберігання 6,4 кг водню.

Можливі добавки водню до бензину методом його розчинення в бензині. Один літр бензину при тиску 1,5...2,0 МПа може поглинути 140...190 дм³ водню, що веде до підвищення октанового числа бензину на 15...17 одиниць. Але виникає проблема утворення надлишкового тиску. Використання водню як добавки до нафтового палива та як окремого палива пов'язане також з економічною стороною.

Економія бензину, охорона навколишнього середовища залежать від виключення витікання, розливання, псування бензину на місцях і його підвищеного випаровування, належного технічного стану автомобілів; умілого використання різних нетрадиційних добавок в умовах експлуатації тощо. Утворення смол, випаровування легкої частини бензину веде до перевитрат не тільки палива, але й оливи. При цьому знижується надійність двигуна, підвищується забруднення навколишнього середовища. Важливим у питанні економії бензину є використання відповідних (а не випадкових) марок бензину, моторних і трансмісійних олив, охолоджувальних рідин, мастил.