Антидетонатори (антидетонаційні присадки. Англ. Antiknock agents) - речовини, що додаються в невеликих кількостях до моторних палив для підвищення їх октанового числа і зниження ймовірності стуку в двигуні. Список речовин, що дозволяють підвищити антидетонаційні властивості палив, досить великий, однак не всі з них можуть використовуватися через технологічних обмежень чи з причин екологічного характеру.
Метил-трет-бутиловий ефір [| ]
Метил-трет-бутиловий ефір (МТБЕ) в даний час вважається найперспективнішим антидетонатором. У Росії його дозволено додавати в автомобільні палива в кількості до 15%. Обмеження викликані особливостями експлуатаційних характеристик - відносно низькою теплотою згоряння і високою агресивністю по відношенню до гум. Згідно з результатами дорожніх випробувань, неетильовані бензини, що містять 7-8% МТБЕ, перевершують етиловий бензин при всіх швидкостях руху. МТБЕ є безбарвною прозорою рідиною з різким запахом. Температура кипіння становить 54-55 ° С, щільність 0,74 г / см 3. Октанове число за дослідним методом становить 115-135 пунктів. Світове виробництво МТБЕ обчислюється десятками мільйонів тонн на рік.
В якості потенційних антидетонаторов можливе застосування етил-трет-бутилового ефіру, трет-амілметілового ефіру, а також простих метилових ефірів, отриманих з олефінів С6 -С7. Крім того розглядаються спирти: метиловий, етиловий, втор-бутиловий і трет-бутиловий.
Властивості деяких ефірів [1].
Для отримання бензинів АІ-95 і АІ-98 зазвичай використовують добавки МТБЕ або його суміш з трет-бутиловим спиртом, яка називається Фетерол - торгова назва Октан-115. Недоліком таких кисневмісних компонентів є випаровування ефірів в жарку погоду, що веде до зниження октанового числа.
Сполуки свинцю [| ]
Найбільш ефективними і дешевими антидетонаційними (октанозбільшуючої) присадками є органічні сполуки свинцю - тетраетилсвинець (ТЕС) і тетраметілсвінец. причому перший отримав більшого поширення. ТЕС є густою безбарвну і отруйну рідину з температурою кипіння 200 ° С. ТЕС добре розчиняється у вуглеводнях і погано у воді. Він пригнічує утворення перекисних сполук в паливі, знижуючи ймовірність детонації. Здатність ТЕС підвищувати антидетонаційні властивості палив була відкрита в 1921 році, а вже через два роки ТЕС стали інтенсивно виробляти в промисловості.
ТЕС не застосовують під чистому вигляді, оскільки утворюється металевий свинець осідає на стінках циліндрів двигуна, що призводить до відмови останнього. З цієї причини в суміші з ТЕС вводять так звані виносітелі, які утворюють з металевим свинцем леткі сполуки. Виносітелі зазвичай являють собою хлор або бромсодержащие з'єднання. Суміш ТЕС і виносітеля називають етиловою рідиною, а бензин, що містить добавки етилової рідини, - етілірованним.
Етилова рідина дуже ефективна в підвищенні антидетонаційних властивостей палив. Добавка часток відсотка етилової рідини в бензин дозволяє збільшити його октанове число на 5-10 пунктів. Найефективніша концентрація ТЕС становить 0,5-0,8 г на 1 кг бензину. Більш високі концентрації ведуть до підвищення токсичності палива, тоді як детонаційна стійкість зростає незначно. З ростом змісту ТЕС також може знижуватися надійність роботи двигуна через накопичення свинцю камері згоряння. Якщо в паливі міститься сірка, то ефективність ТЕС різко знижується, оскільки утворюється сірчистий свинець перешкоджає розкладанню перекисів. При зберіганні етилованого бензину їх детонаційна стійкість зменшується в результаті розкладання ТЕС. Цей процес прискорюється при наявності в паливі води, опадів, смол, зберіганні при підвищеній температурі і ін.
Антидетонатори на основі ТЕС в Російській Федерації заборонені ГОСТ Р 51105-97, який регламентує виробництво тільки неетилованих бензинів. В Європі та інших розвинутих країн від ТЕС також відмовилися з введенням норм Євро-2.
З'єднання марганцю [| ]
Як антидетонаційних присадок ефективні два з'єднання на основі марганцю: ціклопентадіенілтрікарбонілмарганец (ЦТМ) C5 H5 Mn (CO) 3 і метілціклопентадіенілтрікарбонілмарганец (МЦТМ) СH3 C5 H4 Mn (CO) 3. Перший являє собою кристалічний порошок жовтого кольору, другий - прозору малов'язкими рідина бурштинового кольору з трав'янистим запахом, температурою кипіння 233 ° С, щільністю 1,3884 г / см 3 і температурою застигання 1,5 ° С. МЦТМ добре розчинний в бензині і практично не розчиняється у воді.
З'єднання заліза [| ]
Як антидетонаторов представляють інтерес пентакарбоніл заліза, діізобутіленовий комплекс пентакарбонила заліза і ферроцен. Ефективність пентакарбонила заліза Fe (CO) 5 була виявлена в 1924 році. Він являє собою світло-жовту рідину з характерним запахом (щільність 1,457 г / см 3. температура кипіння 102,2 ° С, температура плавлення 20 ° С). Його застосовували в 1930-і роки в Німеччині в концентрації 2-2,5 мл / кг. Потім, однак, його використання було припинено з огляду на те, що при його згорянні утворювалися оксиди заліза, що порушували роботу свічок запалювання. При цьому збільшувався знос стінок циліндра двигуна. Приріст октанового числа в разі Fe (CO) 5 на 15-20% нижче, ніж при використанні етилової рідини. Його недоліком також є схильність до швидкого розкладання на світлі до нерозчинного карбонила Fe (CO) 9.
Діізобутіленовий комплекс пентакарбонила заліза [Fe (CO) 5] 3 [C8 H16] 5 являє собою рідину з щільністю 0,955 г / см 3 і температурою кипіння 27-32 ° С, добре розчинну в бензині. За антидетонаційній стійкості він близький пентакарбонілу заліза.
Ферроцен (С5 H5) 2 Fe - це легкозаймистий кристалічний порошок оранжевого кольору (температура плавлення 174 ° С, кипіння 249 ° С, розкладання 474 ° С). Він повністю розчинний у бензині і має більшу антидетонаційної стійкістю, ніж інші сполуки заліза. Ферроцен і його похідні можна використовувати в складі бензинів всіх марок при концентрації заліза не більше 37 мг / мл. Концентрацію ферроцена обмежують з двох причин. По-перше, через утворення оксидів заліза, які залишаються у вигляді нагару на частинах двигуна, а також накопичуються в маслі. По-друге, через підвищення схильності бензину до смолообразованія.
Амінниє з'єднання [| ]
Анілін С6 H5 NH2 є безбарвною маслянистою рідиною з температурою кипіння 184 ° С і температурою плавлення -6 ° С. Анілін є отруйним з'єднанням і має обмежену розчинність в бензині. На повітрі він окислюється і темніє. При низьких температурах суміші аніліну з бензином схильні до розшарування, тому в чистому вигляді анілін як антидетонатор не застосовується.
Ароматичні аміни мають високу Антидетонаційна ефектом, але до застосування допущений тільки Монометиланіліни (N-метиланилин) - С6 H5 NHCH3. Він являє собою маслянисту рідину жовтого кольору з щільністю 0,98 г / см 3. розчинну в бензинах, спиртах та ефірах. Октанове число за дослідним методом 280. Однак ароматичні аміни мають істотний недолік - вони схильні до смолообразованія і спричиняють різке зростання зносу деталей двигуна.
Порівняльні характеристики антидетонаторов [| ]
Незалежно від хімічної природи антидетонатора його концентрація в паливі з тієї чи іншої причини обмежена, що веде до обмеженого приросту октанового числа. Крім того, приріст октанового числа нелінійно залежить від концентрації добавки і для кожного антидетонатора існує максимальна концентрація, вище якої він вже не проявляє додаткового ефекту.
Порівняльні характеристики антидетонаторов [2]