Доклады / Способы повышения детонационной стойкости топлива

Бугурусланское летное училище гражданской авиации имени Героя Советского Союза П.Ф. Еромасова (колледж) филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации»

Доклад

по дисциплине «материаловедение»

На тему «Способы повышения детонационной стойкости топлива»

Работу выполнил:

Курсант Клименко Б.В.

Группа: 14/20

Что же такое детонация топлива?

Детонация топлива – это процесс внезапного самовоспламенения данного вещества, который сопровождается распространением в нем ударной волны. Показателем, показывающим соотношение различных составных частей в топливе является детонационная стойкость. В свою очередь октановое число характеризует детонационную стойкость. Таким образом, детонационная стойкость прямо пропорциональна октановому числу горючего вещества.

Какие же существуют способы повышения детонационной стойкости топлива?

Повышать детонационную стойкость топлив можно несколькими способами:

1. использование бензинов каталитического крекинга и риформинга;

2. добавление в базовые бензины высокооктановых компонентов;

3. введение антидетонаторов;

Каталитический крекинг – это процесс расщепления нефтяных фракций при высоких температурах (440-500° С) и невысоких давлениях (до 0,15 МПа) в присутствии алюмосиликатных катализаторов. Реакции, протекающие при каталитическом крекинге нефтяного сырья, в основном аналогичны реакциям, протекающим при термическом крекинге. Однако применение катализаторов существенно изменяет характер процесса, образуя изомерные, наиболее ценные для топлива углеводороды. Основными компонентами катализаторов крекинга являются высокопористые вещества (глинозем и кремнезем). Такие катализаторы называются алюмосиликатными. Применяют природные и синтетические катализаторы крекинга. Природные приготовляют из природных глин, но так как они малоактивны, чаще применяют синтетические катализаторы (алюмосиликатные и цеолитные).

В результате каталитического крекинга получаются продукты, в которых содержание изоалканов и ароматических углеводородов достигает 55 %, цикланов 20–25 %; алкены и алкадиены, характерные для продуктов термического крекинга и являющиеся основной причиной их низкого качества, составляют всего 5–9 %. Общий выход бензиновых фракций достигает 50 % и более. Целевым продуктом каталитического крекинга является бензин высокой детонационной стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу). Недостатки процесса: 1) постоянное загрязнение катализатора смолистыми отложениями, требующее постоянной регенерации катализатора; 2) образование алкенов, понижающих химическую стабильность продуктов.

Каталитический реформинг - это процесс повышения октанового числа бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола и ксилола) из нефтяного сырья под действием высокой температуры, давления водорода и специального катализатора. При этом процессе изменяется структура молекул бензина, понижается температура их кипения.

В промышленных условиях применяют в основном две системы каталитического риформинга:

• 1) платформинг в неподвижном слое алюмоплатинового катализатора с циркуляцией водорода при температуре 500° С и давлении 2-4 МПа;

• 2) гидроформинг в кипящем слое алюмомолибденового катализатора при температуре 480-550° С и давлении 1,5-2,5 МПа.

Сырьем каталитического риформинга служат низкооктановые бензиновые фракции прямой перегонки, термического крекинга и коксования. В результате риформинга получают следующие продукты: высокооктановый бензин (целевой продукт), газ, полимеры и кокс (побочные продукты).

Высокооктановые компоненты - вещества углеводородного состава или технически чистые индивидуальные углеводороды, которые добавляются к базовым бензинам от 5 до 40 % для повышения их детонационной стойкости. В качестве высокооктановых компонентов используются изопарафиновые (алифатические) или ароматические углеводороды. И те и другие повышают детонационную стойкость бензинов как при бедных, так и при богатых составах рабочей смеси, но изопарафиновые в большей степени повышают октановое число, а ароматические - сортность. 

Антидетонаторы - химические соединения, которые при очень незначительной их концентрации в топливе (десятые доли грамма на 1 кг топлива) существенно увеличивают его детонационную стойкость. Наиболее простой и эффективный способ – это добавление в бензин антидетонаторов в небольшом количестве для повышения детонационной стойкости. Действие антидетонационной присадки основано на замедлении процесса образования гидроперекисей и перекисей и их расщепления. Такими свойствами обладают соединения свинца, олова, марганца, никеля, меди… Долгое время использовался тетраэтилсвинец (очень токсичен). В настоящее время метилтретбутиловый эфир считается самым перспективным.

Методы повышения детонационной стойкости авиационного керосина.

Низкая детонационная способность смесей авиационного керосина с воздухом - основное препятствие на пути создания воздушно-реактивного импульсного детонационного двигателя (ИДД). 

В настоящее время ведутся исследования, направленные на значительное снижение энергии инициирования детонации углеводородных топлив.

С одной стороны, для этой цели предлагают использовать активные химические добавки к горючему, смесевые горючие, топливные эмульсии, барботаж горючего активным газом, предварительную термическую или радиационную обработку горючего, предварительное испарение горючего, а также предварительное смешение горючего с кислородом или воздухом. Несмотря на то, что некоторые из указанных решений считаются перспективными, их применение в ИДД для летательных аппаратов ограничено жесткими эксплуатационными требованиями по безопасности, весу и др.  С другой стороны, ведутся исследования по физическим методам сокращения расстояния и времени ПГД (перехода горения в детонацию) в топливно-воздушных смесях. Для этой цели предлагают использовать форкамерное или плазменное зажигание, "бегущие" источники зажигания, регулярные препятствия, трубы около предельного диаметра, специально профилированные регулярные отражатели ударных волн, и-образные повороты труб или витки труб.