Покращення екологічних властивостей автомобільних бензинів за допомогою присадок

    Заборона на вживання свинцевих антидетонаторів в бензинах можна вважати першим кроком в зміні екологічних властивостей бензинів, другим кроком є перехід до використання так званих реформульованних бензинів, який пов'язаний з прийняттям в США в 1990 р. поправок до закону про чисте повітря. Для реформульованого бензину передбачається введення обмежень і посилення вимог за цілим рядом показників: тиск насиченої пари, фракційний склад, вміст ароматичних вуглеводнів, бензолу, олефінів, сірки, передбачається обов'язкове додавання кисневмісних сполук (не менше 1,8 % по кисню) і миючих присадок. З 1 січня 1995 р. в дев'яти містах США (Нью-Йорк, Чикаго, Х'юстон та ін.) споживається лише реформульований бензин. Вимоги Каліфорнійської Ради з охорони повітряного басейну (CARB) до якості реформульованного бензину приведені в таблиці 5. 
 
 
 
 
 

    Таблиця 5

    Специфікації на бензин відповідно до САКВ

Параметри	Етап 1	Середнє значення
Тиск насичених парів, МПа Масова частка:       кисню, % не менше       сірки, ррm, не більше Об’ємна частка, %:       ароматичних вуглеводнів, не менше       олефінів, не більше       бензолу Температура википання бензину, 0С, не вище:       50%       90%	0,05  0 150  32 9,9 1,8  - 165	0,05*  1,8* 30*  22* 4* 0,8*  100 143,3
*Регульований параметр палива. **Рівень сірки в Каліфорнії. Середнє значення сірки по країні 339 ррm.

 

    Одним зі шляхів зниження токсичних викидів автотранспорту є введення миючих присадок в автобензини, оскільки утворення відкладень у впускній системі двигуна і особливо в карбюраторі приводить до падіння потужності і погіршення економічності роботи двигуна, зростання токсичності відпрацьованих газів, особливо на режимах холостого ходу і на малих зворотах (умови міста). Шляхом підтримки в чистоті паливної системи миючі присадки сприяють зниженню вмісту оксидів вуглецю і незгорілих вуглеводнів у відпрацьованих газах. На деяких нафтепереробних підприємствах здійснюється організація виробництва автомобільних бензинів з миючими присадками і з покращуваними екологічними властивостями [7]. 
 
 

4.2.Шляхи зменшення забруднення повітря викидами автомобілів

    Стан атмосферного повітря у багатьох розвинених країнах світу змусив уряди цих країн піти на прийняття досить жорстких законів "про чисте повітря", які повинні були забезпечити суттєве зменшення шкідливих викидів в атмосферу автомобільним транспортом.

    Для виконання цих законів були розроблені спеціальні програми, які передбачали цілу низку заходів, спрямованих на зменшення забруднення довкілля автомобільним транспортом. Норми викидів основних забруднюючих речовин згідно з Європейською програмою "Автомобіль/Паливо'' та федеральним стандартом США приведені в табл. 5.

     Таблиця 6

     Європейські та американські норми викидів шкідливих речовин

Компонент	Граничні викиди, мг/м3
	Європа	США
СО (середня за 8 годин) Бензол (середньорічна) NOx (cередньорічна) Тверді часточки (сажа) (середньодобова) Озон (середня за годину)	10 10 200 50 180	10 Не нормується 100  150 235

 

    Поступове впровадження цих програм повинно суттєво зменшити кількість викидів. З 1972 по 2000 p.p. в країнах Західної Європи було зменшено викиди на один кілометр пробігу середнього легкового автомобіля.

    Досягнення такого значного зменшення викидів в атмосферу автомобільним транспортом стало можливим завдяки впровадженню заходів щодо покращення конструкції автомобілів (вивід з експлуатації автомобілів старих типів) та модифікації палив.

    Першими серед провідних країн світу модифікацію палив у 1973 р. розпочали США. У Європі ці роботи були розпочаті дещо пізніше, у 1986 р.

    Всі заходи щодо модифікації (розробки нових сортів і марок) бензинів можна умовно розділити на два етапи:

• відмова від виробництва і споживання етильованих бензинів;
• перехід на виробництво реформульованих бензинів [7].

4.3. Перехід на виробництво неетильованих бензинів

    Першими на виробництво неетильованих бензинів у 1973 р. розпочали переходити США. До 1973 р. вміст свинцю в американських бензинах становив 0,45 г/л. Перехід на виробництво і споживання неетильованнх бензинів у США здійснювався в шість етапів і закінчився у 1990 р. цілковитою відмовою від етильованих бензинів.

    У Західній Європі перехід на виробництво і споживання неетильованнх бензинів розпочали у 1986 р. Наприкінці 90 років країни Західної Європи повністю перейшли на використання неетильованнх та низькоетильованих бензинів (до 0,015 г свинцю на 1 л бензину).

    Перехід на виробництво неетильованнх бензинів в Україні, Росії та інших країнах СНД проходить значно повільніше, ніж у Західній Європі. Це зумовлено тим, що нафтопереробні заводи цих країн не мають достатньої кількості установок ізомеризації, алкілювання, полімеризації, олігомеризації, які задовільнили б їх потреби у високооктанових компонентах. В Україні таких установок немає зовсім, і в даний час виробництво бензинів на українських нафтопереробних підприємствах базується на установках каталітичного реформінгу, а в Кременчузі та Лисичанську - ще на бензинах каталітичного крекінгу. Але обсяги бензинів каталітичного крекінгу і реформінгу та їх антидетонаційні властивості не дозволяють повністю перейти на виробництво неетильованих бензинів. Тому в Україні у 1998 р. понад 80 % усіх вироблених бензинів – етильовані [8]. 
 
 

    5. Покращення екологічних властивостей автомобільних бензинів за допомогою миючих присадок

    Шкідливі викиди в атмосферу можна суттєво зменшити, а отже оздоровити екологічну обстановку, якщо в автомобільні бензини додавати миючі присадки. Це обумовлено взаємозв’язком чистоти карбюратора, впускної системи і камери згоряння з експлуатаційною економічністю двигуна і складом відпрацьованих газів.

    Багато змін, які внесені в конструкцію моторів для підвищеня їх потужності, зниження витрат палива і токсичності (замкнена система вентиляції картера, рециркуляція відпрацьованих газів, застосування примусового вприскування палива), посилюють тенденцію до утворення відкладів на елементах двигуна [11]. Найбільш інтенсивно цей процес відбувається у жиклерах і на дросельній заслонці карбюратора, в інжекторах і на впускних клапанах. Утворення відкладів на вказаних деталях призводить до порушення первісного регулювання двигуна і, як наслідок, до збільшення витрат палива, зниження потужності і зростанню токсичності відпрацьованих газів.

    Згідно Європейської Директиви 98/70/ЕС, автомобіль повинен залишатися “чистим” на протязі всього свого життя, а його екологічні характеристики повинні бути стабільними на протязі пробігу в 100 тис. км. Збереження останніх в процесі експлуатації можливе тільки при використанні спеціальних присадок, зокрема миючих і багатофункціональних, так як існуючі технології виробництва автомобільних бензинів не дозволяють отримувати їх з необхідним рівнем властивостей, які забезпечують чистоту паливної системи.

    Сучасні двигуни ще більш чутливі до утворення відкладів. Навіть невелика їх кількість в системі подачі палива або камері згоряння може роз регулювати роботу мотора і зробити її неефективною [12]. Експлуатація новітніх моделей, які оснащені системами бортової комп’ютерної діагностики, стає неможливою без використання ефективних присадок , які попереджують утворення відкладів у всій паливній системі.

    Миючі присадки не тільки покращують експлуатаційні властивості автомобільного палива, але і сприяють розширенню його використання. Так, на АЗС “Геліос” (Казахстан) і УАК (Україна) в результаті додавання в бензини багатофункціональної присадки ВАSF (Німеччина) були створені нові бренди: відповідно Есо Force і А-95+, попит на які значно зріс.

    Рекомендації виробників автомобільної техніки до якості автомобільних палив викладені у Всесвітній паливній хартії. В ній крім нормування показників властивостей автомобільних бензинів передбачені вимоги до чистоти паливної системи. Ці вимоги можуть бути забезпеченими тільки при використанні присадок, які запобігають утворенню відкладень у двигуні. Встановлені три категорії якості не етильованих бензинів в залежності від екологічних вимог ринків:

• при відсутності або мінімальних вимогах до складу відпрацьованих газів;
• при строгих вимогах до складу відпрацьованих газів або інших обмеженнях;
• при підвищених вимогах до складу відпрацьованих газів або інших обмеженнях.

    Дослідження в області створення миючих присадок до автомобільних бензинів ведуться протягом майже 50 років [13]. Прогрес в області конструювання автомобільних двигунів диктує нові вимоги до присадок для палив. Зміни конструкції двигуна відображуються на функціональних властивостях присадок, які призначені для підтримання чистоти і очистки паливної системи.

    Присадки в паливі в залежності від функцій, які вони виконують за кордоном ділять на покоління. Крім миючої функції одні й ті ж сполуки можуть виконувати функції антиобледеніння карбюратора і інгібітора корозії. Тому такий поділ багато в чому умовний.

    Миючі присадки можна розділити (знову ж таки, умовно) на очисники карбюратора; очисники форсунок; присадки, які запобігають утворення відкладів на впускних клапанах; очисники камери згоряння. Кожне наступне покоління присадок виконує функції попереднього і має нові властивості, які логічно відображують зміни конструкції двигуна, умов роботи і вимог до якості палива.

    Застосування миючих присадок в автомобільних бензинах забезпечує:

• зменшення відкладів: в карбюраторі – в середньому на 60%, на впускних клапанах – на 70%;
• скорочення витрат палива – на 3%;
• зниження складу у відпрацьованих газах: оксиду вуглецю і вуглеводнів – на 50-60%; оксидів азоту – на 20%.

В свою чергу, це дозволяє:

• підвищити надійність роботи паливної апаратури;
• продовжити строк служби;
• скоротити витрати на технічне обслуговування та ін.;
• зменшити утворення нагару в камері згоряння і тим самим знизити вимоги двигуна до октанового числа бензину.

    Значення використання присадок до бензинів помітно зростає. В США додавання миючих присадок в бензини обов’язкове з 1996 р. У Західній Європі приблизно 80% бензинів містять миючі присадки.

    В 2004 р. у Росії пройшла випробування з позитивними результатами миюча присадка АлькорАВТО (ТУ 02 57-003-11475232-2003) третього покоління, яка дозволяє підтримувати чистоту впускної системи двигуна. Автомобільний бензин Регулятор Евро-92 з цією присадкою рекомендований робочою групою наукової експертизи до використання на автомобільній техніці. При роботі двигуна на бензині з даною присадкою кількість відкладів на впускному клапані в 3,2 рази менше, ніж при роботі на базовому бензині. При її застосуванні нагароутворення в камері згоряння не збільшується.

    Присадки повинні володіти не тільки високою функціональною ефективністю, але і властивостями, які визначають можливість їх введення в бензин і застосування останнього в умовах експлуатації. До таких властивостей, перш за все, відносяться розчинність присадки в бензині і стабільність розчинів при низьких температурах і в контакті з водою. Крім того, присадка не повинна погіршувати фізико-хімічні і експлуатаційні властивості бензинів.

    Дослідження показали, що присадка АлькорАВТО добре розчиняється в автомобільних бензинах, не випадає з розчинів в осад при зберіганні , не погіршує фізико-хімічні характеристики бензинів. Її розчини в бензині стабільні при температурі нижче -60⁰С і контакті з водою не утворюють емульсій.