Детонационная стойкость бензина

Не все сорта бензинов выдерживают сильное сжатие. Некоторые углеводороды при сжатии воспламеняются преждевременно и сгорают с очень большой скоростью в виде взрыва. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, происходит сильный износ деталей. Это взрывное сгорание бензина называется детонацией.

Наименее стоики к детонации алканы нормального строения. Углеводороды разветвленного строения, а также непредельные и ароматические углеводороды более устойчивы к детонации: они допускают более сильное сжатие горючей смеси.

Для количественной оценки детонационной стойкости бензинов имеется октановая шкала. Каждый сорт бензина характеризуется определенным октановым числом. Октановое число изооктана (2,2,4 триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Октановое число н-гептана принято за ноль. Смеси гептана и изооктана имеют октановое число, равное содержанию в них в процентах изооктана. Пользуясь такой шкалой, определяют октановое число бензинов. Если октановое число 76, то это значит, что он допускает такое же сжатие в цилиндре без детонации, как и смесь из 76 % изооктана и 24 % гептана. Чем больше октановое число бензина, тем лучше его качество.

Некоторые соединения имеют октановое число больше 100. Например, бензол имеет октановое число 108. Самое высокое октановое число у триптана-130. Это – 2,2,3 - триметилбутан (СН₃)₃С―СН― (СН₃)₂.

Бензины, полученные в результате перегонки нефти, имеют октановые числа от 30 до 45. Выход бензинов невелик (не более 20 %).

ГЛАВА 12. ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Чтобы увеличить выход бензинов и повысить их октановое число, нефтепродукты, полученные при перегонке, подвергаются вторичной переработке, связанной с изменением структуры углеводородов, входящих в ее состав. Рассмотрим способы деструктивной переработки нефти.

Крекинг

Крекинг – это высокотемпературная переработка нефтяных фракций с целью получения более низкомолекулярных продуктов путем расщепления высших алканов, входящих в их состав. Применяют два основных вида крекинга: термический и каталитический. Термический крекинг осуществляется только под воздействием высокой температуры.

В зависимости от температуры различают следующие виды термического крекинга.

1. Низкотемпературный пиролиз, применяемый для переработки высококипящих фракций нефти:

перегоняемые масла + кокс.

Гудрон, мазут 450-470 ⁰С

газойль 1-1,5 МПа

Образующиеся масла можно использовать как сырье для каталитического крекинга.

1. Пиролиз при умеренных температурах:

Сжиженные газы (этан,

пропан, н-бутан), 750-950 ⁰С диены, ароматиче-

бензин ские углеводороды.

Полученную смесь углеводородов разделяют путем перегонки при низких температурах и давлениях и получают этилен, пропилен, бензол и его гомологи, которые используются далее в химической промышленности.

3. Высокотемпературный пиролиз применяют для получения низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов, прежде всего ацетилена при 2000 ⁰С.

Каталитический крекинг при более низких температурах с использованием катализаторов применяют для получения высокооктановых бензинов. Специально подобранные катализаторы обеспечивают изомеризацию и циклизацию углеводородов, вследствие чего повышается их октановое число. В качестве таких катализаторов используют алюмосиликаты состава mAl₂O₃·nSiO₂.

бензин.

Газойль катализатор

Вакуумный газойль 600 ⁰С

При крекинге получается бензин с октановым числом 70-80. Поскольку для современных двигателей требуется топливо с октановым числом более 90, были разработаны методы улучшения качества бензинов. Это – риформинг и алкилирование.

Риформинг

В ходе риформинга могут происходить дегидрирование и циклизация с образованием ароматических углеводородов. Такие процессы называются ароматизацией. Если в ходе риформинга осуществляется присоединение водорода (гидрирование), то процессы называются гидрориформингом.

Схема каталитического риформинга:

бензин (фракция перегонки нефти)

+ Н₂ риформинг бензин.

В качестве катализаторов используют платину с добавкой рения или смесь оксидов MoO₃, CoO, Cr₂O₃, нанесенных на Al₂O₃ или алюмосиликаты. Эти катализаторы способствуют протеканию реакций дегидрирования, гидрирования и изомеризации.

Примеры процессов риформинга .

1. Дегидрирование.

СН₂

Н₂С СНСН₃ СН₃

Н₂С СН₂

СН₂

метилциклогексан толуол

2. Крекинг и одновременное гидрирование.

СН₃―(СН₂)₁₁―СН₃ + Н₂

СН₃―(СН₂)₅―СН₃ + СН₃―(СН₂)₄―СН_3.

н-гептан н-гексан

3. Изомеризация.

СН₃

|

СН₃―(СН₂)₅―СН₃ СН₃―СН―(СН₂)₃―СН_3.

н-гептан изогептан

СН₂

Н СН₂

Н₂С Н₂С СН₂

СН₃

Н₂С СН₂

Н₂С СН₂ СН₂

метилциклопентан циклогексан

4. Дегидроциклизация . СН₃

СН₃―(СН₂)₅―СН₃

толуол

Алкилирование

Алкилирование представляет собой реакцию, катализируемую кислотами, при которой происходит объединение низших алканов и алкенов в высшие разветвленные углеводороды, имеющие более высокое октановое число:

СН₃ СН₃

| |

СН₃―СН + СН₂=С―СН₃

|

СН₃

СН₃ СН₃

| |

СН₃―С―СН₂―СН― СН₃ .

|

СН₃

Практическая часть