Что такое моющие присадки к бензину? Большая энциклопедия нефти и газа
Основные эксплуатационно-качественные показатели бензина: показатели его испаряемости, детонационную стойкость и склонность к нагарообразованию.
Первый показатель определяет пусковые свойства бензина и его физическую стабильность. Детонационная стойкость бензина отражает его способность противостоять произвольному воспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость бензина обеспечивает его нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число. При заправке автомобиля топливом с более низким показателем октанового числа, чем у того, которое было предписано заводом-изготовителем, увеличивается вероятность возникновения детонационного сгорания топлива, что приводит к перегреву и повышенному износу автомобильного двигателя, а в отдельных случаях и к его локальным разрушениям.
Для повышения октанового числа бензина в России разрешены к использованию органические соединения марганца, железа и ароматические амины, также на наших заправочных станциях можно встретить и высокооктановые сорта бензина, включающего добавки метил-третбутилового эфира.
Наличие в бензине железосодержащих присадок приводит к образованию отложений оксидов марганца и железа на стенках камеры сгорания, тарелках клапанов и свечах зажигания. Это приводит к коррозии выпускных клапанов, калильному воспламенению бензовоздушной смеси, ускоренному выходу из строя свечей зажигания. Ярким примером применение таких присадок служит красный налет на свечах зажигания.
Антидетонаторы на основе ароматических соединений (экстралин, ксилидин и др.) малотоксичны, стабильны и обладают хорошей эффективностью, в концентрации до 1% они в состоянии повысить октановое число бензина на 9–12 единиц, но в то же время их присутствие в бензине приводит к повышенному осмолению последнего при длительном хранении, неправильной транспортировке, а при его использовании происходит образование смолянисто-коксовых, устойчивых к растворению отложений на стержнях клапанов и топливных форсунок, а также засорению топливной аппаратуры и всей топливной системы автомобиля в целом. Все это самым негативным образом отражается на процессе подачи топлива в цилиндр, а в результате и на качестве образующейся бензовоздушной смеси. Что оборачивается потерей мощности, «провалами» и неустойчивой работой автомобильного двигателя, а также повышенным расходом топлива.
Также для поднятия октанового числа бензина может быть использован метил-третбутиловый эфир, его 10–15% добавка увеличивает октановое число бензина на 9–12 единиц. Метил-третбутиловый эфир в составе бензина способен к вступлению в активную реакцию с содержащейся в атмосфере влагой, в результате которой происходит насыщение бензина водой. Вода, попадая в топливную систему автомобиля, в зависимости от времени года и разновидности топливной системы питания может привести к выходу из строя фильтрующих элементов и топливоподающей аппаратуры, одновременно она провоцирует появление коррозии в топливных баках, топливопроводе и на «зеркале» цилиндров автомобильного двигателя.
Как видно, использование практически любого бензина чревато теми или иными неприятностями для топливной системы питания автомобиля и его двигателя. При этом, как показывает практика, первые доступные для обозрения невооруженным глазом отложения на топливных форсунках инжекторных двигателей появляются уже после первых полутора тысяч (1500 км) километров пробега автомобиля.
В данном случае для автовладельца существуют различные варианты поведения. Если взять крайний случай, то можно не обращать никакого внимания на появление отдельных затруднений при работе двигателя и ездить до «победного конца» (с ударением на последнем слове). Или если автовладелец все-таки предпочитает выстраивать свои отношения с «железным другом» (и в этой фразе тоже будет правильнее сместить акцент на второе слово) в несколько ином ключе, можно посоветовать обратить внимание на моющие топливные присадки.
Всю существующую палитру топливных присадок можно классифицировать по их назначению: очистители деталей топливной системы, очистители деталей камеры сгорания, присадки, изменяющие характеристики топлива. По способу их воздействия различают: комплексные концентрированные очистители топливной системы, «мягкие очистители» топливной системы, и в последнее время некоторые производители в отдельный класс начали выделять препараты направленного действия. Столь подробная градация препаратов, входящих в данную группу автомобильной химии, продиктована необходимостью дифференцированного подхода к очистке топливной системы автомобиля, с учетом его пробега, условий эксплуатации и конструкционных особенностей установленной на него топливной системы питания.
Комплексные очистители топливной системы автомобиля
Комплексные очистители топливной системы предназначены для очистки сразу всей топливной системы автомобиля начиная от топливного бака и заканчивая соплом форсунок, включая удаление отложений со стенок камеры сгорания, стержней и тарелок клапанов. Препараты данной группы можно безбоязненно применять только для очистки топливных систем автомобилей с небольшим пробегом и тех систем, что проходят регулярное профилактическое обслуживание. В противном случае желание хозяина автомобиля с большим пробегом воспользоваться данным препаратом скорее всего обернется тем, что слишком активная формула комплексного очистителя «отъест» с поверхности бака и трубопроводов всю скопившуюся за время эксплуатации автомобиля грязь, включая твердые отложения. В результате появляется опасность, что вся эта грязь отправится вместе с топливом в путешествие по топливной системе автомобиля, попутно засоряя шторки фильтрующего элемента и выводя из строя топливную аппаратуру (инжектора, бензонасос) и топливные фильтры.
«Мягкие» очистители топливной системы автомобиля
Следующая группа «мягких» очистителей служит для удаления из топливной системы лаковых и мазеобразных отложений, не затрагивая при этом твердого осадка. Благодаря настроенной таким образом активной формуле «мягких» очистителей их можно смело заливать в бак старых автомобилей и автомобилей с большим пробегом. Но практикуя подобный - «мягкий» - подход к очистке топливной системы, хозяин автомобиля не вправе рассчитывать на получение быстрого результата, так как это во многом будет зависеть от степени загрязнения системы и эффективности каждого, отдельно взятого препарата в пересчете на пробег протяженностью в несколько тысяч километров. В отличие от производства концентрированных комплексных препаратов процесс производства «мягких» очистителей гораздо сложнее: в ходе него кроме проведения научно-исследовательских работ необходимо всестороннее тестирование полученного продукта. Выполнение всех этих условий под силу только серьезным производителям. Как правило, исходя непосредственно из названия такого препарата, нельзя выяснить, к какому типу очистителей он относится - «мягкому» или «комплексному концентрированному», так как в официальной классификации таких определений для топливных присадок не существует. Поэтому определить тип очистителя можно, только ознакомившись с описанием воздействия присадки на углеводородные отложения.
Присадки направленного действия
К числу химических средств направленного действия относят препараты, в которых заложена возможность регулировки времени начала их работы. После смешивания с бензином ни в баке автомобиля, ни в трубопроводе такая присадка не проявляет своего действия, и лишь на подходе к зоне высоких рабочих температур (как правило, порог таких температур составляет около +80 С) активные компоненты присадки направленного действия начинают работать. Благодаря такому механизму препараты направленного действия способны эффективно справляться с углеводородными, лаковыми и другими видами загрязнений, образующихся на поверхности камеры сгорания, впускных клапанов, топливных распылителей и форсунок.
действуют именно по такому принципу, но помимо этого они также воздействуют и на само топливо. Вступая во взаимодействие с бензином или дизельным топливом происходит расщепление длинных молекул топлива на более легкие фракции, что приводит к лучшему окислению и обеспечивает полное сгорание бензина или дизтоплива в камере сгорания, а не в выхлопной трубе (как в ракетном топливе сгорание увеличивается в сопле Лаваля, а не за его пределами). Все это эффективно очищает топливную аппаратуру, камеру сгорания инжекторных и карбюраторных двигателей.
Очищающие присадки для дизтоплива
Цетановое число — определяющий показатель дизельного топлива, оказывающий существенное влияние на режимы работы двигателя. Оно влияет на мощность, экономичность, жесткость рабочего процесса, легкость пуска двигателя, расход топлива, дымность отработанных газов. Современные высокооборотные дизельные двигатели, рассчитанные на дизельное топливо с цетановым числом 51-53 единицы, на практике не могут выдавать заявленные мощностные показатели при работе на низкоцетановом топливе. Чем выше цетановое число дизельного топлива, тем меньше период задержки воспламенения и соответственно выше скорость его воспламенения. Кроме того, чем выше цетановое число, тем легче осуществляется пуск дизельного двигателя, особенно в зимний период.
Цетановое число дизельного топлива производства российских НПЗ, как правило, составляет 45-48 единиц. Поэтому появляется необходимость увеличивать цетановое число специальными присадками, но это может оказывать побочное воздействие на другие показатели дизельного топлива.
В дизельное топливо ЭКТО, изготавливаемое ЛУКОЙЛом, входит, наряду с противоизносной, цетаноповыщающей и депресорно-диспергирующей присадкой, также моющая присадка. Однако введение этих присадок в топливо приводит к загрязнению отложениями камеры сгорания. Моющая присадка отмывает впускной клапан, но увеличивает нагары на поршне и в камере сгорания, что в свою очередь со временем приводит к ухудшению выбросов и эксплуатационных параметров, повышению износа двигателя.
Малейшее загрязнение, приводит к изменению качества работы распылителей, а это неизбежно сказывается на работе двигателя – потеря мощности, перерасход топлива. Кроме того, возникающие со временем отложения на поршневых кольцах приводят к падению компрессии, что так же неблагоприятно сказывается на работе дизельного двигателя. Регулярная очистка топливной системы, поршневых колец, камер сгорания буквально дает двигателю второе дыхание, не говоря уже о том, что продлевает его жизнь. Причем, учитывая специфику дизелей, в теплое время года хозяин машины может не заметить тревожных сигналов к тому, что время провести очистку. Зато с наступлением холодов есть риск столкнуться с серьезными проблемами работы двигателя. Чтобы избежать осложнений, разумно позаботиться о своей машине заранее.
Производимая нами присадка для дизельных топлив — присадка направленного действия. Ее принцип действия аналогичен нашей топливной присадки для бензина. Активация происходит при температуре свыше 80 градусов, что позволяет эффективно бороться с углеродистыми образованиями в топливной аппаратуре и нагарообразованием на деталях камеры сгорания. Регулярное использование наших качественных моющих присадок для дизельного топлива препятствует образованию нагара на свечах накаливания, поршнях и стенках камеры сгорания, закоксовыванию форсунок и поршневых колец. В зависимости от своего назначения активная формула дизельных моющих присадок способна вытеснять попавшую в топливо воду, препятствует его загустеванию и повышению цетанового числа, обладает смазывающим эффектом.
Состояние вопроса
Российский парк легковых автомобилей насчитывает около 26 млн единиц, из которых более 50% находятся в эксплуатации свыше 10 лет. По экологическим характеристикам 75% легковых автомобилей соответствуют нормам Евро-1 и Евро-2; 60% грузовых автомобилей - Евро-0. По прогнозам Федерального дорожного агентства, количество автомобилей к 2015 г. увеличится до 42-47 млн штук, в основном за счет иномарок. Требования к выбросам вредных (загрязняющих) веществ автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, определены Техническим регламентом, принятым 12.10.2005 г., и установлены сроки введения технических нормативов: Евро-2 - 22 апреля 2006 г.; Евро-3 -1 января 2008 г.; Евро-4 - 1 января 2010 г.; Евро-5 -1 января 2014 г. Сегодня Россия отстает от Европы в части реализации требований по токсичности выбросов. Обеспечение и сохранение в процессе эксплуатации экологических характеристик автомобиля возможно только при условии применения высококачественных моторных топлив.
Обновление автопарка процесс длительный, и в этой ситуации применение на российском автотранспорте бензинов с моющими и многофункциональными присадками позволит обеспечить существенное сокращение вредных выбросов в атмосферу и оздоровление экологической обстановки. Влияние моющих присадок на эксплуатационную экономичность работы двигателя и токсичность отработавших газов доказано многими работами и испытаниями, проведенными не только за рубежом, но и в России. Результаты дорожных испытаний, проведенных фирмой БАСФ на автомобилях Западной Европы, показали, что применение автомобильных бензинов с многофункциональными присадками обеспечивает в среднем снижение содержания в отработавших газах: углеводородов - на 20, СО - на 24, (N0)x - на 13 и С02 - на 2% .
За рубежом широко распространено добавление моющих и многофункциональных присадок в автомобильные бензины. В соответствии с законом о чистом воздухе, с января
1995 г. все автомобильные бензины, применяемые в США, должны содержать моющие присадки. В европейских странах требования по обязательному добавлению моющих присадок отсутствуют. Технический комитет производителей присадок в Европе (АТС) не видит необходимости в законодательном нормировании применения топливных присадок, так как опыт США показал, что законодательное регулирование по эффективности уступает рыночному . Несмотря на отсутствие такого регулирования в Европе моющие и многофункциональные присадки там широко применяются; как правило, их добавляют в бензины на терминалах непосредственно в бензовозы при отправке топлива на АЗС.
Работы по созданию моющих и многофункциональных присадок к автомобильным бензинам в России проводятся более тридцати лет. На протяжении ряда лет в промышленных масштабах вырабатывались отечественные многофункциональные присадки Афен и Автомат, используемые для карбюраторных двигателей. В НОРСИ тоже было организовано производство бензинов с этими присадками. В настоящее время из-за отсутствия сырья присадки Афен и Автомат не вырабатываются.
В целях оздоровления экологической обстановки в Москве и Татарстане были приняты решения о производстве автомобильных бензинов с моющими присадками. Так, в соответствии с распоряжением Мэра Москвы с января 1998 г. все автомобильные бензины, реализуемые в Москве, должны были содержать моющие присадки. В этих целях на городские бензины были разработаны ТУ, проведены испытания бензинов Московского НПЗ с многофункциональными присадками и оформлены допуски к их производству. Однако принятые решения не наши своей реализации отчасти из-за отсутствия производства отечественных присадок, но в большей степени, на наш взгляд, из-за отсутствия экономических стимулов.
Российские, как и европейские, спецификации на автомобильные бензины допускают добавление присадок, в том числе моющих, улучшающих их эксплуатационные свойства, но законодательно это не закреплено
В приложении к техническому регламенту «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» наряду с другими характеристиками топлива введен показатель «Отложения на впускных клапанах и камере сгорания». По этому показателю бензин для автомобилей класса Евро-3 и Евро-4 должен соответствовать европейским бензинам аналогичного класса. В настоящее время в России, как и в Европе, не существует ни временных, ни постоянных норм, характеризующих моющие свойства товарных бензинов.
До последнего времени автомобильные бензины с моющими и многофункциональными присадками в России практически не вырабатывались, хотя многие предприятия имеют допуски на их производство. Перечень основных присадок, допущенных МВК к применению в составе автомобильных бензинов в России, приведен в табл. 1.
Особенно актуальны вопросы экологии для Москвы, как для любого мегаполиса с высокой концентрацией автотранспорта. Правительством Москвы было принято постановление (№ 952-ПП от 28 XII 2004 г.), в соответствии с которым все высокооктановые автомобильные бензины, реализуемые в городе с 1 января 2006 г. должны содержать моющие присадки. Несмотря на то, что в прессе до настоящего времени обсуждается законность этого постановления, оно помогло привлечь внимание производителей к моющим присадкам и проблеме повышения экологичности выпускаемых топлив.
Реализация программ по производству конкурентоспособных моторных топлив
Нефтяные компании ВР-ТНК, ЛУКОЙЛ, ЮКОС приняли к реализации программы, направленные на организацию производства бензинов для автомобилей классов Евро-3 и Евро-4, в том числе с моющими присадками. С учетом различных толкований понятия «моющая присадка» следует отметить, что речь сегодня идет о многофункциональных пакетах присадок, содержащих в своем составе моющий компонент, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы и иные компоненты, а также несущую жидкость на минеральной, синтетической или полусинтетической основе.
Последние годы в российских НИИ заметно активизировались исследования в области моющих присадок. ОАО «ВНИИ НП» совместно с зарубежными фирмами-производителями присадок к топливам проводит работы по организации в России промышленного производства автомобильных бензинов с моющими и многофункциональными присадками.
В 2004 г. в институте разработан стендовый метод оценки склонности бензинов, в том числе с присадками, к образованию отложений во впускной системе двигателя (СТО АНН 40488460-001-2004). Испытания по этому методу проводятся на полноразмерном двигателе ВАЗ-2101 в сравнении с исходным бензином. Длительность испытаний - 12 ч (два шестичасовых цикла с перерывом 18 ч). Условия испытаний и принятые критерии оценки обеспечивают четкое выявление эффекта от введения моющей присадки .
С целью организации производства современных конкурентоспособных моторных топлив, используя этот метод, для ряда нефтеперерабатывающих предприятий были разработаны рекомендации по получению автомобильных бензинов с моющими присадками. При этом были рекомендованы широко представленные на российском рынке зарубежные присадки: Keropur 3430 N и Keropur 3458 N (фирмы BASF), HITEC 6430 (фирмы Afton Chemical) и отечественная - АлькорАВТО.
НК ЮКОС одна из первых компаний, которая откликнулись на постановление правительства Москвы. В 2005 г. на Новокуйбышевском НПЗ разработана технология, проведены испытания и поставлены на производство бензины Регу-ляр Евро-92 и Премиум Евро-95 с многофункциональными присадками АлькорАВТО и Keropur 3430 N (фирмы BASF) для автомобилей класса Евро-3. В 2006 г. проведены квалификационные и стендовые испытания бензинов производства Куйбышевского и Сызранского НПЗ с присадками Keropur 3458 N, HITEC 6430 и АлькорАВТО для автомобилей класса Евро-4.
Положительные результаты получены при испытании бензинов Регуляр Евро-92/4, Премиум Евро-95/4 и Супер Евро-98/4 Рязанской НПК и Премиум Евро-95/4 производства ПО «Киришинефтеоргсинтез» с присадками Keropur 3430 N и Keropur 3458 N для автомобилей класса Евро-4.
Влияние моющих присадок на склонность бензинов к образованию отложений в карбюраторе, на впускных клапанах и камере сгорания иллюстрируется результатами стендовых испытаний, приведенными в табл. 2.
В табл. 3 приведены компонентные составы базовых бензинов. Результаты испытаний подтверждают высокую способность присадок Keropur 3430 N, Keropur 3458 N, HITEC 6430 и АлькорАВТО поддерживать чистоту карбюратора и впускных клапанов, в то же время их добавление в бензины приводит к увеличению количества нагара в камере сгорания двигателя. Необходимо отметить, что все современные моющие присадки представляют собой высокомолекулярные соединения в композиции с маслом-носителем и, обладая хорошими моющими свойствами, приводят к возрастанию нагара в камере сгорания. Как видно из табл. 2, для всех испытанных присадок величина нагара в камере сгорания, по отношению к базовым бензинам, превышает 140%, что соответствует рекомендациям Всемирной топливной хартии.
Кроме высокой функциональной эффективности, присадки должны удовлетворять требованиям, определяющим возможность их введения в бензин и применения его в условиях эксплуатации. Присадка не должна ухудшать физико-химические и эксплуатационные свойства бензина, быть полностью совместимой с другими присадками.
Квалификационные испытания опытных образцов показали, что добавление присадок Keropur 3430 N, Keropur 3458 N, HITEC 6430 и АлькорАВТО не оказывает отрицательного влияния на физико-химические и эксплуатационные свойства бензинов с присадками и их качество полностью соответствует требованиям ГОСТ, ТУ (табл. 4). В то же время испытания бензинов с присадками по методам, предусмотренным комплексом методов квалификационной оценки автомобильных бензинов (КМКО), выявили ряд особенностей. Добавление в бензины испытанных присадок приводит к увеличению суммарного содержания продуктов окисления (ГОСТ 22054-76) и содержания фактических смол, определяемых после контакта с резинами (метод утвержден решением
ГМК № 23/1-122 от 05.07.85 г.)
Как упоминалось выше, все моющие и многофункциональные присадки последних поколений представляют собой высокомолекулярные соединения в композиции с маслом-носителем. После выпаривания бензина любые присадки, имеющие высокую молекулярную массу, частично остаются в остатке. Изменение суммарного содержания продуктов окисления и фактических смол после контакта с резиной связано с тем, что при этих испытаниях используется метод определения фактических смол по Бударову (ГОСТ 8489). Для анализа бензинов методы, аналогичные ГОСТ 8489, в настоящее время нигде не используются. Фактические смолы, определяемые по этому ГОСТ, представляют собой неиспарившийся остаток, так как промывка его гептаном не производится, как это предусмотрено ГОСТ 1567.
Присутствие присадок в бензинах также вызывает увеличение количества отложений во впускной системе (метод утвержден решением ГМК № 23/1-78 от 17.05.78 г.). Это увеличение связано с образованием адсорбционной пленки на пластине после испарения бензина, при этом количество адсорбируемой присадки сравнимо с количеством отложений, определяемых по указанному методу.
Таким образом, не все методы испытаний, включенные в КМКО, позволяют дать достоверную оценку в том случае, если в бензине присутствует моющая присадка. Анализ норм и методов действующего КМКО автомобильных бензинов показывает, что они базируются на требованиях техники 25-30 летней давности и требуют пересмотра.
На основании проведенных исследований и испытаний бензины производства Рязанской НПК, Куйбышевского, Новокуйбышевского, Ново-Уфимского нефтеперерабатывающих заводов, Ангарской НХК и ПО «Киришинефтеоргсинтез» с зарубежными присадками Keropur 3430 N, Keropur 3458 N, HITEC 6430 и отечественной АлькорАВТО допущены МВК к производству и применению на автомобильной технике.
Московский НПЗ и Рязанская НПК уже приступили к производству автомобильных бензинов с моющими присадками для автомобилей класса Евро-3 и Евро-4.
С целью производства конкурентоспособных моторных топлив российские нефтяные компании, как и европейские производители, для создания топливных «брендов» начали использовать моющие присадки. Разработаны и уже поступили на рынок бензины марки Ultimate от компании ТНК-ВР и ЭКТО от компании ЛУКОЙЛ.
Сегодня в России создана необходимая нормативно-техническая база, позволяющая обеспечить выпуск товарных автомобильных бензинов с моющими присадками, соответствующих современным европейским требованиями.
Список литературы
1.Никитина Е.А., Голованов М.Л. // Мир нефтепродуктов. 2006. № 5. С. 12-19.
2.Никитина Е.А., Емельянов В.Е., Андреев С.В. // Мир нефтепродуктов. 2006. № 2. С. 25 29.
3.Нечаев В.К., Манаенков В.М., Бакалейник A.M. // Мирнефтепродуктов. 2006. № 2. С. 30-32.
4.Никитина Е.А., Емельянов В.Е., Алексеева С.И. и др. // Мир нефтепродуктов. 2006. № 1. С. 2
Е.А. НИКИТИНА, канд. техн. наук,
В.Е.ЕМЕЛЬЯНОВ, д-р техн. наук,
В.М. МАНАЕНКОВ,
A.M. БАКАЛЕЙНИК, канд. техн наук,
С.И. АЛЕКСЕЕВА
(ОАО «ВНИИ НП»)
Журнал «Мир Нефтепродуктов» №1, 2007
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРИСАДКА К БЕНЗИНУ
Н.С. Родионов, канд. хим. наук, доцент, С.В. Назаров, канд. техн. наук, А.В. Игнатенко, Р.В. Пидченко
Анализ ситуации в области разработки и применения присадок к топливам показывает, что она находится в прямой зависимости от потребностей производства топлив, которые должны соответствовать современным мировым требованиям по уровню качества. Из более сорока известных типов присадок на первый план выдвинулись промоторы воспламенения и противоизносные присадки, необходимые для выработки малосернистых дизельных топлив по Евро-4 и выше, многофункциональные моющие присадки для автомобильных бензинов по Евро-3 и более высоким категориям.
В Европе разработки моющих присадок к бензинам проводятся менее активно, чем в США, так как в европейских странах наиболее предпочтительным автомобильным топливом считается дизельное, а в США – бензин .
Внутри каждого типа присадок происходят структурные изменения. Если моющие присадки, разрабатывавшиеся в 1950-1970-е годы, предназначались преимущественно для предотвращения образования отложений на заслонке карбюратора, то в следующее двадцатилетие они уступили место присадкам, очищающим впускные клапаны инжекторных двигателей. Сейчас же растёт количество разработок, в которых объектом являются присадки, удаляющие нагар из камеры сгорания двигателей с прямым впрыском бензина. При этом основное количество патентов на присадки, отмывающие карбюратор, принадлежит России и, как правило, в композициях с аминосодержащими антидетонаторами. Присадки, отмывающие впускные клапаны инжекторных двигателей, представлены композициями, содержащими хорошо известные полибутен- и полиэфирамины.
При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания наблюдается образование твердых частиц и смолистых веществ в топливном баке, топливопроводах, впускной системе, на впускных клапанах и в карбюраторе двигателя. Особенно сильно образование отложений в высокофорсированных двигателях с замкнутой системой вентиляции картера.
Известны различные присадки к бензинам, в некоторой степени решающие указанную проблему. Наибольшее распространение получили амины. В частности, известно использование в качестве антиокислительных присадок аминофенолов и некоторых аминов, например, n-фенилендиамина .
Недостатки таких присадок: ограниченность сырьевой базы, дороговизна получения и невысокая эффективность. Последняя объясняется однофункциональным действием указанных соединений, заключающимся в диспергировании частиц вследствие адсорбции на них поверхностно-активных веществ присадки либо возникновения моющего эффекта, проявляющегося в смешении образовавшихся на деталях двигателя отложений.
Известна присадка«Автомаг» [ТУ 38.401-58-33-92], . В состав присадки входят, мас.%: продукт конденсации диэтилентриамина с синтетическими жирными кислотами (СЖК) 5,0, алифатический спирт С 3 -С 4 (н-бутанол) 30,0, полиоксиэтилированный алкилфенол (неонол) 5,0, углеводородная фракция 180-350°С (денормализат) 60,0.
Недостатками указанной присадки являются невысокая эффективность, так как она эффективна для устаревших карбюраторных двигателей и практически непригодна для современных двигателей с непосредственным впрыском топлива из-за низкой способности по устранению смолистых отложений на впускных клапанах и инжекторах, ограниченность отечественной сырьевой базы композиций, используемых для получения указанных присадок, сложность и дороговизна их получения.
Известна добавка к автомобильным бензинам, содержащая, % мас.: 6,5-70 N-MA, 0,2-27 третичного бутилового спирта, не более 6,0 моющей присадки, 0,1-25 эфиров уксусной кислоты и сивушного масла и до 100 МТБЭ. В качестве моющей присадки используют присадку, содержащую продукт конденсации полиамина общей формулы NH 2 -(CH 2) 2 -(NH-CH 2 -CH 2)n-NH 2 , где n=0-4, с С 7 -С 20 жирными кислотами. Добавка предназначена для использования в автомобильных бензинах в концентрации до 20% мас. .
Недостатком добавки является наличие моющей присадки с низкой термостабильностью, не обеспечивающей возможность ее применения при эксплуатации инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Существенным недостатком добавки также является склонность к изменению цвета при хранении от светло-желтого до темно-коричневого (цвет по АСТМД 1500 от 0,5 до 8,0), а также к повышению количества отложений на впускных клапанах, особенно при использовании добавки в составе бензинов, содержащих продукты крекинга.
Намисоздана многофункциональная присадка к автомобильным бензинам, которая, обладая антиокислительными, антикоррозионными и другими свойствами, обеспечивает высокую эффективность моющего действия и тем самым улучшает эксплуатационные и экологические характеристики топлива, снижая содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобилей.
Присадка к автомобильным бензинам, содержит, мас.%:
тетраборат гексаметилендиаммония 8,0-10,0;
стеариновая кислота 35,0-40,0;
углеводородная фракция 180-350°С до 100.
Подобранная композиция компонентов позволяет получить высокоэффективную присадку.
Синтез тетрабората гексаметилендиаммония
Ингредиент тетраборат гексаметилендиаммония синтезируется при комнатной температуре. Для этого в 500 мл дистиллированной воды добавляют 70 гексаметилендиамина, затем маленькими порциями при интенсивном помешивании растворяют 50 г борной кислоты. Полученный раствор должен иметь реакцию среды рН 10-11. Кристаллизация соединения, брутто-формула которого C 6 H 28 B 4 N 2 , происходит при комнатной температуре.
Твердую фазу отфильтровывают после полного перевода вещества в
кристаллическое состояние. Фильтруют через воронку Бюхнера под вакуумом, промывая несколькими порциями дистиллированной воды. Просушивают синтезированное вещество при комнатной температуре.
Технология получения присадки
В углеводородную фракцию 180-350°С добавляют при интенсивном
перемешивании стеариновую кислоту, а затем тетраборат гексаметилендиаммония. Композицию нагревают до 60-70°С и при данной температуре перемешивают в течение 1,5-2 часов. Затем смесь фильтруют и охлаждают.
Полученная таким образом присадка представляет собой однородную массу, хорошо растворяется в бензине и не выпадает в осадок.
Моющая эффективность приготовленных образцов присадки определяется межведомственным лабораторно-моторным методом оценки моющих свойств бензинов и присадок.
Эффективность моющего действия присадок по указанному методу оценивается последующим параметрам:
По среднему уровню загрязнения контрольной поверхности при заданном режиме чередования процессов накопления и смыва отложений, так называемый интегральный показатель моющих свойств (A с, %);
По влиянию присадки на среднюю скорость загрязнения контрольной поверхности в режиме накопления отложений (V н, %/мин);
По показателям способности присадки смывать накопившиеся отложения: эффективность смыва (Э, %) и расчетное время очистки контрольной поверхности в режиме смыва от образовавшихся в режиме накопления отложений (Т, мин).
Интегральный показатель A с является комплексным показателем для сравнения присадок. Остальные показатели позволяют оценивать, на какие процессы (V н, Э или Т) присадка оказывает наибольшее влияние. Чем меньше значения A с, V н и Т и больше значение Э, тем большей эффективностью моющего действия обладает присадка.
Антикоррозионную эффективность приготовленных образцов присадки оценивали по ГОСТ 18597.
Склонность бензина, содержащего присадку, к образованию эмульсии при контакте с водой оценивали по методу DIN 51415 с использованием буферного раствора, приготовленного по ГОСТ 27154-86 «Топливо для реактивных двигателей. Метод испытания на взаимодействие с водой (буферным раствором) с последующей оценкой состояния фаз топливо-вода и состояния поверхности их раздела. Результаты взаимодействия оцениваются в баллах. Четкое разделение фаз, чистая прозрачная поверхность раздела, отсутствие эмульсии внутри каждого слоя соответствует 1 баллу.
Результаты испытаний образцов разработанной присадки приведены в таблице. Как видно из представленных данных, добавление разработаннойприсадки в автомобильные бензины в концентрации 0,01-0,03 мас.% значительно улучшают их моющие и антикоррозионные свойства.
Введениеприсадки в концентрации до 0,06 мас.% не оказывают отрицательного влияния на другие физико-химические и эксплуатационные свойства моторных топлив.
Кроме автомобильных бензинов, разработанная присадка может быть использована для улучшения моющих и антикоррозионных свойств и других моторных топлив, например, дизельных.
Использование разработанной присадки позволит получать экологически чистые моторные топлива, обладающие высокими моющими и антикоррозионными свойствами.
Результаты испытаний образцов предлагаемой присадки |
||||
Эффективность действия присадок |
Автомаг |
Пример 1 Концентрация 0,06 мас. % |
Пример 2 Концентрация 0,01 мас. % |
Пример 3 Концентрация 0,03 мас. % |
Моющие свойства: V H , % / мин Э, % Е, мин Ас |
0,57 69 31 3,0 |
0,29 67,9 24,8 1,9 |
0,15 73,7 20,3 1,75 |
0,09 79 18,7 1,45 |
Антикоррозионные свойства: изменение массы стальной пластины, г на м² |
1,15 |
|||
Эмульгируемость |
1 балл |
1 балл |
1 балл |
1 балл |
ЛИТЕРАТУРА
1. А.М.Данилов. Применение присадок в топливах. Справочноеиздание. - М.: Химия, 2000.
2. Патент РФ № 2155793, 2000.
Моющие присадки концентрируются в концентрате после диализа и, как правило, представляют собой маслорастворимые сульфонаты, феноляты, салицилаты и карбоксилаты кальция, бария, магния и реже цинка, алюминия с добавкой гидроокисей и карбонатов металлов.
Моющие присадки улучшают защитные свойства масел.
Моющие присадки для бензинов. На дроссельной заслонке современного карбюратора могут накапливаться обильные отложения. Эти неполадки особенно ощутимы в автомобилях, двигатель которых часто работает на холостом ходу. Обычно такие отложения имеют форму кольца на стенке корпуса дросселя в зоне дроссельной заслонки и ниже нее в положении холостого хода. При переключении на холостой ход эти отложения могут ограничить доступ воздуха у кромки заслонки, в результате чего получается настолько богатая смесь, что возникает необходимость регулировки или очистки карбюратора. Когда во время холостого хода дроссельная заслонка закрыта, скорость воздуха, проходящего в обход заслонки, может достигать скорости звука, в результате чего тяжелые взвеси, содержащиеся в воздухе, ударяются о стенки корпуса дросселя, дополнительно увеличивая количество отложений.
Моющие присадки предназначаются для уменьшения образования углеродистых отложений на деталях двигателей внутреннего сгорания и сохранения в течение длительного времени деталей чистыми.
Моющие присадки вводятся в моторные топлива для улучшения их эксплуатационных и экологических свойств, которые принципиально не могут быть улучшены совершенствованием технологических процессов производства автомобильных бензинов.
Моющие присадки были разработаны в США в 1950 - х гг., и их применение началось в 1954 г. Они предназначались для предотвращения и смывания смолистых отложений в системе подачи топлива в карбюраторных двигателях.
Моющие присадки или, точнее, пептизирующие вещества обладают способностью удерживать тонкодисперсные твердые частицы в состоянии взвеси в масле.
Моющие присадки отнюдь не родственны моющим средствам, применяемым в виде водных растворов. Они характеризуются сочетанием олеофильной и полярной групп и способностью удерживать углеродистые отложения в масле во взвешенном состоянии.
Моющие присадки добавляют в моторные масла в количестве от 1 до 3 % и более.
Моющие присадки, применяемые в маслах для ГМКП, состоят преимущественно из фенолятов и сульфонатов бария или кальция. Хотя нейтральные соли и являются удовлетворительными дисперсантами, все же в настоящее время предпочтение отдается основным соединениям, так как они нейтрализуют кислые продукты, образующиеся в процессе окисления масла. Феноляты могут быть производными алкилированных фенолов или фенолсульфидов, например бариевая соль замещенного парафином фенолкарбоксилатсульфида. Сульфонаты могут быть нефтяными молекулярного веса от 300 до 500 и синтетическими. К первой группе относится, например, нефтяной сульфонат кальция, ко второй - бариевая соль замещенного парафином бензолсульфоната. К другим детергентным присадкам, которые могут найти применение в трансмиссионных маслах, принадлежат алкилсалицилаты кальция или цинка. Моющие присадки часто поставляются в виде 50 % - ных растворов в минеральном масле.
Моющие присадки способны также действовать в качестве ингибиторов коррозии. К этой категории детергентов можно отнести бариевые или смешанные бариево-калыщевые соли ди-изобутилфенолсульфида или те же соли, обработанные сульфидом фосфора.
Моющие присадки, получившие особенно широкое распространение в последние десятилетия , предназначаются для уменьшения образования углеродистых отложений на деталях двигателей внутреннего сгорания и сохранения длительное время деталей чистыми.