Антидетонационные присадки к автомобильным бензинам

В настоящее время в мире производят около пятидесяти типов различных по назначению присадок к различным топливам.

Номенклатура составляет несколько десятков тысяч товарных марок. По назначению их разделяют на стабилизаторы, модификаторы воспламенения, модификаторы горения, моющие присадки, маркирующие присадки, антикоррозионные, повышающие безопасность топлив и улучшающие их эргономические характеристики, модификаторы коллоиднохимических свойств.

Принцип действия антидетонаторов заключается в предотвращении взрывного разложения продуктов предпламенного окисления углеводородов топлив, которое происходит еще до начала нормального горения топливной смеси.

Основной показатель эффективности антидетонаторов – прирост октановых чисел при введении их в бензины. Самой эффективной антидетонационной присадкой является тетраэтилсвинец (ТЭС) с молекулярной формулой (СН3СН2)4 Pb. Он был разработан в 1921 г. на фирме «General Motors».

Практически во всех странах мира производили бензин с этой присадкой. Его называли «этилированным», чтобы не вызывать опасения у потребителей словом «свинец», поскольку ТЭС – чрезвычайно опасное ядовитое металлорганическое соединение, которое является сильным канцерогеном, а кроме того, может накапливаться в организме и поражать нервную систему.

В Евросоюзе этилированный бензин запрещен с 01.01.2000 г., а в России – с 15.11.2002 г.

В табл. 2.11 приведены характеристики антидетонационных присадок, используемых в настоящее время в РФ и за рубежом.

В настоящее время рядом компаний России освоено производство новых антидетонационных присадок – МТБЭ, «Фэтерол» (смесь МТБЭ с третбутиловым эфиром), «АДА» (смесь ММА с антиоксидантом агидолом-12).

ММА относится к классу замещенных ароматических аминов и добавки на его основе используют на НПЗ для корректировки октанового числа бензина при производстве бензинов любых марок.

По физико-химическим и эксплуатационным свойствам ММА отвечает современным требованиям европейских стандартов. ММА в несколько раз экономичнее МТБЭ (табл. 2.12). Для увеличения октанового числа с 76 до 92 требуется 2,5 % ММА.

Согласно паспорту безопасности завода «Волжский Оргсинтез», ММА является токсичным для организма человека продуктом и при горении выделяет опасные вещества. При высоких температурах пары ММА могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

В случае утечки или просто длительного применения этой присадки потребитель рискует получить тяжелое отравление крови и поражение нервной системы.

Период восстановления экосистемы в случае несоблюдения техники безопасности при обращении с ММА составляет 30 лет.

При контакте с окружающей средой ММА трансформируется с образованием окислов азота, аминов, фенола и бензола, что отрицательно сказывается на атмосфере, почве, водоемах. ММА не применяют в США, странах Европы, в Японии, Китае (в то же время Китай является крупным производителем и экспортером ММА, в том числе и в Россию).

В ответ на этот аргумент ряд участников рынка присадок приводят свой аргумент: в связи с тем, что ММА изначально использовали как компонент ракетных топлив, а технологии его производства имеются лишь в нескольких странах, поэтому в Европе и не производят, и не применяют эту присадку.

Одним из наиболее эффективных кислородсодержащих антидетонаторов является МТБЭ. Он представляет собой бесцветную, подвижную легко воспламеняющуюся и взрывоопасную жидкость с характерным запахом и температурой кипения 55 °С.

МТБЭ плохо растворим в воде, что исключает образование в смеси с бензином двухфазной системы. Наличие атомов кислорода в молекуле МТБЭ облегчает процесс сгорания топлива, повышая экономичность двигателя и снижая содержание в выхлопе продуктов неполного сгорания.

МТБЭ – кислородосодержащая добавка, которая, в отличие от металлоорганических антидетонаторов (например, ТЭС), позволяет сделать горючее для автомобилей более безопасным с точки зрения защиты окружающей среды (продукты горения не включают оксиды тяжелых металлов, содержат меньшие количества монооксида углерода и оксидов серы).

Производство МТБЭ в России стало высокомаржинальным бизнесом с уровнем рентабельности, исчисляемым десятками процентов. Европейские страны являются главными потребителями экспортируемого из России МТБЭ.

Кроме того, из-за большей теплотворной способности (теплота сгорания – 28 МДж/л) он может обеспечить более низкий расход топлива и низкое давление насыщенных паров и, соответственно, более щадящий режим работы двигателей летом.

По экологическим характеристикам ТАМЭ превосходит МТБЭ, поскольку имеет более низкую растворимость в воде (1,2 %) и быстро разлагается естественным образом в почвах и грунтах. В странах Евросоюза ТАМЭ вытесняет МТБЭ.

Поскольку в настоящее время вопросы экологии ставятся во главу угла, то в все в больших объемах стали использовать ЭТБЭ.

Высокая испаряемость ЭТБЭ помогает мотору проще завестись при низкой температуре. Еще один плюс компонента в том, что для изготовления ЭТБЭ используется этиловый спирт, который получают из возобновляемого растительного сырья.

Использование спиртов (метилового и этилового) в смесевых бензинах в результате высокой теплоты и испарения приводит к значительному росту давления насыщенных паров, не соответствующему стандартному значению – 66,7 кПа, а затем к образованию паровых пробок в бензопроводах автомобиля.

Основной трудностью при эксплуатации топлив со спиртовыми присадками является гигроскопичность и предрасположенность этилового спирта к расслоению с бензином при наличии воды в смеси.

В связи с этим следует принимать меры по усилению контроля за содержанием воды в спирте (содержание воды в ней не должно превышать 0,2 % об.); следить за установлением и четким соблюдением инструкций приготовления, транспортирования и хранения бензино-этанольных топлив.

Незначительная потеря в теплоте сгорания этих топлив по сравнению с бензином, которая отражается на мощности, компенсируется увеличением КПД двигателя из-за большей глубиной протекания реакции сгорания за счет присутствия кислорода в присадке.

Участники рынка моторных топлив РФ уделяют большое внимание топливным присадкам, которые позволяют частично компенсировать далекие от совершенства продукты российской нефтепереработки и производить большее количество высокооктановых топлив.

Производители присадок извлекают немало прибыли из нынешнего состояния нефтеперерабатывающей отрасли. Фактически эта индустрия выросла из вспомогательного сектора нефтепереработки и стала одним из направлений в бизнесе.

Кроме детонационной стойкости автомобильных бензинов, к важнейшим характеристикам относят летучесть и давление насыщенных паров, плотность, фракционный состав, содержание соединений свинца, железа, марганца, серы, водорастворимых кислот и щелочей, фактических смол.