Покращення екологічних властивостей автомобільних бензинів за допомогою присадок

      Автомобільні  бензини згідно ГСТУ 320.00149943.015-2000 “ Бензини моторні сумішеві. Технічні умови”. Цей стандарт передбачає виробництво автомобільних бензинів моторних сумішевих неетильованих, які виготовляються з базових компонентів та з високооктавною кисневмісною добавкою ВКД (біоетанол) та які використовуються як палива для карбюраторних автомобільних двигунів та мотоциклів (добавка ВКД виготовляється згідно ТУ У 30183376.001-2000). Згідно цього галузевого стандарту вироблятимуться чотири марки автомобільних бензинів: А-80Ек, А-92Ек, А-95Ек, А-98Ек.

      Гарантійний термін зберігання – 3 місяці від дня  їх виготовлення. Такий термін встановлено факультативно не більше, ніж на 3 роки для накопичення статистичних даних і може корегуватися впродовж цього часу в залежності від отриманих результатів.

      Автомобільні  бензини згідно ТУ У 23.2-00149943-556:2005 “ Бензини автомобільні неетильовані . Технічні умови”. Цей документ поширюється на бензини автомобільні неетильовані (аналог ЕN 228), які застосовуються як палива для карбюраторних автомобільних і мотоциклетних двигунів, а також двигунів іншого призначення. Бензини призначені для внутрішнього ринку та для експорту.

      Залежно від октанового числа встановлено  такі марки автомобільних бензинів: Євро А-80, Євро А-92, Євро А-95, Євро А-98.

      В залежності від умов використання встановлено  такі класи леткості: літні –  А, В; зимові – С, D, E, F; перехідні – С₁, D₁, E₁, F₁.

Гарантійний термін зберігання бензинів – 1 рік  з дати виготовлення.

3. Експлуатаційні властивості автомобільних бензинів

   Під експлуатаційними властивостями розуміють об’єктивні особливості бензину, які виявляються в процесах його виробництва, зберігання, транспортування і застосування.

   Бензин, так само, як і будь-яке паливо, призначений для згоряння з метою  одержання максимально можливої кількості енергії. Тому процес згоряння є основним у визначенні його експлуатаційних  властивостей. Тобто здатність бензину достатньо повно, рівномірно і стабільно згоряти при всіх режимах експлуатації з виділенням найбільшої кількості тепла – і є його найголовнішою експлуатаційною властивістю. Проте, процесові згоряння передають процеси перекачування бензину по системі живлення, випаровування його, приготування горючої суміші та її займання і ін. Характер поведінки бензину у кожному з цих процесів і визначає суть його основних експлуатаційних властивостей. До основних експлуатаційних властивостей бензину відносять:

   1. Випаровуваність – це швидкість та повнота переходу палива з рідкого стану в газоподібний.

   Випаровуваність бензинів має велике значення для  забезпечення надійної роботи двигунів, зменшення втрати і збереження якості бензину при його зберіганні, транспортуванні та використанні.

3. Займистість і горючість.

     При згоранні робочої суміші в двигуні може статися мимовільне займання незалежно від часу подачі іскри свічок запалення. Це явище, що викликає порушення нормальне згорання, називається поверхневим займанням, або гартівним запаленням. Гартівна стійкість бензинів підвищується із збільшенням октанових чисел.

4. Прокачуваність характеризує поведінку бензину при переміщенні його

паливопроводах  і паливних системах двигунів, а  також при його фільтруванні.

      Для нормальної роботи двигуна необхідно, щоб бензин безперебійно подавався по системі живлення у строго визначених кількостях. Зменшення подачі бензину веде до збіднення горючої суміші і, як наслідок, до зменшення потужності двигуна, а при збільшенні подачі порушується нормальна робота та економічність двигуна.

      Прокачуваність  бензину залежить від: в’язкості бензину; можливості утворення в бензині кристалів вуглеводнів і льоду; вмісту механічних домішок; можливості випаровування бензину в системі живлення.

5. Стабільність – здатність бензину не змінювати свої початкові властивості при зберіганні, транспортуванні і використанні.

    Фізична стабільність бензину характеризує здатність його не втрачати легкі фракції в результаті випаровування і зберігати однорідність в процесах зберігання, транспортування і в баках автомобілів.

    Хімічна стабільність –  це здатність бензину протистояти зміні хімічног складу при зберіганні, транспортуванні і в процесі використання.

      Реакційноздатні сполуки, що містяться в бензинах, піддаються окисленню О₂ повітря з утворенням смолистих речовин, що порушують роботу двигуна. На окислення бензинів впливають домішки: сірковмісні з'єднання у великих концентраціях прискорюють процес, деякі кисневмісні сполуки - уповільнюють. Найбільш ефективний і економічно вигідний спосіб підвищення хімічної стабільності бензинів - введення антиокисних присадок, головним чином похідних фенолу, ароматичних амінів і амінофенолів.

     5. Корозійну активність та сумісність з неметалевими матеріалами.

   Корозійна активність бензинів обумовлюється присутністю сірко- і кисневмісних з'єднань, водорозчинних кислот і лугів. Показниками корозійної активності бензинів служать зазвичай загальний вміст сірки (у %) і кислотність - кількість мг КОН, необхідне для нейтралізації 100 мл палива.

   Якість  бензину, тобто його експлуатаційні властивості, визначається низкою фізико-хімічних показників. Основні з них вказуються в стандартах та технічних умовах на бензини.

   Всі ці фізико-хімічні показники можуть значно змінюватися в залежності від природи нафти, способу її переробки, очистки бензину та від асортименту і властивостей присадок. Для того, щоб бензини, одержані з різної нафти на різних заводах, мали однакові експлуатаційні властивості, в технічних умовах, нормативах чи стандартах кожному фізико-хімічному показнику встановлені кількісні значення, які визначаються стандартизованими методами, що гарантує зіставлення результатів досліджень, отриманих в різних лабораторіях.

   Відповідність бензину тій чи іншій з перелічених  вище вимог характеризується не одним, а декількома фізико-хімічними показниками його якості, і навпаки, деколи від одного і того ж самого фізико-хімічного показника залежить відповідність бензину декільком вимогам (табл.3)

Таблиця 3

Експлуатаційні властивості бензинів і показники, якими вони оцінюються

№ п/п	Експлуатаційні властивості бензину	Фізико-хімічні  показники, що їх визначають
1.	Випаровуваність	Фракційний  склад Тиск насичених  парів
2.	Займистість і  горючість (детонаційна стійкість)	Октанове число Сортність Вміст тетраетил свинцю
3.	Стабільність: фізична                              хімічна	Фракційний  склад Тиск насичених  парів Температура початку  кристалізації  Вміст фактичних  смол Індукційний період Йодне число Період стабільності Вміст п-оксидифеніламіну Вміст ароматичних вуглеводнів
4.	Прокачуваність	Фракційний  склад Тиск насичених  парів Вміст механічних домішок Вміст води
5.	Корозійна активність	Кислотність Вміст сірки Випробування  на мідній пластинці Вміст меркаптанової  сірки Вміст водорозчинних  лугів і кислот Вміст води
6.	Енергетичні властивості	Теплота згоряння Густина

 

     Фізико-хімічні показники експлуатаційних  властивостей автомобільних бензинів  марок А-76, А-80, А-92, А-95, А-98  згідно ДСТУ 4063-2001 зображено у наступній таблиці (табл.4) [2].

Таблиця 4

Фізико-хімічні  показники експлуатаційних властивостей автомобільних бензинів

Назва показника  Значення для марок А-76 А-80 А-92 А-95 А-98 1. Густина за температури. 20 °С, кг/м3, у межах 700-760 700-760 725-780 725-780 725-780 2. Детонаційна стійкість:           — октанове число за дослідним методом, не менше - 80,0 92,0 95,0 98,0 — октановій число за моторним методом, не менше 76,0 76,0 82,5 85,0 88,0 3. Фракційний склад:           — температура початку перегонки, °С, не нижче 30 30 30 30 30 — 10 % переганяються за температури, °С, не вище 75 75 75 75 75 — 50 % переганяються за температури, °С, не вище 120 .120 120 120 120 — 90 % переганяються за температури, °С, не вище 190 190 190 190 190 — кінець кипіння, °С, не вище 215 215 215 215 215 — залишок у колбі, %, не більше 1,5 1,5 1,5 1.5 1,5 — залишок і втрата, %, не більше 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4. Тиск насичених парів бензину, кПа, не більше 79,9 79,9 79,9 79,9 79,9 5. Кислотність, мг КОН на 100 см3 бензину, не більше 3 3 3 3 3 6. Концентрація фактичних смол, мг на 100 см3 бензину, не більше:           — на місці виробництва 5 5 5 5 5 — на місці споживання 10 10 10 10 10 7. Індукційний період бензину на місці виробництва, хв, не менше 360 360 360 360 360 8. Масова частка сірки, %, не більше 0,05 Р,05 0,05 0,05 0,05 9. Випробування на мідній пластинці Витримує 10. Наявність водорозчинних кислот і лугів Відсутні 11. Наявність механічних домішок і води »     12. Концентрація свинцю, г на 1 дм3 бензину, не більше 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013

 

    4. Екологічні властивості автомобільних бензинів

    Екологічні властивості палива характеризують вплив палива та продуктів його згоряння на людину та довкілля.

    Середовище, в якому ми живемо, є рівноважною системою, в якій відбуваються складні взаємопов'язані процеси обміну речовин та енергії. Тому будь-яке порушення цієї рівноваги викликає зворотню реакцію природи, яка проявляється у глобальних катастрофах, як-то значне потепління клімату, зменшення озонового шару, вимирання окремих видів тварин і рослин тощо.

    4.1. Екологічні вимоги до бензинів

    Бурхливе зростання автомобільного транспорту в розвинених країнах, де щільність автомобілів досягла 10—20 од. на 1 кв. км., призвело до сильного забруднення довкілля і, в першу чергу, повітряного басейну шкідливими викидами відпрацьованих газів. Величезна кількість забруднюючих речовин, що утворюються при спалюванні автомобільних бензинів, обумовлює той факт, що серед всіх вимог, що пред'являються до бензинів, на перше місце висуваються екологічні.

    Забруднення довкілля, пов'язане із застосуванням бензинів, може відбуватися на етапах транспортування, заправки та ін. (випаровування, витоки та ін.). Проте основним джерелом забруднення є відпрацьовані гази. У їх складі міститься більше 300 сполук, що завдають шкоди довкіллю і здоров'ю людини.

    Серед екологічних показників бензинів найважливішим є вміст в них сполук свинцю. Це пов'язано не лише з високою токсичністю етильованих бензинів і продуктів їх згорання, але і з можливістю вживання каталітичних систем нейтралізації відпрацьованих газів, оскільки продукти згорання свинцю отруюють каталізатор. Тому однією з першочергових екологічних завдань в області виробництва бензинів є скорочення або повна відмова від вживання етилової рідини. У США і низці європейських країн вживання етильованих бензинів заборонене законом. Перехід на виробництво і вживання неетильованих бензинів дозволить не лише знизити викиди в атмосферу високотоксичних сполук свинцю, але і дасть можливість обладнати автомобілі каталітичними системами нейтралізації відпрацьованих газів і до мінімуму скоротити токсичність останніх.

    Серед продуктів згорання неетильованих бензинів найбільшу небезпеку становлять оксид і діоксид вуглецю, оксиди азоту, оксиди сірки, вуглеводні і тверді частки.

    Токсичність неетильованих бензинів і продуктів їх згорання в основному визначається вмістом в них ароматичних вуглеводнів, особливо бензолу, олефінових вуглеводнів і сірки. Ароматичні вуглеводні токсичніші в порівнянні з парафіновими вуглеводнями. Якщо парафіни відповідно до ГОСТ 12.1.005—88 відносяться до 4-го класу небезпеки, то бензол відноситься до 2-го класу, а толуол — до 3-го. При їх згоранні утворюються поліциклічні ароматичні вуглеводні (бензпірени), що володіють канцерогенними властивостями. Чим вище вміст ароматичних вуглеводнів в бензині, тим вище температура його згорання і вміст оксидів азоту у відпрацьованих газах. Незгорілі вуглеводні, що містяться у відпрацьованих газах, в повітряному середовищі під впливом різних чинників (підвищена вологість, сонячне світло і ін.) сприяють утворенню стійких аерозолів, що отримали назву «смог». Найбільшою фотохімічною активністю володіють продукти згорання олефінових і ароматичних вуглеводнів. Високий вміст сірки в бензині збільшує викиди оксидів сірки, які згубно діють на здоров'я людини, тваринний і рослинний світ, конструкційні матеріали. При використанні бензинів з кисневмісними добавками вміст токсичних продуктів у відпрацьованих газах дещо знижується.