Сторінка
1

Октанове число, його визначення, шляхи підвищення

У 1927 р., після того як було виявлено, що різні бензини сильно різняться своїми детонаційними властивостями, для характеристики моторного палива були введені стандарти. Для найкращого з відомих в той час бензинів — ізооктану ( 2,2,4-триметилпентану ), який детонує тільки при високих степенях стиснення, було прийнято октанове число 100, а для н- гептану, особливо схильного до детонації, — октанове число 0. Октанове число будь - якого палива показує, скільки відсотків ізооктану містить штучна суміш ізооктану з н-гептаном, яка при випробовуванні в особливих умовах у стандартному одноциліндровому двигуні має такі ж детонаційні властивості. Вивчення багатьох синтетичних вуглеводнів показало, що в ряді алканів октанове число зменшується з подовженням ланцюгу і збільшується з її розгалудженням. Алкени мають вищі показники, ніж відповідні алкани, причому їх октанові числа збільшуються із зміщенням подвійного зв’язку до центру молекули. Циклопарафіни менш схильні до детонації, ніж нормальні парафіни, а ароматичні вуглеводні відрізняються особливо високими октановими числами.

Бензини прямої гонки складаються головним чином з алканів, і тому їх октанові числа коливаються у межах від 80 до 28. Однак завдяки технологічним вдосконаленням вдалося настільки збільшити октанові числа рідкого палива, що на зміну моторам із степенем стиснення близько 4 прийшли сучасні високоефективні двигуни, що працюють при степені стиснення 9 - 10 і вище.

Октанове число (ОЧ) -- умовний показник, що характеризує здатність палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим запаленням. Воно визначається на спеціальних установках шляхом порівняння характеристик горіння випробуваного палива й еталонних сумішей ізооктану з н-гептаном. Випробування протікають у двох режимах: твердому (частота обертання колінвалу 900 хв-1, температура всмоктуваної суміші 149°С, змінний кут випередження запалювання ) і м'якому (600 хв-1, температура всмоктуваного повітря 52°С, кут випередження запалювання 13°). Одержують відповідно моторне і дослідницьке октанове числа (ОЧМ і ОЧД). Різниця між ними називається чутливістю і характеризує ступінь придатності бензину до різних умов роботи двигуна. Вважають, що ОЧД краще характеризує бензини при їзді в міських умовах, а ОЧМ -- в умовах високих навантажень і швидкостей. Середнє арифметичне між ОЧД й ОЧМ називають октановим індексом прирівнюють до дорожнього октанового числа, що нормується стандартами деяких країн (наприклад, США) і вказується на бензоколонках як характеристика палива, що продається.

При виробництві бензинів змішанням фракцій різних процесів важливе значення мають т.зв. октанові числа змішання (ОЧЗ), що відрізняються від дійсних октанових чисел окремих компонентів. Октанові числа змішання залежать від природи нафтопродукту, його вмісту в суміші й деяких інших факторів. У парафінових вуглеводнів ОЧЗ вище дійсних ОЧ, а в ароматичних залежність більш складна. Різниця може перевищувати 20 пунктів. Октанове число змішання важливо враховувати при додаванні в паливо оксигенатів: спиртів і ефірів.

До початку 1970-х років проблема підвищення октанового числа бензину вирішувалася винятково за рахунок застосування етилової рідини, що містить тетраетилсвинець (ТЕС).

Впровадження каталітичних нейтралізаторів, чутливих до наявності свинцю, привело до необхідності перегляду технічної політики в різних країнах. Були розроблені програми переходу на неетиловані палива. І хоча терміни виконання цих програм неодноразово відкладалися, застосування тетраетилсвинцю підходить до кінця. Сьогодні с США, Австрія й Японія виробляють повністю неетиловані бензини, в інших країнах обсяг їхнього виробництва постійно збільшується.

Проблема вироблення неетилованого бензину зараз вирішується за рахунок модифікації компонентного склади. У товарні бензини додають алкілати, ізомеризати й сполуки, що містять кисень. При цьому одночасно вирішується інші проблеми: зниження тиску насиченої пари бензину, зменшення конденсації бензолу і забезпечення повноти згоряння палива. Альтернативні свинцю органічні антидетонатори й ті, що містять метал, типу екстраліну одержали не таке широке застосування, як ТЕС. Їх використовують на деяких НПЗ, а з деякого часу пропонують власникам автомобілів у якості так званих октан-бустерів, тобто препаратів для корегування октанового числа бензину безпосередньо на місці застосування палива.

Високе октанове число одержується при глибшій конверсії за прохід і звичайно залежить від ступеня стабільності вуглеводнів нафти, спрямованих в зону крекінгу. Так, вихідна сировина з низькою аніліновою точкою і низьким вмістом парафінових вуглеводнів, може дати в результаті крекінг - процесу високооктановий бензин. На будь-якій крекінг - установці висока температура потрібна або для одержання заданої конверсії за прохід при використанні більш стабільної сировини, або для досягнення більшої конверсії при заданій сировині.

Каталітичний реформінг - це процес перетворення низькооктанових бензинів з метою підвищення їх октанового числа або одержання аренів для хімічної переробки.

Для одержання високооктанового бензину як сировину застосовують фракцію 80-180 °С і одержують бензин з октановим числом 80-86. Ароматичні вуглеводні одержують з вузьких фракцій: до 85 °С (бензол), 85-110 °С (толуол) і 110-140 °С (ксилоли).

Усі процеси реформінгу підрозділяють на гідроформінг і платформінг. Гідроформінг проводять з каталізаторами-осидами молібдену, кобальту, хрому і їх сумішей при температурі 480-550 °С і тиску водню 1-2 МПа. Платформінг проводять в присутності платини, нанесеної на оксид алюмінію (0,3-0,7 %), активованої HF чи HCl, при 470-540 °С и тиску водню 1,5-5 МПа. Як носій застосовують також алюмосилікати і цеоліти, а як каталізатори - платино-ренієві комплекси.

У процесі платформінгу відбувається в основному перетворення алканів і нафтенів в арени за рахунок дегідрування шістиланкових нафтенів, ізомеризації циклопентанів у циклогексани з наступним дегідруванням останніх (дегідроізомерізація), дегідроциклізація алканів (каталітична ароматизація).