Шпаргалки к экзаменам и зачётам
студентам и школьникам
Шпаргалки «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» часть 1 — Методы повышения детонационной стойкости бензинов.
Методы повышения детонационной стойкости бензинов.
Способы повышения детонационной стойкости. Для обеспечения бездетонационной работы двигателя необходимо использовать бензины с октановыми числами, предназначенными для данного двигателя. Повышение детонационной стойкости товарных бензинов достигается несколькими способами: переработкой дистиллятов в процессе каталитического крекинга и риформинга. Добавлением кбазовым бензинам высокооктановых компонентов применением антидетонационных присадок. Бензины, полученые каталитическими крекингом и риформингом. имеют высокие октановые числа (до 95 по исследовательскому метолу).
К высокооктановым компонентам бензинов относятся изооктан, алкилбензин, толуол, изопентан. При добавлении 15. 40% высокооктановых компонентов к базовым сортам топлива получают бензины с высокой детонационной стойкостью.
Антидетонаторами называют металоорганические соединения, при добавлении которых в незначительном количестве резко повышаются антидетонационные свойства бензинов. Наиболее широко используемым антидетонатором является тетраэтилевинсц (ТЭС), представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1650 кг/м*.
Действие тетраэтилсвинпа заключается в обрыве цепных реакций образования пероксилов. Тем самым предотвращается или значительно снижается детонационное сгорание рабочей смеси.
Бензины, в которые добавлена этиловая жидкость, называют этилированными. Для предупреждения о ядовитости этилированные бензины окрашивают, причем каждую марку в свой цвет. При работе двигателей на этилированных бензинах отмечают следующие особенности: повышение нагарообразования, более частое возникновение калильного зажигания, уменьшение срока службы свечей зажигания, образование свинцовых отложений, вызывающее прогорание клапанов.
Источник
Способы повышения детонационной стойкости бензина
Методом прямой перегонки нефти можно получить бензин с октановым числом до 91 (А-76, АИ-80, АИ-91). Однако такое производство бензина нерентабельно: во-первых, из каждой тонны нефти его получится, чуть ли не вдвое меньше, во-вторых, не из всякой нефти можно получить бензин АИ-91. Поэтому обычно бензин с необходимым октановым числом получают двумя способами.
Первый способ: бензин прямой перегонки подвергают вторичной переработке (каталитический риформинг, крекинг и др.), т. е. воздействуют на химический состав бензина, что требует значительных средств, но бензин при этом получается наименее вредным для окружающей среды.
Химический состав бензинов включает следующие основные углеводороды: н-алканы, циклоалканы, изоалканы, ароматические углеводороды. Самые устойчивые к детонации углеводороды — ароматические и изоалканы. Следовательно, увеличивая их содержание в бензине, можно повысить октановое число. Практически это достигается при применении бензинов риформинга и введением ароматических углеводородов, таких, как этилбензол. Октановое число высококачественных бензинов АИ-95, АИ-98 достигается этим путем.
Второй способ: введение в бензин прямой перегонки специальных присадок — антидетонаторов. Бензин получается существенно дешевле, но и значительно вреднее (табл. 1.2).
Антидетонаторы — металлоорганические соединения, незначительное количество которых в бензинах резко повышает их детонационную стойкость. В 1920 г. была найдена добавка — тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С2Н5)4, резко подавляющая детонацию. До настоящего времени это самая эффективная добавка. Введение 0,3 % ТЭС в бензин приводит к повышению октанового числа на 15—25 единиц. Известно несколько марок этиловых жидкостей, которые содержат от 54 до 58 % ТЭС. Бензины, содержащие этиловую жидкость, ядовиты, поэтому окрашиваются в различные цвета.
Имеются заменители ТЭС, такие, как пентакарбонил железа Fe(CO)5, декарбонил марганца Мn2(СО)10 и циклопентадиенилкарбонил марганца (ЦТМ) С5Н5Мn(СО)3 с очень высоким антидетонационным эффектом.
Наиболее приемлемой является присадка метилтребутилового эфира (МТБЭ). Добавка 10 % МТБЭ в бензин повышает октановое число на 5—6 единиц. МТБЭ хорошо совмещается с бензином и с его помощью получают неэтилированные бензины А-76 и АИ-93.
Повышение октанового числа с помощью ТЭС обходится в пять—девять раз дешевле, чем при использовании других антидетонаторов, но они экологически более вредные.
В России неэтилированные бензины составляют около 50 %, причем из них более 85 % с октановым числом 76.
Различают этилированные бензины по цвету: бензин А-76 окрашен в желтый цвет, АИ-93 — в оранжево-красный, экспортное исполнение бензинов АИ-80, АИ-92 и АИ-96 светло-желтого цвета.
Источник
Способ повышения детонационной стойкости бензинов
Производство экологически чистых высокооктановых бензинов – сложная проблема для ряда отечественных НПЗ, которые были спроектированы и построены с целью выпуска бензинов А-72 и А-76.
Важнейшее условие выведения отечественной нефтеперерабатывающей промышленности на современный технологический уровень – повышение качества нефтепродуктов и доведение их до принятых экологических стандартов, в том числе и по уровню октанового числа. Повышение октанового числа бензина возможно двумя путями: увеличением выработки высокооктановых фракций и использованием альтернативных добавок – антидетонаторов.
Некоторые НПЗ, располагающие достаточным количеством средств, выбрали первый путь, требующий инвестиций в модернизацию или на строительство новых установок каталитического крекинга, изомеризации, алкилирования и др. Однако из-за отсутствия капиталовложений большинство НПЗ пошло путем применения октаноповышающих добавок: МТБЭ и N-метиланилина.
С целью установления возможности применения ароматических аминов в качестве высокооктановых добавок ОАО «ВНИИ НП» с участием заинтересованных организаций и предприятий были проведены широкомасштабные испытания автобензинов, содержащих N-метиланилин, на автомобильной технике, а также токсикологические, санитарно-гигиенические, онкологические и др.
В результате проведенных исследований установлено, что введение в бензин N-метиланилина не более 1,3% масс. не оказывает влияния на показатели испаряемости бензина (фракционный состав и давление насыщенных паров), массовую долю серы, содержание механических примесей и воды, а также не повышает его вредность и экологическую опасность.
Эта концентрация, исключающая загрязнения деталей впускной системы и цилиндро-поршневой группы, была принята за предельно допустимую, при которой обеспечивается повышение октанового числа от 4 до 6 единиц.
В результате комплексных испытаний N-метиланилина в составе автомобильных бензинов ВНИИ НП разработал первую антидетонационную добавку на базе ароматических аминов – АДА, промышленное производство которой было освоено в 1993 году ОАО «ПИГМЕНТ».
Широкое применение добавок АДА, БВД, АвтоВЭМ и др. позволило отказаться от применения этиловой жидкости в составе отечественных автобензинов. Предъявляя более высокие требования к качеству бензинов, во ВНИИ НП ведется непрерывная работа по совершенствованию высокооктановых добавок и в 2006 году была разработана добавка с содержанием основного вещества (N-метиланилина) более 98,5% с минимальным содержанием примесей.
Имеются официальные санитарно-эпидемиологические заключения Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в которых добавки, содержащие N-метиланилин, отнесены к 3–ему (умеренно опасные) и 4-ому (малоопасные) классам опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76. Для сведения, пищевая лимонная кислота относится к 3-ему классу опасности.
В результате плодотворного сотрудничества различных институтов, учитывая хорошую совместимость N-метиланилина с кислородсодержащими соединениями – оксигенатами, был разработан ряд высокооктановых добавок, в том числе и добавка АДА-Крата. По результатам токсикологических испытаний в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 она относится к 4 классу опасности (малоопасные вещества).
Имеющийся в настоящее время на большинстве НПЗ набор процессов обеспечивает высокое содержание ароматических углеводородов в товарных высокооктановых бензинах. Если повышение содержание в них бензола влияет, прежде всего, на экологическую безопасность как потенциальный источник канцерогенных бенз-α-пиренов, то высокое содержание высококипящих ароматических углеводородов чревато повышенным нагаробразованием в камерах сгорания и на клапанах двигателей, что ухудшает экономические и экологические характеристики. По этой причине содержание ароматических углеводородов в бензинах для автомобилей Евро-4 и выше не должно превышать 35% об.
Но с другой стороны ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, и их извлечение из состава бензина ведет к снижению октанового числа.
Применение N-метиланилина позволяет не только повысить детонационную стойкость бензинов, но и уменьшить содержание ароматических углеводородов до требований технического регламента. Введение в состав бензина 1,3% добавки АДА (N-метиланилина) позволяет заменить 15-17% ароматических и олефиновых углеводородов, что скажется не только на лучшей работе двигателя, но и улучшатся экологические характеристики бензина. В целом, добавки на основе N-метиланилина весьма эффективны и недороги. Следует подчеркнуть, что добавки следует вводить в строго дозированном количестве и под строгим контролем.
Технологию получения товарных бензинов, с применением антидетонационной добавки для НПЗ, разрабатывает ВНИИ НП. При этом, подбирается ее количество в соответствии с нормами, под конкретный углеводородный состав бензиновых фракций данного НПЗ. После проведения испытаний выдается документация на производство бензина, соответствующего требованиям Технического регламента по всем показателям, а не только по октановому числу.
Разработанные ОАО «ВНИИ НП» автомобильные бензины, содержащие N-метиланилин, защищены Патентом РФ №2374303.
Все законодательные инициативы, жестко регламентирующие экологические показатели топлив, в итоге направлены на снижение токсичности отработанных газов транспортных средств.
Хотя на токсичность отработанных газов автомобиля влияют и другие факторы, такие как организация дорожного движения, техническое состояние автомобиля, качество смазочных материалов и т.п., в государственном масштабе решающими, безусловно, являются конструкция двигателя и качество применяемых топлив.
В центре лабораторного анализа и технических измерений по центральному федеральному округу (филиал ЦЛАТИ) были проведены сравнительные исследования отработавших газов в соответствии с ГОСТ 52033-2003 на автомобиле ВАЗ 21074, заправленном бензином АИ-92 без добавки и бензином с добавкой, содержащей 1,3% АДА (N-метиланилин) и 2,7% кислородсодержащих соединений.
Сравнительные исследования показали снижение выбросов оксида углерода на малых оборотах коленчатого вала более чем в 5 раз, а на повышенных оборотах в 2 раза.
Таким образом, применение антидетонационных добавок на основе N-метиланилина с кислородсодержащими соединениями позволит обеспечить выполнение жестких стандартов по лимитированию выбросов оксида углерода в атмосферу, образующихся в результате неполного сгорания углерода в моторном топливе.
В связи с этим вызывает большое недоумение подготовленные Минэнерго РФ изменения к техническому регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», в которых предлагается запретить при производстве автобензинов использование добавок, содержащих ароматические амины.
Неизвестные «экологи» и «специалисты» уже протащили запрет на метанол в составе отечественных бензинов (в Европе допускается до 3% об.), а ведь метанол попадал и попадает в автомобильные бензинв только с МТБЭ. Поэтому принятый запрет фактически ничего не изменил.
Как известно, применение тетраэтилсвинца (ТЭС) запретили только из-за того, что продукты его сгорания отравляют каталитические нейтрализаторы отработавших газов автомобилей. ТЭС до сих пор широко применяют при производстве авиабензинов и незначительных количествах при производстве автобензинов для реликтовых автомобилей, которые не имеют нейтрализаторов ОГ.
Марганцевый антидетонатор разрешается применять в США, Канаде и Европе в концентрациях, оказывающих отрицательного влияния на работу каталитического нейтрализатора.
Двадцатилетний опыт практического применения показывает отсутствие негативного влияния на здоровье человека и окружающую среду как бензинов, содержащих N-метиланилин, так и ОГ автомобилей, работающих на них.
Отрицательного влияния N-метиланилина на эффективность работы нейтрализатора ОГ также не отмечалось. Ничем не обоснованный запрет на использование добавок, содержащих N-метиланилин, создаст большие трудности при производстве бензина АИ-98 и выше, на который делают ставку зарубежные автомобильные компании с целью решить проблему снижения выбросов СО2 автомобильным транспортом.
Планируемое увеличение производства изомеризата с октановым числом 88-90 ед., алкилата с октановым числом 92-94 ед., а тем более бензин каталитического крекинга с октановым числом 83-92 ед. не позволит осуществить производство автобензина АИ-98.
Специалисты министерства либо не знают, либо лукавят, что добавки на основе N-метиланилина не применяют в других странах. Известно, что Китай и Румыния освоили производство таких добавок. Широко применяют эти добавки в Казахстане, Китае, Украине и др. странах.
Авторы подготовленного изменения к регламенту заявляют, что в результате запрета на применение N-метиланилина будут сокращены выбросы NOx в атмосферу с отработавшими газами автомобилей. Известно, что при сгорании топлива азот, содержащийся в воздухе, превращается в оксиды азота.
Если провести элементарный расчет количества оксидов азота, образующихся из азота воздуха, и из азота, содержащегося в 1,3% масс. N-метиланилина, то увидим, что основной источник образования оксидов азота совсем не N-метиланилин. К тому же современные автомобили оснащены нейтрализаторами отработавших газов, в которых происходит восстановление азота.
Поэтому не нужно вводить людей в заблуждение, а необходимо представлять достоверные факты и аргументы, если такие действительно имеются у разработчиков изменения. Применение антидетонационных присадок и добавок обусловлено необходимостью обеспечить требуемую детонационную стойкость товарных автобензинов при отсутствии современных технологий переработки нефти.
Понимая это, авторы запрета на применение N-метиланилина в качестве альтернативы предлагают МТБЭ, который широко применялся в США и других странах. Но, когда ООН объявила мировой проблемой чистую воду и в США и ряде других стран запретили применять МТБЭ именно из-за загрязнения им питьевой воды, (Питьевая вода, содержащая МТБЭ имеет специфический запах и вкус. Исследования показали, что некоторые люди способны почувствовать менее 4 · 10-4% мас; исходя из этого в штате Калифорния установлено предельное содержание МТБЭ в питьевой воде на уровне не более 5· 10-7% мас.[16]. По данным, опубликованным в зарубежной печати, МТБЭ вызывает около 20 различных нарушений в организме человека) , Минэнерго РФ планирует наращивать в стране его производство.
При этом не совсем понятно, почему апологеты МТБЭ не предлагают увеличить его концентрацию в бензине до 22% как в Европе. Вероятно, они просто не знают требований к автобензинам для автомобилей с нормами выбросов Евро-5.
Следует отметить, что в Европе сворачиваются производства МТБЭ, а растет его импорт из других стран. Поэтому в случае запрета на применение МТБЭ в Европе, она не пострадает.
Если уже идти на альтернативу N-метиланилина, то изобутилен, который является сырьем МТБЭ, нужно перерабатывать в изооктан, который действительно значительно экологичнее и имеет октановое число по моторному методу 100 ед. и в этом не имеет аналога.
Применение 15% МТБЭ в автобензинах этим методом привело к большим потерям его при транспортировании, хранении и применении. Сегодня в России целесообразно при производстве бензинов АИ-95 и выше использовать совместно МТБЭ и N-метиланилин. При этом не нужно применять эти добавки в максимально допустимых концентрациях: в зимний период нужно больше МТБЭ, а летом – больше N-метиланилина.
В Европе действуют нормы на выбросы автотранспортом Евро-5, на подходе Евро-6.
При этом содержание кислорода в бензинах увеличено до 3,5%, в частности этанола до 10%. В США количество этанола в бензинах увеличено до 15%. Широкое применение получает топливо Е-85 с содержанием этанола 85%. В нашей стране пока одни только рассуждения об альтернативных топливах (конференции, семинары и т.д.), а практически конкретно ничего не предпринимается по их применению.
В качестве еще одного бездоказательного аргумента приводится то, что запрет на применение N-метиланилина, позволяющего переводить бензин АИ-92 в АИ-95 и АИ-95 в АИ-98, сократит объемы контрафактного и фальсифицированного автобензина в стране. У нас в стране 27 крупных нефтеперерабатывающих заводов, и 180 мини-заводов (это заводы мощностью от полумиллиона тонн в год до 20 тысяч тонн в год), при этом примерно полторы тысячи производителей бензина.
Если НПЗ работают по технологии, согласованной с ВНИИ НП, и подчас заводские технические условия даже жестче требований ГОСТа и за качеством продукции на заводах следят заводские службы контроля качества, представители заказчика, то все остальные производители автобензинов технологии себе разрабатывают сами. В этом случае в состав бензина вовлекается все, что горит и повышает октановое число.
В настоящее время Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов и стандартов в отношении продукции осуществляется исключительно на стадии обращения, а стадия производства не подлежит государственному надзору со стороны Росстандарта. Поэтому действующая система контроля не сулит никаких проблем нерадивым производителям. Существующая методика определения соответствия автобензина ГОСТу не предусматривает поиска в нем того, что госстандартом не предусмотрено.
В Европе действует закон об ответственности производителя за производство некачественной продукции и государство вмешивается в деятельность производителя по инициативе потребителя, а у нас принят закон «О защите прав потребителя», по которому покупатель должен тратить собственные ресурсы для того, чтобы в судах пытаться призвать к ответу нерадивого производителя.
Добиться высокого качества автобензинов можно только строгим соблюдением технологии изготовления и порядка их хранения и транспортирования. Как показала практика, обязательная сертификация автомобильных бензинов не решает проблемы их качества. Необходимо сертифицировать само производство по ИСО 9000. За рубежом такая сертификация производится добровольно, но, не имея сертификата, изготовитель практически не может выйти с продукций на рынок.
Аналогичный порядок обеспечения производства высококачественных моторных топлив необходимо вводить и в нашей стране не дожидаясь вступления в ВТО. Одними регламентами и изменениями к ним проблему качества и безопасности не решить.
Источник
