Антидетонационная стойкость бензинов

Одним из основных показателей качества моторных бензинов является их антидетонационная стойкость, которая характеризуется октановыми числами (ОЧ). Этот показатель характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя.

Октановое число – условная величина измерения антидетонационной стойкости моторных бензинов; эта величина определяется процентным (по объему) содержанием изооктана (2,2,4-триметилпентана) в смеси его с н-гептаном эквивалентной по антидетонационной стойкости испытуемому моторному бензину при стандартных условиях испытания [17]. При этом октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана, изо-С₈Н₁₈) принимается за 100, а н-гептана (н-С₇Н₁₆) – равным нулю. Нормальный гептан в противоположность изооктану обладает низкими антидетонационными свойствами. Он начинает детонировать даже при низкой степени сжатия.

Например, если испытуемый бензин детонирует при той же степени сжатия в цилиндрах карбюраторного двигателя (и прочих равных условиях) что и эталонная смесь, состоящая из 80 % изооктана и 20 %
н-гептана, то считают, что данный бензин имеет октановое число
ОЧ = 80.

Антидетонационная стойкость моторных бензинов зависит от того, какие группы углеводородов и в каких количествах в них содержатся. Наименьшую стойкость к детонации имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Существует почти линейная зависимость антидетонационной стойкости нормальных парафинов от их молекулярной массы: чем меньше молекулярная масса, тем больше антидетонационная стойкость.

н-Октаны и н-нонаны еще менее устойчивы к детонации, чем
н-гептан; в эталонной шкале октановых чисел октановое число н-гептана принято равным нулю, поэтому октановые числа н-октана и высших нормальных парафинов обозначают со знаком минус [18].

Разветвление парафиновых углеводородов резко повышает их антидетонацилнную стойкость. Например, октановое число н-октана
ОЧ = -20, а октановое число изооктана (2,2,4 триметилпентана)
ОЧ = 100.

Наибольшими октановыми числами обладают простейшие ароматические углеводороды ряда бензола, у которых октановое число выше 100. Для определения октановых чисел выше 100 у моторных бензинов к эталонной смеси добавляют небольшое количество антидетонаторов.

Октановые числа моторных бензинов определяют на специально оборудованных одноцилиндровых поршневых установках с устройством для изменения степени сжатия (УИТ-65). В зависимости от состава моторных бензинов и предъявляемых к ним требованиям разработаны различные методы оценки октановых чисел. Определение октанового числа на установке УИТ-65 ведут в двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 900 об./мин (моторный метод) и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 600 об./мин (исследовательский метод) [17]. Октановые числа одного и того же бензина, определенные разными методами, не совпадают. Октановое число бензина, найденное по исследовательскому методу (ОЧИМ), выше октанового числа, определенного моторным методом (ОЧММ). По исследовательскому методу испытания проводят в менее жестких условиях; поэтому октановые числа бензинов, найденные исследовательским методом, несколько выше, чем при определении моторным методом. Если автомобили предполагается использовать в условиях длительных маршрутов, перевозки тяжелых грузов и плохой дороги, октановые числа бензинов рекомендуется определять моторным методом. Моторный метод имитирует работу двигателя на форсированных режимах при достаточно больших и длительных нагрузках, характерных для междугороднего движения транспорта. Исследовательским методом лучше оценивать антидетонационную стойкость бензинов для автомобилей, имеющих небольшую нагрузку, характерную для внутригородского движения.

Повышению октанового числа бензинов при каталитическом риформинге способствуют следующие процессы [18]:

• Образование ароматических соединений при дегидрировании шестичленных циклопарафинов и дегидроизомеризации алкилциклопентанов. Ниже представлены октановые числа алкилциклопарафинов и ароматических соединений:

Циклогексан 77

Метилциклогексан 71

Метилциклопентан 83

Этилциклопентан 59

Бензол 108

Толуол 104

· Образование значительных количеств углеводородов разветвленного строения, обладающих высокими октановыми числами, за счет изомеризации н-парафинов.

• Образование ароматических углеводородов путем дегидроциклизации парафиновых углеводородов.
• Образование более стойких против детонации низших парафиновых углеводородов вследствие деструктивной гидрогенизации парафиновых углеводородов большей молекулярной массы. Октановые числа парафинов увеличиваются с уменьшением их молекулярной массы:

н-Нонан С₉Н₂₀ -45

н-Октан С₈Н₁₈ -20

н-Гептан С₇Н₁₆ 0

н-Гексан С₆Н₁₄ +26

н-Пентан С₅Н₁₂ +61