18.04.2012

Классификация присадок в топлива

Наиболее распространенные на рынке присадки для топлив можно условно разделить на следующие типы:

1. Модификаторы воспламенения — присадки, корректирующие октановое (для бензинов) и цетановое (для дизельных топлив) числа
2. Модификаторы горения
3. Моющие присадки
4. Присадки, повышающие стабильность топлив
5. Присадки, оказывающие влияние на низкотемпературные свойства дизельных топлив

1. Модификаторы воспламенения. Присадки, корректирующие октановое и цетановое числа

Антидетонационные присадки

Назначение – повышение октановых чисел бензинов. Антидетонаторы применяются главным образом на нефтеперерабатывающих заводах с целью обеспечения выработки топлив со стандартным уровнем детонационной стойкости. В отдельных случаях антидетонационные присадки могут быть использованы для легкой корректировки ОЧ бензинов непосредственно потребителями топлив.

Принцип действия антидетонаторов заключается в предотвращении взрывного разложении продуктов предпламенного окисления топлива, происходящего до начала нормального горения топливной смеси. При ее сжатии в камере сгорания развивается высокая температура, углеводороды начинают окисляться и образуют большое количество пероксидов. Будучи химически неустойчивыми, пероксиды со взрывом разлагаются. Антидетонаторы разрушают пероксиды и препятствуют их накоплению.

Показатель эффективности антидетонаторов — прирост октанового числа при введении их в бензин, определяемый моторным или исследовательским методами на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном. Испытания проводят в двух режимах: жестком (частота коленчатого вала 900 мин-1, температура всасываемой смеси 1490 С, переменный угол опережения зажигания) и мягком ( 600 мин -1, температура всасываемой смеси 520С, угол опережения зажигания 130). Получают соответственно моторное и исследовательское октановое числа (ОЧМ и ОЧИ). Считается, ОЧМ лучше характеризует бензины в условиях высоких скоростей и нагрузок, а ОЧИ — при езде в городских условиях. В США используется усредненная характеристика (ОЧМ+ ОЧИ)/2, приравниваемая к дорожному октановому числу (ДОЧ). Это надо иметь ввиду при сравнении анитдетонационных характеристик отечественных и импортных бензинов.

Существующие типы модификаторов воспламенения:
• антидетонаторы на базе соединений свинца (в настоящее время не вырабатываются);
• антидетонаторы на базе ароматических аминов
• антидетонаторы на базе соединения ферроцена (железа)
• антидетонаторы на базе соединения марганца
• антидетонаторы на базе соединений щелочных металлов
• оксигенаты ( кислородсодержащие добавки)
• смесевые композиции

Промоторы воспламенения

Промоторы воспламенения предназначены для улучшения воспламеняемости дизельных топлив в камере сгорания (увеличения цетанового числа (ЦЧ)). Они добавляются в высокоароматезированные среднедистиллятные фракции различного происхождения, а также в дизельные топлива из нефтей нафтенового основания, топлива из газового конденсата, распространенные в местах нефтедобычи.

Промоторы воспламенения влияют на рабочий процесс дизеля и токсичность отработавших газов (ОГ). Чем выше ЦЧ топлив, тем быстрее оно воспламеняется и тем меньше период задержки воспламенения (ПЗВ). Но при слишком высоком ЦЧ она слишком мала, и на подготовку горючей смеси имеется мало времени. В результате топливо впрыскивается уже в горящую смесь, содержащую продукты сгорания, которые затрудняют доступ кислорода к новым порциям топлива. При малом ЦЧ, напротив, продолжительность ПЗВ велика и смесь хорошо подготавливается, зато меньше времени остается на собственное горение. При этом горение происходит интенсивнее и сопровождается быстрым нарастанием давления в камере сгорания, что, в свою очередь, ведет к стуку, повышенному износу двигателя,
опасности поломки поршневых колец и прорыва картерных газов.

Добавка промотора воспламенения к дизельному топливу позволяет сократить продолжительность холодного пуска двигателя и снизить эмиссию дыма, характерного для пускового периода. Принцип действия промоторов воспламенения объясняются легким распадом их молекул ( чаще всего нитратов или пероксидов) по связи О-О и О-N с невысокой энергией активации. Образующие свободные радикалы инициируют воспламенение топлива. Присадки этого типа действуют только на начальных стадиях процесса горения, поэтому и названы промоторами воспламенения.

Показатель эффективности – цетановое число топлива с присадкой, определяемое на установке ИТ9-3 по ISO 5165-1998. Это условный показатель, равный объемной концентрации цетана в эталонной смеси цетана и a- аль-фаметилнафталина, воспламеняемость которой соответствует воспламеняемости испытуемого топлива при периоде задержки воспламенения 130.

Типы присадок — промоторов воспламенения:
• на основе изопропилнитрата
• на основе циклогексилнитрата
• на основе дваэтилгексилнитрата
• на основе алкилпероксидов

Кислородсодержащие добавки (оскигенаты)

Оксигенаты – кислородсодержащие соединения, применяемые в качестве высокооктановых компонентов моторных топлив. Их вырабатывают из альтернативного нефтяным топливам сырья — метанола, этанола, фракции бутиленов и амиленов, получаемых их угля, газа, растительных продуктов и тяжелых нефтяных остатков. Бензины с оксигенатами характеризуются улучшенными моющими свойствами, характеристиками горения, при сгорании образуют меньше оксида углерода и углеводородов.

Общим для всех оксигенатов является то, что их теплота сгорания ниже, чем углеводородов, поэтому их количество в топливе ограничено возможностью работы двигателя без дополнительной регулировки. Рекомендуемая концентрация в бензинах составляет 3-15% и выбирается с таким расчетом, чтобы содержание кислорода в топливе не превышало 2,7%.

Показатели эффективности оксигенатов характеризуются, прежде всего, октановыми числами смешения, давлением насыщенных паров, теплотворной способностью, а также гигроскопичностью. Оксигенаты представляют собой ПАВ, улучшают противоизносные свойства топлив; это их действие проявляется при концентрации 0,05-0,1%.

Ассортимент. На практике используют спирты, простые эфиры, их смеси, спиртсодержащие отходы пищевых и нефтехимических производств.

2. Модификаторы горения

Антидымные присадки

Назначение — снижение эмиссии черного дыма  дизельного двигателя. Эмиссия черного дыма может быть снижена при помощи металлсодержащих антидымных присадок. Антидымные присадки обычно вводятся в топливо на местах применения, но также предусмотрена возможность производства специальных марок дизельного топлива с антидымными присадками на НПЗ.

Принцип действия — в идеале антидымные присадки способствуют выжиганию сажи в камере сгорания до окончания сгорания основной массы топлива и начала стадии расширения рабочей смеси.

Показатели эффективности —  снижение дымности ОГ, оцениваемое в процессе стендовых испытаний дизельных двигателей; фактическое сажесодержание. Испытания топлив с присадками проводят на стендах с различными двигателями при различных условиях. Эффективность присадки существенно зависит от типа двигателя и режима его работы.

Антинагарные и нагароочищающие присадки

Назначение — уменьшают нагарообразование в камере сгорания дизельного двигателя, предотвращают закоксовывание поршневых колец.

Принцип действия — сочетают комплекс факторов: в общем случае присадка модифицирует структуру нагара, оказывает каталитическое действие на его выгорание и смывает частицы нагара и продукты его превращения.

Показатель эффективности – количество нагара, смываемого с поверхности деталей двигателя.

Антисажевые присадки

Назначение — уменьшение скорости забивки сажевых фильтров, устанавливаемых на автомобилях перед каталитическими нейтрализаторами или непосредственно в выпускном тракте. Наличие присадки обеспечивает постепенное выжигание сажи, устраняя опасность перегрева при периодических регенерациях.

Показатель эффективности – противодавление ( гидравлическое сопротивление) фильтра. Противодавление фильтра, забитого сажей, достигает насколько десятков кПа. При регенерации противодавление снижается, причем тем быстрее, чем эффективнее присадка. Этот показатель указывает на интенсивность спекания пор фильтра, что характеризует не только присадку, но и сам фильтр.

3. Моющие присадки

Очиститель карбюраторов

Назначение — предотвращает образование отложений на поверхностях деталей карбюратора. Отложения формируются смолистыми соединениями, непосредственно содержащимися в бензинах, а также продуктами превращений нестабильных компонентов топлива. Отклонения от оптимального режима приводят к неполному сгоранию топлива, повышенной токсичности отработавших газов, перерасходу топлива, ухудшению пусковых свойств двигателя.

Очистители карбюратора вводят в топливо на местах применения топлива, на АЗС при заправке автомобилей, на терминалах при отгрузке модифицированных топлив крупным потребителям. Рабочая концентрация- 0,005-0,02%.

Принцип действия. Основными активными компонентами моющих присадок являются ПАВ. Для того, чтобы вывести загрязнения из двигателя, присадка, обладающая высокими поверхностно – активными свойствами, должна вытеснить отложения с поверхности, раздробить частицы загрязнений, находящиеся в объеме топлива, и перевести их в солюбилизированное состояние, т.е. законсервировать. Чтобы предотвратить образование новых отложений, присадка должна эффективно солюбилзировать зарождающиеся смолистые частицы. Поскольку одно вещество все перечисленные функции хорошо выполнить не может, моющие присадки представляют собой сбалансированные композиции нескольких соединений.

Показатели эффективности — коэффициент предотвращения отложений, коэффициент смывания отложения и коэффициент полноты смывания отложений, определяемые лабораторным методом, а также чистота карбюратора, определяемая в процессе испытаний на стенде с двигателями. Важным эксплуатационным показателем является токсичность ОГ — концентрация в них оксида углерода.

Очистители впускных клапанов

Назначение — обеспечить чистоту впускных клапанов двигателей с впрыском бензина. Максимальная концентрация – 0,3%

Принцип действия этих присадок такой же, как и очистителей карбюратора. Однако присадка должна иметь более высокую термическую стабильность, которая позволяет сохранять моющие средства в жестких условиях работы системы впрыска в двигателях с регуляций ОГ.

Показатели эффективности определяются путем стендовых испытаний на полноразмерных двигателях или их отсеках.

4. Присадки, повышающие стабильность топлив

Антиоксиданты

Назначение — антиоокисданты вводятся в топливо для того, чтобы ингибировать окисление углеводородов кислородом воздуха. Низкомолекулярные продукты окисления- пероксиды, спирты, кислоты и другие кислород-содержащие соединения – вступают в реакцию полимеризации и поликонденсации с образованием высокомолекулярных продуктов, которые содержатся в топливе в виде смол или выпадают из них в отдельную фазу. Чем больше в топливе смол, тем больше образуется отложений в двигателе и топливной системе. В результате процессы смесеобразования и горения становятся не оптимальными.

Топливо сгорает не полностью, КПД двигателя снижается, а в остаточных газах увеличивается концентрация токсичных продуктов. Кроме того, из-за наличия осадков ухудшаются прокачиваемость и фильтруемость топлива. Чем ниже окислительная стабильность топлив, тем меньше допустимые сроки его хранения. Пероксиды, образующиеся при окислении бензинов, снижают их ОЧ, причем снижение может достигать 5 ед.

Антиоксиданты ингибируют только радикально-цепные реакции: окисление углеводородов и отчасти полимеризацию непредельных соединений. Однако в топливах, содержащих активные соединения разной породы (диеновые и полициклические ароматические углеводороды, азотсодержащие гетероциклы и т.д.), возможны и другие реакции уплотнения, приводящие к образованию осадка и смол. Это особенно характерно для среднедистиллятных фракций, полученных процессами деструктивной переработки нефти. Введение антиоксидантов в такие топлива не дает ожидаемого эффекта. Поэтому антиоксиданты
используются в основном для стабилизации бензинов и реактивных топлив.

Принцип действия антиоксидантов основан на обрывании цепей окисления углеводородов путем взаимодействия с радикалами.

Показатели эффективности антиоксидантов — индукционный период и химическая стабильность содержащих их топлив. Индукционный период представляет собой, время, в течение которого топливо « сопротивляется» окислению кислородом.

Деактиваторы металлов

Назначение — усиливать стабилизирующее действие антиоксидантов, на 30-70% снижая их концентрацию в топливе. Тем самым достигается экономический эффект от уменьшения расхода антиоксиданта.

Принцип действия — деактиваторов металлов заключается в образовании с металлами прочных комплексов, в которых каталитическое действие металлов на реакции окисления углеводородов сведено к минимуму.

Стабилизаторы комплексного действия

Назначение – повышение химической и термоокислительной стабильности топлив, в которых антиоксиданты на основе ингибиторов недостаточно эффективны. К таким топливам относятся, например, дизельные топлива, содержащие негидроочищенные газойли, каталитического крекинга, топлива, получаемые процессами ожижения горючих сланцев, угля.

В состав стабилизатора входят четыре основных компонента:
• антиоксидант, ингибирующий радикально- цепные реакции окисления и полимеризации углеводородов;
• деактиваторы металлов, снижающие каталитическое действие металлов, прежде всего железа и меди, на окисление углеводородов;
• нейтрализующий агент, образующие с кислотными продуктами окисления прочные комплексы и соли и тем самым замедляющий их каталитическое влияние на процессы уплотнения;
• диспергирующий агент, замедляющий коагуляцию высокомолекулярных продуктов уплотнения.

Показатель эффективности – термическая стабильность дизельных топлив.

5. Присадки, оказывающие влияние на низкотемпературные свойства дизельных топлив

Депрессорные присадки
Назначение депрессорных присадок — снижение температуры застывания и предельной температуры фильтруемости дизельных топлив. Главное действие депрессорной присадки — изменение формы и размера кристаллов парафина, формирующихся при понижении температуры дизельного топлива. Молекулы депрессора оседают на кристаллах парафина и не позволяют им срастаться в агломераты с размерами более 3…5 мкм, которые будут задерживаться топливными фильтрами и приводить к отказу топливной системы двигателя. С понижением температуры, наоборот, молекулы депрессорной присадки создают искусственные очаги кристаллизации парафинов, притягивая их к себе. В обоих случаях кристаллов парафина оказывается больше, чем в ДТ без депрессора. При этом размеры кристаллов намного меньше, и они не так быстро забивают фильтр тонкой очистки. Присадка – антигель препятствует замерзанию топлива в топливопроводе и не дает забиваться фильтрам.

Диспергирующие присадки

Диспергаторами парафинов являются препараты, которые препятствуют осаждению парафинов, но при этом не являются заменой для депрессоров. Они предотвращают расслоение топлив с депрессорными присадками при холодном хранении.
В этих условиях в топливе образуются две фазы: верхняя, светлая, и мутная, нижняя, обогащенная парафинами. Оба слоя подвижны, но если топливо отбирается сверху, то запуск и работа двигателя протекают нормально (хотя цетановое число этой части топлива может быть пониженным). Если отбор происходит снизу, двигатель не запускается или работает неустойчиво. Использование диспергаторов парафинов позволяет предотвратить расслоение.
Суть работы диспергатора заключается в том, что он распределяет твердые кристаллы. Диспергатор добавляется в состав топлива вместе с депрессором, где образует некоторое количество мелких кристаллов, между которыми возникает электростатическое поле, которое в свою очередь равномерно распределяет эти кристаллы по всему объему.

  • Поделиться ссылкой