Октановое число

Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.

Октан (н-октан) — Органическое соединение клаccа алканов.

Свойства:

Бесцветная жидкость со специфическим  запахом; октановое число 17—19;

Получение:

Вместе с изооктаном и др. изомерами  содержится в нефти, бензине прямой гонки (до 10 %), а также в большом  количестве в синтетическом бензине, получаемом из CO и H2. В промышленности октан выделяют ректификацией, а  затем подвергают очистке мочевиной  с помощью молекулярных сит.

Применение:

При пропускании над алюмомолибденовым  или алюмохромовым катализатором  в присутствии водорода октан  превращается (при 500 °C и давлении 1—2 Мн/м², или 10—20 кгс/см²) в смесь ароматических углеводородов (о-ксилол и этилбензол). Эта реакция дегидроциклизации — одна из основных в процессах каталитического риформинга.

Фракционный состав

 Базовой эксплуатационной характеристикой  и одновременно основным ценообразующим параметром автомобильного бензина является его детонационная стойкость, выраженная октановым числом. Именно октановое число автомобильного бензина и соответствующая цена за один литр, в первую очередь интересует водителя при въезде на АЗС. Кроме этого параметра эксплуатационные свойства автомобильного бензина характеризуются:

—  фракционным составом;

—  давлением насыщенных паров;

—  плотностью;

—  содержанием серы;

—  водорастворимых кислот и щелочей;

—  фактических смол;

—  соединений свинца, железа и  марганца.

Испытания на детонационную стойкость  проводят или на полноразмерном автомобильном  двигателе, или на специальных установках с одноцилиндровым двигателем. На полноразмерных двигателях при стендовых  испытаниях определяют т. н. фактическое  октановое число (ФОЧ), а в дорожных условиях — дорожное октановое число (ДОЧ). На специальных установках с  одноцилиндровым двигателем определение  октанового числа принято проводить  в двух режимах: более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский  метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским  методом, как правило, несколько  выше, чем октановое число, установленное  моторным методом. Точность определения  октанового числа, более правильно  именуемая воспроизводимостью, составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511, ГОСТ 8226) совсем другую величину, например 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.

Определение октанового числа  бензина.

Примерно определить октановое  число можно, специализированным прибором - октанометром, 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 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.

После исследований получаются примерно следующие паказатели сведенные в таблице ниже

Исследовательский     Моторный     Октановый индекс    Торговое название

метод                             метод

А-80                            A-76                       78                             Стандарт

АИ-91                          A-82,4                    86,7                           Регуляр

АИ-92                          A-83                       87,5                           Регуляр

АИ-95                          A-85                       89                              Регуляр

АИ-93                          A-87                       91                              Премиум

АИ-98                          A-89                       93,5                           Супер

Но в  США октановое число  заменяется на так называемый октановый  индекс, представляющий собой среднеарифметическое составляющее октановых чисел, полученных по моторному и исследовательскому методу для данного 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.

Октановое число определяется подбором смеси эталонных углеводородов - изооктана у которого октановое число равно 100 и н-гептана (нормальный гептан), у которого октановое число равно 0. При одинаковых условиях испытания детонационная стойкость равна детонационной стойкости испытываемого бензина. Процентное содержание изооктана в полученной смеси как раз и является октановым числом бензина. Определяют октановое число двумя методами - моторным и исследовательским на специальной моторной установке. При моторном методе имитируются более жесткие условия работы двигателя, при которых топливная смесь после карбюрации нагревается до 150°С, а частота вращения выдерживается постоянной - 900 об/мин. При исследовательскому методе частота вращения снижается до 600 об/мин, а смесь не подогревается.

 Технология определения октанового  числа такова. Испытательный стенд  - это одноцилиндровый двигатель  внутреннего сгорания с карбюратором. Запускают его на исследуемом  бензине, а уровень детонации  фиксируют спецдатчики. После подбирается смесь эталонного топлива - изооктана и н-гептана, на котором двигатель работает так, как и на исследуемом топливе. Полученное процентное содержание изооктана в подобранной эталонной смеси и является характеристикой детонационной стойкости бензина. То есть если в смеси 95% изооктана, то и октановое число будет 95.

 При моторном методе испытания  режимы и параметры моторной  установки позволяют выявить  взрывчатые свойства бензина  при эксплуатации автомобиля  в городских условиях (движение  с переменною скоростью). Исследовательский  метод имеет менее жесткий  режим испытания, что позволяет  исследовать процесс сгорания  бензина при эксплуатации авто  при постоянных режимах работы  мотора. Таким образом, октановое число по исследовательскому методу на 5-10 единиц выше, чем по моторному.

 Октановое число определяют  не одним методом, потому что  двигатели бывают разными, и  условия их работы тоже разные. Одно – сгорания топлива в  двигателе тяжелого грузовика,  другое – детонация в двигателе  форсированного легкового автомобиля, у которого стрелка тахометра  не выходит из красной зоны.

 В советские времена, октановое  число автомобильных бензинов  А-72 и А-76 измерялось по моторному  методу, а бензины АИ-93, АИ-95, АИ-98 испытывались по исследовательскому, потому добавлена буква «И»  в обозначении марки бензина.  Сейчас выпускаются пять типов  бензина – А-76, А-80, А-92, А-95, А-98. За  исключением А-76, все определяются  по исследовательскому методу.

 Так как двигатели стали  технологично совершеннее и имеют  высокую степень сжатия, то нужен  высокооктановый бензин. Чтобы получить  такое топливо переработкой нефти,  затраты будут больше и в  продаже оно будет значительно  дороже, поэтому используются различные  присадки, повышающие октановое  число.

 Самым эффективным был тетраэтилсвинец.  Он не только ядовит сам  по себе, но и быстро выводит  из строя каталитические нейтрализаторы  и лямда-зонды, которые сейчас являются обязательными элементами конструкции автомобиля. Также применялись присадки на основе марганца, но сейчас они запрещены. Еще для повышения октанового числа иногда используют присадку - ферроцен. Плохо что она имеет в своем составе железо и создает трудноудалимый токопроводящий налет на свечах (красного оттенка цвет), который уменьшает срок их службы.

 

Распределение октанового числа

Поскольку при эксплуатации полноразмерного  двигателя при переменных режимах  происходит фракционирование бензина, необходимо раздельно оценивать  детонационную стойкость его  различных фракций. Октановое число  бензина, с учётом его фракционирования в двигателе, получило название «распределение октанового числа» (ОЧР). В связи  со сложностью определения октанового числа на двигателях, разработаны  методы косвенной оценки детонационной  стойкости по физико-химическим показателям  и характеристикам низкотемпературной реакции газофазного окисления, имитирующего предпламенные процессы.

Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются  по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические  углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения, наименьшее октановое число имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Топлива нефтяного происхождения, полученные каталитическим риформингом и крекингом, имеют более высокие октановые числа, чем полученные при прямой перегонке.

Присадки для повышения  октанового числа бензина.

Для повышения большего октанового числа добавляют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения. Именно с применением данных компонентов и повышается октановое число. Но как вы заметили применяемые вещества называется ароматическими (ароматические углеводороды), то есть говоря языком обывателя, высоко октановый бензин сильнее пахнет чем низко октановый. В этом есть и определенные минусы, так как высоко октановый бензин в следствии включения ароматических составляющих более летуч. Что при длительном хранении в открытой емкости или с определенным сообщением 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 с 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 данной 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. Данная присадка (ферроцен) имеет в своем составе железо и создает трудноудалимый токопроводящий налет на свечах (оттенк красного цвета), который ухудшает эксплутационные характеристики ( о них можно посмотреть в разделе "Свечи зажигания") и соответственно уменьшает срок службы свечей зажигания. Бензины включают в себя и другие присадки и примеси. Присадки в бензине выполняют различные 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. В настоящий момент он наиболее широко применяется в Украине, России и Европе.

Сгорание бензина при  разных октановых числах.

От октанового числа зависит  и скорость сгорания бензина, то есть фактически время взрыва. При высоких  октановых числах бензина происходит более длительное, плавное если можно так сказать сгорание бензина. При этом соответственно и газы в камере не вызывают на поршни нагрузок с явлением удара и излишних резонансных детонаций. Двигатель работает более равномерно, плавно и четко. Поэтому у автомобильной промышленности и присутствует тенденция выпускать двигатели современных автомобилей работающие на высоко октановом бензине.

Химический состав бензина

 Бензин — наиболее распространенный  вид моторного топлива, это  углеводородная среда, являющаяся  дистиллятом прямой перегонки  нефти. Фракционный состав характеризуется  температурами, при которых происходит  начало кипения и отгона. Эти  данные определяют техническую  составляющую двигателя в момент  запуска, способность форсирования  после тщательного прогрева и  полноту сжигания топлива в  камерах.