Октановое число и методы его изменения. Октановое число бензина: что это такое Октановое число бензинов характеризует

В результате фракционной перегонки нефти под воздействием разных температур получаются всевозможные виды топлива (в том числе и бензин), смазочные материалы, а также продукты для нефтехимического синтеза. Это, бесспорно, знают все, кто бывал на уроках химии в школе. Однако, подъезжая к автозаправке, вы наверняка не раз обращали внимание на загадочные цифры, подразделяющие бензин на разные виды. В чем же их реальное различие?

Эти самые цифры в маркировках бензина обозначают его октановое число. Это основной критерий, по которому классифицируются различные виды бензина. Термин «октановое число» характеризует свойство топлива свободно сгорать в двигателе с учетом разнообразных условий. Чем выше это число, тем бензин более устойчив к самовоспламенению при сжатии. Однако получить при производстве высокооктановый бензин несколько сложнее, кроме того, он должен быть достаточно чистым.

Определение антидетонационных свойств бензина

Каждый двигатель создается для работы на топливе с определенным октановым числом. В России большая часть автовладельцев использует Аи92. Такие виды бензина, как Аи95 и Аи98, как правило, позволяют себе владельцы авто «премиум» класса. Дизельное топливо и Аи80 пользуются еще меньшим спросом.

Определение устойчивости бензина к детонации производится с помощью стандартных смесей. Дело в том, что бензин эквивалентен смеси изооктана и гептана. Соответственно, если октановое число бензина будет равно 92, он будет самовоспламеняться как состав из 92% изооктана и 8% гептана.

Повышение октанового числа бензина

При производстве различных видов бензина используется метод смешивания компонентов топлива. Иначе этот процесс называется «компаундирование». В результате всех необходимых процессов должны получиться продукты, полностью соответствующие государственным стандартам и обладающие точным октановым значением.

Первичная фракционная перегонка нефти выдает бензин с октановым показателем в пределах 70. Качество бензина повышается не только с применением компаундирования, но и благодаря использованию специальных добавок-антидетонаторов. Ранее в целях улучшения детонационных свойств топлива использовался тетраэтилсвинец. При всем том, что для человека это вещество является сильным ядом. В настоящее время в качестве высокооктановых добавок применяются ферроцен или метилтретбутиловый эфир, не обладающие такой огромной токсичностью.

Что такое октановое число и от него зависит? Таким вопросом задавался любой автомобилист, заправляя на заправке свою машину с мыслью о выборе заправочного шланга с какими то условными цифрами над ним.
Октановое число — это фактически уровень детонации, при котором бензин воспламеняется и взрывается в камере сгорания вашего автомобиля. Если бензин загорится раньше чем нужно, в то время когда еще не закрыты полностью впускные клапана и цилиндр не находится в верхней точке то естественно двигатель, не только может не работать на полную мощность, а работать некорректно, и что еще хуже, фактически мы получим детонацию но об этом далее.

При таком низком октановом числе мы получим при длительной эксплуатации кучу проблем с частями двигателя — износ клапанов, седел под них, дополнительный нагар и т.д. Кроме того несоответствие октанового числа для двигателя влечет за собой ту же дополнительную детонацию, которую часто путают со стуком клапанов.

Октановое число получается путем смещения составляющих бензина . Изооктан — вещество, которое почти не взрывоопасно при повышении давления, и его детонационная стойкость была принята за 100 единиц. В то же время н-гептан абсолютно устойчив к детонации при повышении давления (можно сказать самодетонирующий) , поэтому его детонационная стойкость принята за 0 . Именно смесь данных веществ позволяет регулировать октановое число в бензине. Кроме того в бензин добавлен триметилпентан , от которого октановое число мало зависит. Бывают бензины и с октановым числом более 100 единиц, для них используют изооктан с добавлением различных объемов присадок.

Присадки для повышения октанового числа бензина

Для повышения большего октанового числа добавляют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвленного строения. Именно с применением этих компонентов и повышается октановое число. Но как вы заметили применяемые вещества называется ароматическими (ароматические углеводороды) т.е. говоря языком обывателя, высокооктановый бензин сильнее пахнет чем низкооктановый. В этом есть и определенные минусы, поскольку высокооктановый бензин в последствии добавления ароматических составляющих, более летуч. Что при длительном хранении в открытой емкости или определенным сочетанием емкости с внешней средой влечет к понижению октанового числа бензина. Поэтому можно сказать, что высоко октановый бензин должен быть » свежим » .

Ранее в СССР для повышения октанового числа применялся тетраэтилсвинец — ядовитая смесь в составе со свинцом. К сожалению тетраэтилсвинец не только ядовит сам по себе, но и быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы и лямда -зонды, которые стали применяться в конструкции современных автомобилей, вследствии чего пришлось отказаться от этой присадки. Также применялись присадки на основе марганца, но сейчас они они также запрещены по экологическим соображениям. Кроме того, для повышения октанового числа иногда используют присадку — ферроцен . Эта присадка (ферроцен) имеет в своем составе железо и создает тяжело устраняемый токопроводящий налет на свечах (оттенки красного цвета) , который ухудшает эксплутационные характеристики и соответственно уменьшает срок службы свечей зажигания. Бензины включают и другие присадки и примеси. Присадки в бензине выполняют разные задачи. Уменьшают количество вредных примесей в бензине — сера, вода, чистят детали двигателя или топливную систему, повышают октановое число бензина (об этом было сказано выше) . Относительно безвредной для двигателя антидетонационной присадкой является метилтретбутиловый эфир. Сейчас он широко применяется в Украине, России и Европе.

Вполне реально получить бензин, с октановым числом более 110 (а это авиационные топлива). Кроме того, всем известная схема со смешиванием газового конденсата, ведь октановое число природного газа как правило выше 100 .

Сгорание бензина при различных октановых числах.

От октанового числа зависит скорость сгорания бензина, то есть фактически взрыв. При высоких октановых числах горение бензина происходит длительно, плавно.. При этом соответственно и газы в камере не дают на поршни нагрузок с явлением удара и излишней резонансной детонации. Двигатель работает более равномерно, плавно и четко. Поэтому в автомобильной промышленности и присутствует тенденция выпускать двигатели современных автомобилей работающих на высокооктановом бензине.

Определение октанового числа бензина

Примерно определить октановое число можно, специализированным прибором — Октанометры, он дает погрешность в октановых числах на 5-10 единиц. Поэтому, проще говоря, проверить качество бензина нет никакой возможности без лабараторных исследований.
В лабаратории октановое число определяют двумя способами:
— Моторный (MON)
— Исследовательский (RON) .

В США октановое число заменяется на так называемый октановый индекс,который составляет среднеарифметическое количество октановых чисел, полученных по моторному и исследовательскому методу для этого топлива. А вот в Японии для обозначения марок бензина используют только исследовательский метод. На наших АЗС также декларируется именно октановое число, полученное по исследовательскому методу.

Применение бензина с несоответствующим октановым числом для двигателя.

Применение бензина с низким октановым числом.
Если получилось так, что вы заправили машину низкооктановым топливом, то прислушайтесь к двигателю. Если двигатель работает стабильно, но плохо тянет, в этом нет ничего страшного, просто сожгите весь низкооктановый бензин и в дальнейшем заправьте бензин с нормативным октановым числом. При этом старайтесь избегать динамичной езды, для избежания детонации в двигателе.
Но если с двигателя слышны звонкие звуки, которые часто путают со стуком клапанов, то это означает, что смесь детонирует ранее чем закрываются клапана . Фактически это взрывная волна распространяется по блоку двигателя и в выхлопную систему. В данном случае это может привести к прогоранию поршней и выпускных клапанов, факт негативного воздействия будет в наличии. » Естественную » детонацию можно иногда наблюдать в случаях чрезмерной нагрузки двигателя, при подъеме в горку, при движении на повышенной передаче. Длительная работа двигателя даже с «естественной» детонацией недопустима, так как это может привести к перегреву двигателя и,как следствие, повреждения прокладки головки блока цилиндров, прогорания поршней и клапанов.

Применение бензина с высокооктановым числом

Не нужно пытаться применять высокооктановый бензин для автомобилей чьи двигатели не рассчитаны на него. Минусы такого применения тоже очевидны, если изначально конструкция была разработана под низко октановые числа бензина и вы применили высоко октановый бензин, то это повлечет полную перенастройку впускных и выпускных газов а возможно и замену некоторых составляющих двигателя. Время горения бензина в этом случае дольше и фактически нужно будет настроить поршневую группу и воспаление таким образом что бы расширение объема цилиндр — поршень равнялось времени горения, при этом клапана были бы закрыты. Фактически на настроенном двигателе бензин сгорает с опозданием, при этом также будет происходить потеря мощности.

30 июня 2018

На большинстве современных заправочных станций продается бензин 3 разновидностей, обозначаемый А-92, А-95 и А-98. Маркировка, подходящая конкретному автомобилю, прописана в инструкции по эксплуатации. Многие автолюбители знают, что цифры в названии указывают на октановое число бензина, но не понимают значения и важности данного параметра. Причем ради экономии некоторые водители заправляют горючее более низкой марки, нежели требует производитель авто. Цель публикации – разъяснить, что означает цифровая характеристика топлива.

Общее понятие

Горючая смесь топлива с воздухом перед воспламенением сжимается в цилиндре. Причем степень сжатия зависит от конструкции двигателя и находится в пределах 7–10. Важный момент: бензин должен воспламениться в определенный момент, когда на электроды свечи зажигания подается искровой разряд.

Справка. Стоит прояснить, что означает степень сжатия двигателя. Это цифра, показывающая, во сколько раз сжимается горючая смесь перед воспламенением. Вычисляется просто: общий литраж цилиндра делится на объем камеры сгорания. В старых моторах данный показатель равен 7, в более современных двигателях достигает 9–10.

Если топливовоздушная смесь вспыхнет раньше времени в процессе сдавливания поршнем (как в дизеле), произойдет следующее:

1. Самовоспламенение бензина вызывает микровзрыв – горение со слишком высокой скоростью.
2. Энергия вспышки распространяется в двух направлениях – в сторону поршня и камеры сгорания.
3. Поскольку все клапаны закрыты, удар отражается от стенок и обрушивается на поршень, продолжающий двигаться вверх. Раздается громкий металлический стук поршневого пальца.

Октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость и определяется как процентное соотношение смеси двух углеводородов, входящих в состав топлива:

• изооктан, практически неспособный к самовозгоранию при высоком давлении;
• н-гептан, наоборот, вспыхивает при небольшом сжатии.

Детонационная характеристика изооктана принимается равной 100 единицам, н-гептана – нулю. Чем больше доля первого вещества, тем выше стойкость горючего к самостоятельному воспламенению в процессе сдавливания.

Максимальное октановое число 98 единиц в маркировке бензина означает наибольшую детонационную стойкость. Такое горючее предназначено для моторов с наивысшей степенью сжатия – 10. Соответственно, топливо марки 95 подходит двигателям, сжимающим смесь в 9 раз (таковых подавляющее большинство). Устаревающие версии силовых агрегатов со степенью сжатия 8 используют бензин А-92.

Буква «и» в буквенной части маркировки бензина Аи-95 означает, что октановое число измерялось исследовательским методом.

Заправка топливом с пониженным октановым числом

В погоне за экономией денежных средств владельцы машин со средней степенью сжатия 9 нередко заливают в бак более дешевый бензин А-92. Чем чревата постоянная эксплуатация автомобиля на топливе с пониженной детонационной стойкостью:

1. При увеличении нагрузки на мотор горючее в цилиндрах неизбежно самовоспламеняется. Характерные признаки: после нажатия педали акселератора слышится звонкий металлический перестук поршневых пальцев, мощность мотора падает.
2. Детонация изнашивает цилиндропоршневую группу очень быстро. От частых микровзрывов и ударов возникает сильная вибрация, деформируются компрессионные кольца и тарелки клапанов.
3. Если длительное время использовать низкооктановое горючее, детали поршневой группы покрываются слоем нагара, часто выходят из строя свечи зажигания.

На большинстве современных авто, где подачей топлива ведает электроника, установлены датчики детонации. Получая от такого измерителя сигнал о критической вибрации, контроллер пытается улучшить условия горения – уменьшает угол опережения зажигания и меняет соотношение воздуха и бензина в смеси. Подобные меры продлевают ресурс двигателя, но не позволяют полностью избавиться от детонации, ведь степень сжатия уменьшить на ходу невозможно.

Примечание. В прежние времена мастеровитые водители уменьшали степень сжатия мотора под низкое октановое число бензина. Суть переделки: под головку блока цилиндров ставится дополнительная прокладка (или две), объем камеры сгорания увеличивается, степень сжатия снижается.

Если в силу различных причин вам довелось заправиться топливом с невысоким октановым числом, старайтесь не нагружать силовой агрегат – избегайте резких нажатий педали газа. Как только услышите металлический стук пальцев, сразу отпускайте акселератор. Обязательно долейте высокооктановый бензин на ближайшей заправочной станции.

Применение высокооктанового бензина

В краткосрочной перспективе заливка бензина с повышенной стойкостью к детонации не приносит вреда автомобильному двигателю, рассчитанному на низкооктановое горючее. Но существует ряд причин, по которым заправляться высокооктановым топливом не рекомендуется:

1. Экономическая целесообразность. Бензины серии Аи-98 стоят заметно дороже А-95 и А-92.
2. Температура в камерах сгорания повышается, двигатель постоянно греется.
3. На практике наблюдались случаи подгорания клапанов и поршней.

Использование бензина Аи-98 на моторе со степенью сжатия 8–9 единиц становится оправданным после случайной заливки низкокачественного топлива. Если вы посетили сомнительную заправку и услышали звон в цилиндрах, разбавьте подозрительное горючее высокооктановым бензином. Размер «спасительной» порции – не менее 50% от заправленного количества.

На территории стран постсоветского пространства остается большое количество техники, рассчитанной под бензины марок А76 и А80, которые сняли с производства. Подобные моторы плохо переносят новое горючее с октановым числом 92–95. Проблема решается так: оставьте канистру с «девяносто вторым» в открытом состоянии на 1–2 дня. Альтернативный вариант – добавление небольшой порции очищенного керосина.

Использование присадок – антидетонаторов

Чтобы повысить октановое число бензина и стойкость к детонационным процессам, производители в разные времена использовали такие вещества:

• метиловые и бутиловые эфиры;
• соединения этила либо метила со свинцом, например, тетраметилсвинец;
• углеводородные присадки на основе марганца;
• антидетонаторы на основе железа;
• ароматические амины (анилины).

Добавление перечисленных присадок ограничено с целью сбережения окружающей среды либо по технологическим требованиям. Каждое из соединений имеет свои преимущества и недостатки:

1. Спирты и эфиры неплохо повышают детонационную стойкость горючего, но агрессивны к резинотехническим изделиям и выделяют малое количество энергии при сжигании. Максимально допустимая доля в составе бензина – 15%.
2. Свинцовые соединения эффективны и дешевы, при этом отличаются токсичностью и склонностью к образованию нагара внутри рабочих камер и выхлопной системы автомобиля.
3. Вещества, содержащие марганец и железо, вызывают ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы. В плане стойкости к детонации химикаты малоэффективны и потому не используются в настоящий момент.
4. Анилины дают средний результат, но в процессе эксплуатации покрывают смолянистым налетом стенки камеры сгорания и внутренние поверхности системы питания двигателя.

Наиболее популярные присадки в среде автолюбителей – тетраметилсвинец и тетраэтилсвинец. Количество добавляемой жидкости составляет 0,5–0,8 грамма на 1 кг топлива. Помимо указанных недостатков, свинцовые соединения имеют существенный минус – они приводят в негодность каталитические нейтрализаторы в максимально короткие сроки. Стоимость покупки и замены этой дорогостоящей детали явно превышает сэкономленную на низкооктановом бензине сумму.

Отсюда вывод: лучший способ экономии средств – заправка топливом с рекомендуемым октановым числом, которое не сожжет катализатор и не образует нагар в моторе. Горючее, продающееся на проверенных заправочных станциях, уже содержит все необходимые присадки – антидетонаторы.

Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, не имеющая цвета или с легким желтоватым оттенком (если отсутствуют специальные добавки). В целях улучшения рабочих свойств моторного топлива, применяемого в производители стараются увеличить октановое число бензина. Для этого в него добавляют соответствующие компоненты. Если при сгорании топлива слышен характерный металлический звук, создаваемый детонационной волной при многократном отражении ее от стенок цилиндра, то КПД двигателя снижается, кроме того, ускоряется его износ.

В этом случае говорят, что качество топлива неудовлетворительное, так как октановое число низкое. Детонационную стойкость моторного топлива, то есть способность противостоять самовоспламенению из-за сжатия в цилиндрах работающего двигателя и характеризует этот показатель. Численно он равен объемной доле изооктана (другое его название: 2,2,4-триметилпентан) в двухкомпонентной смеси, содержащей еще и н-гептан. Такая смесь при определении ее детонационной стойкости в стандартных условиях испытания создает эффект, эквивалентный исследуемому топливу.

Изооктан — предельный углеводород C8H18 изостроения. Он, благодаря своим свойствам, трудно окисляется даже при высокой поэтому его детонационную стойкость условно приняли равной 100 единицам. Н-гептан в двигателе ведет себя иначе: даже при невысоких степенях сжатия процесс его сгорания сопровождается детонационным эффектом, поэтому величина этого показателя для него принята за 0 единиц. В тех случаях, когда октановое число бензина выше 100 единиц, для оценки его качества применяется условная шкала смесей, где в основной компонент — изооктан — добавлены различные дозы тетраэтилсвинца.

Поэтому можно утверждать, что этот показатель является самой значительной характеристикой моторного топлива. Он показывает, насколько бензин устойчив к детонации, то есть к произвольному возгоранию в цилиндрах мотора. Вероятность взрыва горючего в ДВС будет максимально снижена, если этот показатель будет высоким. Если бензина соответствует 95 единицам, то он детонирует как смесь, состоящая из 95 % 2,2,4-триметилпентана и 5 % нормального гептана. После первичной обработки нефти для продукта, называемого прямогонный бензин, данная характеристика редко превосходит величину в 70 единиц. Поэтому, чтобы повысить качество низкосортного бензина, применяют не только компаундирование (смешение с высокооктановыми продуктами), но и вводят антидетонаторы в количестве до 0,3 %.

Качество топлива зависит во многом от состава природного ископаемого, из которого его получают фракционированием или перегонкой, — нефти. Для нее важны такие показатели, как вязкость, фракционный состав, присутствие сернистых соединений и парафинов, а также содержание воды и растворенный в ней солей. Однако перечисленные факторы скорее влияют на особенности переработки и выбор технологии. Качество бензина, то есть величину его октанового числа, определяет углеводородный а затем и способ ее переработки, от которого также зависит, сколько в бензине будет изооктана, н-гептана, ароматических соединений и так далее.

Антидетонационные свойства бензина повышают содержащиеся в нем Высокое содержание бензола, прежде всего, влияет на состояние окружающей среды, так как является источником бензапирена (канцероген). Повышенное содержание высококипящих ароматических соединений способствует повышению нагарообразования в камере сгорания и на клапанах двигателя. Все это ухудшает такие рабочие показатели, как мощность двигателя, КПД, экологические и экономические аспекты его работы. Нагар, образовавшийся в камере сгорания, заставляет владельца авто выбирать моторное топливо таким образом, чтобы октановое число бензина было высоким. В противном случае значительно понижается мощность или мотор работает с детонацией.

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО –мера детонационной стойкости бензина и моторных масел.

Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина – как автомобильное топливо. Чтобы бензин сгорал в цилиндрах автомобиля «правильно», он должен обладать рядом свойств. Одно из важнейших – октановое число. Именно оно написано на всех бензозаправках, и от него зависит качество и цена бензина. Когда из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15–60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000–2500 м/с (см . ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.

Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов ROOH в парах бензина при их окислении кислородом воздуха (см . ПЕРОКСИДЫ). Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв пероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций (см . ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ). Для повышения детонационной стойкости есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути.

Чтобы определить антидетонационные свойства полученной смеси, в 1930-х была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – 2,2,4,-триметилпентан (его называют «изооктаном»). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100. Октановое число определяют так. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C 2 H 5) 4 . Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.

Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.

Роль строения углеводорода наглядно видна из таблицы, в которой приведены октановые числа некоторых чистых химических соединений, полученные моторным методом:

Видно, что повышению октанового числа способствуют разветвление цепи, введение двойной связи и появление ароматического кольца. Например, если в результате изомеризации нормального гексана (процесс идет в присутствии катализатора) получить смесь разветвленных изомеров этого углеводорода:

н -C 6 H 14 ® (CH 3) 2 CHCH(CH 3) 2 + (CH 3) 2 CHCH 2 CH 2 CH 3 + CH 3 CH(C 2 H 5) 2 , то октановое октановое число смеси повысится сразу на 20 единиц.

Бензин, получаемый из нефти простой перегонкой (такой бензин называется прямогонным), имеет низкое октановое число – в пределах 41–56, поэтому сейчас такой бензин не используется. Для повышения октанового числа используют более современные методы переработки нефти (термический и каталитический крекинг, риформинг). Термический крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450–550 о С под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжелых углеводородов, которых много в сырой нефти, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали российские инженеры В.Г.Шухов и С.Гаврилов (модель этой установки, сделанная по подлинному чертежу патента, полученного Шуховым в 1891, находится в Политехническом музее в Москве). У бензина термического крекинга октановое число повышается до 65–70. В ходе каталитического крекинга процесс ведут в присутствии алюмосиликатного катализатора. У бензина каталитического крекинга октановое число повышается до 75–81. Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и равно 77–86.

Для повышения октанового числа в бензин вводят также так называемые высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, кумол С 6 Н 5 СН(СН 3) 2 . Другая добавка – так называемый алкилат (алкилбензин), смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов:

СН 3 СН(СН 3) 2 + СН 3 СН=СНСН 3 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН(СН 3)СН 2 СН 3 (2,2,3-триметилпентан); СН 3 СН(СН 3) 2 + (СН 3) 2 С=СН 2 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН 2 СН(СН 3) 2 (2,2,4-триметилпентан). Алкилат имеет октановое число не менее 90–91,5. Очень эффективно введение в бензин добавки метил-трет -бутилового эфира СН 3 –О–С(СН 3) 3 – нетоксичной жидкости с октановым числом 117; в бензин можно добавлять до 11% этого вещества без снижения его эксплуатационных характеристик. Таким образом, современный автомобильный бензин – это сложная смесь углеводородов, полученных в различных процессах переработки нефти, и специальных добавок.

Чтобы повысить октановое число бензина, широко используют и второй метод: добавляют в него специальные вещества – антидетонаторы. Самым первым из них был сравнительно недорогой и очень эффективный тетраэтилсвинец – бесцветная токсичная жидкость. При высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием этильных радикалов (см . СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ):

Pb(C 2 H 5) 4 = Pb + 4C 2 H 5 . Атомы свинца легко окисляются кислородом до оксидов свинца (в зависимости от температуры образуются смеси PbO и PbO 2), а диоксид эффективно разрушает гидропероксиды с образованием малоактивных соединений – альдегидов, спиртов и др., например: 2RCH 2 COOH + 2PbO 2 ® 2RCHO + 2PbO + O 2 . Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца (0,3–0,4%), обычно это этилбромид C 2 H 5 Br и дибромпропан C 3 H 6 Br 2 . Тогда свинец выносится вместе с выхлопными газами в виде бромида PbBr 2 . Смесь тетраэтилсвинца с этилбромидом называется этиловой жидкостью, а бензин с такой добавкой называется этилированным (чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают). Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м 3 – намного меньше, чем у хлора. Кроме того, ядовитые соединения свинца сильно загрязняют пришоссейные участки земли. Все это привело во многих странах к полному запрещению этилированного бензина в качестве автомобильного топлива или к значительному ограничению его применения.

Были разработаны и другие, менее токсичные антидетонаторы, например, трикарбонил(232-циклопентадиенил)марганец Mn(CO) 3 (C 5 H 5), димер карбонил(232-циклопентадиенил)никеля 2 , ферроцен Fe(C 5 H 5) 2 . К сожалению, эти антидетонаторы слишком дороги, а кроме того образуют твердый нагар на стенках цилиндров в значительно бóльших количествах, чем тетраэтилсвинец, так что работа в этой области продолжается.

Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов». Моторы – это танки, самоходные пушки, самолеты. Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла нехватка топлива. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87–90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку (а это бомбы, снаряды, дополнительное вооружение), на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».

Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США в 1930, а уже в июне 1936 начала работать полупромышленная установка Гудри производительностью 2000 баррелей в сутки (американский баррель для сырой нефти и нефтепродуктов равен 139 л). Успешная работа установки позволила уже через 10 месяцев ввести в действие полномасштабный завод мощностью 15 тыс. баррелей в сутки. Другие нефтяные компании также начали внедрять на своих предприятиях установки Гудри, и в 1939, в канун мировой войны, их суммарная производительность достигла 220 тыс. баррелей в сутки. В 1940 Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, заменив природные глины на более производительный синтетический алюмосиликатный катализатор. В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения нового высококачественного бензина (с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более) в широких масштабах.

Армейские чины США еще в 1934 заинтересовались бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Но этот бензин был в то время весьма дефицитным. Его получали, добавляя тетраэтилсвинец, изооктан, изопентан и другие компоненты к лучшим сортам авиационного бензина. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США в войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции. К 1944 производительность установок была доведена до максимума – 373 тыс. баррелей в сутки.

Гудри получил множество патентов на каталитическую переработку нефти. До сих пор у специалистов-нефтехимиков в ходу термины «гудрифлоу», «удриформинг» и др.; в Англо-русском словаре по химии и переработке нефти приведено семь подобных терминов.

Илья Леенсон