2.3.2. Методы улучшения детонационных свойств бензинов

По мере совершенствования двигателей с искровым зажига­ем возрастают требования, предъявляемые к детонационной дикости топлив. Поэтому естественно стремление найти более экономичные пути получения бензинов, обладающих высокой детонационной стойкостью.

Современные бензины, как правило, готовят смешиванием нескольких компонентов. Смешение (компаундирование) компонентов позволяет получать товарный продукт с необходимым качеством, рационально используя свойства каждого компонента. Ком­андирование позволяет, например, при изготовлении товарных бензинов вовлекать бензиновые фракции с недостаточно высокой детонационной стойкостью, которая затем улучшается добавлением высокооктановых компонентов и антидетонационных присадок.

Наиболее эффективным и экономически выгодным способом повышения детонационной стойкости бензинов является добавлениe к ним анти детонационных присадок — антидетонаторов. Антидетонаторы добавляют в бензин в незначительном количестве. Они практически не изменяют его химического состава.

В 1921 г. был открыт весьма эффективный антидетонатор — ТЭС—РЬ(С2Н5)4, который до настоящего времени применяется во всех странах. Тетраэтилсвинец—бесцветная тяжелая жидкость, плотностью 1,652, кипящая с разложением при 200 °С.

Недостатком ТЭС как антидетонатора является неполный вынос свинца из цилиндра двигателя вместе с отработавшими газами. Около 10 % общего содержания свинца в бензине остается а стенках камеры сгорания (в основном в виде окислов свинца).

Освинцевание камеры сгорания нарушает нормальную работу двигателя. Нарушение и даже прекращение работы двигателя происходит прежде всего из-за замыкания контактов свечей зажигания, на которых отлагаются окислы свинца. Кроме того, плохой вынос свинца вызывает быстрый износ деталей двигателя и способствует увеличению осадков в масле.

Для лучшего выноса свинца из цилиндра двигателя ТЭС смешивают с галоидпроизводными соединениями жирного ряда (бромистыми и хлористыми), называемыми выносителями. При добавлении к бензинам ТЭС не в чистом виде, а в смеси с этими веществами в процессе сгорания образуются не окислы свинца, имею­ температуру плавления около 880 °С, а бромиды около 390 ⁰С. и хлориды (Т пл 500 °С) свинца, которые значительно легче вы­носятся из цилиндра с отработавшими газами.

Смесь ТЭС с выносителем называют этиловой жидкостью. В настоящее время вырабатывают этиловую жидкость трех марок: Р-9, 1-ТС и П-2. Компонентный состав этиловых жидкос­тей приведен в табл. 3.

Таблица 3

Состав этиловых жидкостей

Компоненты	Массовая доля компонентов в этиловой жидкости, %
	Р-9	1-ТС	П-2
Тетраэтилсвинец Р1(С2Н5)	54,0	58,0	55,0
Галоидированные углеводороды:
бромистый этил С2Н5Вг	33,0		-
дибромэтан С2Н4Вг2		36,0	-
дибромпропан C3H3Br2			34,4
хлорнафталин C10Н7Cl	6,8	-	5,5
Красители	0,1	0,5	0,1
Антиокислитель параоксидифениламин	0,02—0,03	0,02—0,03	0,02—0,03
Наполнитель — бензин Б-70	До 100	До 100	До 100

Этиловые жидкости Р-9, 1-ТС и П-2 отличаются одна от дру­гой тем, что содержат разные вьшосители.

Недостатком выносителя бромистого этила, содержащегося в жидкости Р-9, является то, что он кипит при 34 °С и при хранении этилированных бензинов быстро из них испаряется.

Выноситель дибромэтан, содержащийся в жидкости 1-ТС, ли­шен этого недостатка, но при температуре минус 8°С начинает кристаллизоваться и выпадает из раствора, что делает невозмож­ным применение бензина зимой.

Этиловая жидкость П-2 содержит выноситель дибромпропан, который кипит при температуре 141 °С и кристаллизуется при температуре минус 55 °С. Поэтому жидкость П-2 не имеет недос­татков, присущих жидкостям Р-9 и 1-ТС, и является более каче­ственной.

П

ри добавлении к бензину ТЭС наиболее эффективно дейст­вуют первые порции. Добавление ТЭС в количествах, превышаю­щих 3,3 г на 1 кг бензина, оказывается нецелесообразным. Указанная концентрация ТЭС является предельной для авиационных бензинов, так как дальнейшее ее повышение ведет к возрастанию отложений соединений свинца на стенках камер сгорания (рис. 3).

В пятидесятые годы были найдены весьма эффективные антиде­тонаторы, в состав которых входит марганец. Более перспектив­ным является метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганйг (МЦТМ) СНзС5Н4Мп(СО)з. Он представляет собой прозрачную"' маловязкую жидкость светлоянтар-ного цвета со слабым травянистым запахом. Его плотность равна 1,39.. температура кипения 233°С. Бен­зиновые растворы с МЦТМ неток­сичны.

Рис. 3. Влияние ТЭС на повы­шение октановых чисел топлив (а) и сортности на богатой смеси (б)

При исследованиях марганцево­го антидетонатора замечена харак­терная особенность: он повышает детонационную стойкость бензина, содержащего ТЭС, при этом особен­но эффективны первые порции МЦТМ. В США выпущена антиде­тонационная смесь AK-33Mix, со­стоящая из ТЭС и МЦТМ (0,052 г марганца на 1 мл ТЭС).

Кроме этих антидетонаторов в ряде стран используют тетраметилсвинец (ТМС) РЬ(СНз)4 и его сме­си с ТЭС. Тетраметилсвинец по эф­фективности действия примерно равноценен ТЭС и даже несколько превосходит его при добавлении к высокооктановым бензинам. К не­достаткам ТМС следует отнести его

высокую токсичность и несколько большую стоимость, чем ТЭС.

Улучшить детонационную стойкость бензинов можно также добавлением высокооктановых компонентов.

В отличие от антидетонаторов высокооктановые компоненты добавляют в бензин в значительно больших количествах до 40 % Наибольшей детонационной стойкостью обладают изопарафиновые и ароматические углеводороды, поэтому некоторые из них применяются в качестве высокооктановых компонентов авиацион­ных бензинов. При этом изопарафиновые углеводороды повышают их октановое число на бедной смеси, а ароматические углеводоро­ды способствуют повышению детонационной стойкости бензинов на богатых смесях.

К высокооктановым изопарафиновым углеводородам следует отнести изооктан, изопентан, неогексан, триптан, алкилат и др. Изопарафиновые углеводороды, добавляемые к бензину, имеют низкую температуру плавления, мало гигроскопичны и обладают высокой чувствительностью к ТЭС.

Более широкое распространение получили технический изооктан и алкилат. Изооктан технический содержит до 92 % 2,2,4-три-метилпентана, остальные 8 % составляют изооктаны другого строения и некоторые другие изопарафиновые углеводороды. Очень мало отличается по химическому составу от технического изооктана алкилат, который, являясь продуктом алкилирования изобутана изобутиленом, также представляет собой в основном смесь изооктанов различного строения.

К высокооктановым ароматическим углеводородам следует от­нести пиробензол, алкилбензол, изопропилбензол (кумол) и то­луол, реже применяют бензол. Достоинством этих компонентов являются их значительная детонационная стойкость и высокая сортность.

Но при применении этих ароматических компонентов необхо­димо учитывать и присущие им отрицательные свойства, которые вынуждают ограничивать процентное содержание их в смеси с бензинами.

Многие ароматические углеводороды имеют высокую темпера­туру замерзания и при добавлении в бензины повышают их темпе­ратуру начала кристаллизации. Одним из недостатков ароматиче­ских углеводородов является пониженная их чувствительность к ТЭС. Большинство ароматических углеводородов отличается пло­хой испаряемостью ввиду высокой температуры кипения и низкого давления насыщенных паров. Топлива, богатые ароматическими углеводородами, наиболее склонны к нагарообразованию и к ка­лильному зажиганию. Кроме того, ароматические углеводороды имеют высокую гигроскопичность и по сравнению с другими угле­водородами меньшую массовую теплоту сгорания. Содержание ароматических углеводородов в авиабензинах, например, не долж­но превышать 35 %.