• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЕКОНОМІЯ БЕНЗИНІВ ТА ДОБАВКИ ДО НИХ

З метою економії нафтового палива, підвищення октанового числа, покращання пускових якостей до бензинів можна додавати різні нетрадиційні добавки: спирти (метанол, етанол, бутанол, ізопропанол та ін. ), ефіри (метилтретиннобутиловий - МТБЕ, метилтретиннопентиловий - МТПЕ), вуглеводневе газове паливо, водень та інші добавки, які відомі понад 100 років. Використання добавок дає можливість одержувати високооктанове паливо без вживання токсичних антидетонаторів. На практиці різні добавки можна застосовувати, знаючи їх властивості. Деякі показники добавок і компонентів наведені в табл. 27.

Таблиця 27. Властивості високооктанових компонентів і добавок

Ефективність дії алкилату, ароматичних вуглеводнів та етанолу наведена на рис. 3.

Кількість компонентів, які слід добавити, приблизно можна підра­хувати за "правилом хреста", але октанові числа суміші для точного визначення досліджують на стандартних установках. Кожний ком­понент, що додається до бензину, має свою змішувальну характе­ристику, яка залежить від ряду факторів, тому дослідження на уста­новках є обов'язковими.

Деякі індивідуальні сполуки мають октанові числа 100 і вище: ацетон і толуол - 100/М, бензол - 108/М, триптан - 104/М (табл. 27). Незважаючи на високі антидетонаційні властивості окремих сполук, використовувати їх у чистому вигляді неможливо, тому що не забезпечуються інші експлуатаційні вимоги:

Рис. 3. Вплив високооктанових компонентів на зміну октанового числа бензину (ОЧ/М) при добавці (V%, об. ): 1 - алкилату; 2 - бензолу; 3 - толуолу або ксилолу; 4 - етанолу

випаровування, теплота згоряння паливо-повітряної суміші, температура застигання та ін. При виборі високооктанових компонентів слід враховувати температуру повітря, розчинність у воді та нафтопродукті, гігроскопічність, нагароутворення, корозійність та деякі інші властивості. Ізопентан, наприклад, не придатний до використання влітку, тому що має низьку температуру кипіння; бензол - взимку, тому що має високу температуру застигання. Добавка ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, триптану, нафталіну та ін. ) пов'язана з підвищеним нагароутворенням, виникненням розжарювального запалювання, збільшенням токсичності відпрацьованих газів. На нафтозаводах у процесі приготування товарних бензинів додають ароматичні вуглеводні в допустимій кількості. Ароматичні вуглеводні мають високу токсичність, особливо бензол.

Не можна до бензинів додавати ацетон, незважаючи на високе октанове число і його розчинність у бензині. Внаслідок високої розчинності води в ацетонобензинових сумішах останні можуть спричинити обледеніння карбюратора, розшарування суміші. Ацетон токсичний, має високі корозійні властивості.

Введення надлишку компонентів чи добавок до бензину може зашкодити двигуну і довкіллю.

Треба дуже ретельно аналізувати деякі рекомендації щодо різних добавок та компонентів до палив, різних пристроїв, які з'являються в періодичній літературі, таких, як добавки нафталіну, магнітна обробка, використання "конусів" тощо. Як правило, такі пропозиції мають інші негативні впливи або не дають ніякого позитивного наслідку.

З метою поліпшення антидетонаційних властивостей бензинів та економи нафтового палива як добавки до бензинів можна використовувати одноатомні спирти (метанол, етанол), вторинні та третинні спирти, ефіри. Із вторинних та третинних спиртів як високооктанові компоненти можуть використовуватися ВБС і ТБС (вторинний і третинний бутиловий спирт відповідно), суміш спирту з ефіром (МТБЕ). Показники якості деяких з них наведені в табл. 28.

Таблиця 28. Показники якості альтернативних палив

Використання спиртів як самостійного палива і як добавок відоме давно. При добавках спиртів до бензину у двигунах утворюється менше нагару порівняно з нагароутворенням при використанні бензинів без спирту, у відпрацьованих газах менше токсичних речовин. Спирти мають високу теплоту випаровування, що дозволяє знизити температуру горючої суміші в такті впуску, що у свою чергу дає можливість використовувати палива з меншим октановим числом.

Бензин і "безводний" (абсолютний) етиловий спирт взаєморозчинні у будь-яких співвідношеннях і температурах. На практиці іноді використовується не абсолютний спирт, а азеотропна суміш, яка містить 96% спирту і 4% води або 95% спирту і 5% води. Остання суміш не розчиняється в бензині при температурах нижче 49 °С, якщо її додати до бензину в кількості більше 20%, а при температурах нижче 38°С - в кількості більше 10%, відбувається розшарування бензино-спиртових сумішей. При температурі 20 °С розшарування сумішей відбувається при вмісті води у спирті:

Таким чином, розшарування бензино-спиртової суміші залежить від концентрації спирту, що додається, його вмісту в бензині і температури (табл. 29).

Допустимий вміст води збільшується з підвищенням концентрації етанолу; він збільшується в присутності ароматичних вуглеводнів, вищих спиртів. При додаванні 10% бензолу чи толуолу до суміші, що містить 10% етанолу, критична температура розшарування знижується на 8-11 °С. Більше 70 років тому була розроблена паливна суміш, яка складалася з бензину, етилового спирту та бензолу. Слід зазначити, що бензол кристалізується при температурі +5, 5 °С (при відповідній концентрації) і, крім того, він дефіцитний і високотоксичний. Тому була запропонована заміна бензолу толуолом чи сумішшю ароматичних вуглеводнів.

Таблиця 29. Температура розшарування бензино-етанольної суміші залежно від концентрації спирту та його вмісту в паливній суміші

У таблиці 30 наведена ефективність підвищення октанового числа бензину при додаванні ароматичних вуглеводнів та етанолу. Спирт майже вдвічі ефективніший порівняно з ароматичними вуглеводнями.

Таблиця З0. Підвищення октанового числа бензину при додаванні окремих компонентів

При використанні етанолу як добавки до бензину основною проблемою є стабільність цієї суміші при вмісті води. Вода може надходити до паливної суміші як складова етанолу у випадках використання 95-96% спирту або внаслідок попадання ззовні при транспортуванні, зберіганні, використанні палива. У випадках використання 95-96% етанолу обов'язковим є введення стабілізаторів (спиртів С₃ і вище; поверхнево-активних речовин; кетонів С₆-С₈; простих і складних ефірів, у тому числі МТБЕ, ЕТБЕ; ароматичних амінів; сивушної олії та ін.).

Використання "абсолютного" спирту як високооктанової добавки до бензину не потребує введення стабілізатора. При цьому повинно бути забезпечене унеможливлення попадання води до палива під час транспортування чи зберігання в бак автомобіля.

У практиці приготування товарних бензинів використовується добавка ароматичних вуглеводнів. З урахуванням їх нагароутворюючої дії вміст ароматичних вуглеводнів обмежений. Індивідуальні ароматичні сполуки можна заміняти на суміш ароматичних вуглеводнів, що утворюються при деструктивній гідрогенізації вугілля чи смол на коксохімічних виробництвах. Ця суміш є стабілізатором спиртобензинових палив. Але і такі суміші розшаровуються при певних умовах. Підвищення вмісту спирту може спровокувати корозійні процеси, ароматичних - підвищення нагароутворення і токсичності відпрацьованих газів. В Україні використовують сумішеві палива, які складаються з бензину, абсолютного етилового спирту, ароматичних вуглеводнів. Добавка до бензину суміші етанолу з ароматичними вуглеводнями у відповідній кількості та співвідношенні компонентів більш ефективно підвищує октанове число порівняно з добавкою такої ж кількості цих компонентів, уведених окремо (або спирт, або ароматичні вуглеводні).

Визначене співвідношення компонентів у паливі необхідне для забезпечення нормальної роботи двигуна без зменшення потужності та економічності, без підвищення корозійності палива та токсичності відпрацьованих газів.

Використання сумішей спиртів, бензину і ароматичних вуглеводнів дозволяє одержувати палива з високим октановим числом без застосування високотоксичного тетраетилсвинцю (ТЕС) та інших металевих антидетонаторів. Застосування високооктанових палив призводить до зменшення їх витрат:

*Амер. галон дорівнює 3, 785 літра (дм³).

Додаються й інші компоненти до бензину.

Як альтернативне паливо та добавка до нафтового палива може використовуватись метиловий спирт (метанол), виходячи з технології одержання, наявності сировинної бази та собівартості. Метанол абсолютний (без води) розчиняється в бензині в необмеженій кількості. Вода, навіть у невеликій кількості, призводить до розшарування суміші бензину з метанолом. Так, суміш 10% метанолу з бензином розшаровується при температурі О °С з вмістом води більш як 0, 06%, а при 20 °С - більш як 0, 18% води. Щоб запобігти розшаруванню бензинометанольної суміші, вводять стабілізатори (ізоспирти тощо), але це не вирішує проблеми повністю.

З добавками метанолу двигун працює м'якше, ніж на чистому бензині. Прогрітий двигун працює нормально при добавках метанолу до 10%. Антидетонаційні властивості при добавках метанолу в різній кількості змінюються приблизно так:

Для запобігання розшарування бензино-метанольної суміші до її складу вводять 5-10% ізобутанолу. Використання бензино-метанольної суміші, яка складається з 77, 5-74, 5% бензину, 14,5-15,5% метанолу та 8-10% ізобутанолу, не потребує суттєвих конструкційних змін у системі живлення. Треба враховувати, що метанол має високу токсичність та підвищену корозійність.

Вторинні та третинні спирти, ефіри та їх суміші при добавленні до бензинів не розшаровуються, значно зменшується токсичність

відпрацьованих газів. Так, при добавках до бензину 12% метилтретиннобутилового ефіру (МТБЕ) та вторинного бутилового спирту (ВБС) в однаковому співвідношенні значно зменшуються викиди оксиду вуглецю (на 15-30%), вуглеводнів (на 4-11%), поліпшуються потужні та економічні показники двигуна. МТБЕ за токсичністю не перевищує токсичність нафтопродуктів. Але вторинні, третинні спирти та ефіри значно дорожче за метанол та етанол. Експлуатаційні характеристики роботи двигуна на суміші бензину з МТБЕ (без ВБС) більш високі порівняно з експлуатаційними характеристиками роботи двигуна на бензино-спиртових сумішах. Суміш з бензину та МТБЕ має хорошу фізичну стабільність, вона не розшаровується при зберіганні та використанні. Добавка МТБЕ до бензинів дає можливість відмовитися від застосування бензинів з антидетонаторами.

При добавках кисневих сполук слід зважати на те, що їх сумарний вмісту бензині обмежений (табл. 31) для запобігання підвищення токсичності відпрацьованих газів та деяких інших негативних наслідків.

Таблиця 31.Граничне допустимий вміст кисневих добавок в європейських бензинах

При використанні високооктанових добавок, що містять у своєму складі кисень, збільшуються викиди альдегідів у відпрацьованих газах. Обмеження вмісту кисневих сполук (за масою кисню) в бензинах особливо важливе для двигунів з безпосереднім впорскуванням палива (з інжекторними системами), для яких є обов'язковим використання каталітичних нейтралізаторів.

Згідно з державним стандартом України у складі бензинів обмежені: масовий вміст кисню, масова частка кисневих сполук (одноатомних спиртів, наприклад, метанолу, етанолу; ефірів тощо), вміст ароматичних вуглеводнів, бензолу.

Як добавку до бензину можна використовувати вуглеводневі газові палива. Добавка газового палива (метану, пропану, бутану) підвищує октанове число бензину, зменшує токсичність відпрацьованих газів, економить рідке нафтове паливо. Газові палива мають високі октанові числа: для природних газів та газів нафтопереробних заводів вони становлять 95-105 (за дослідницьким методом). Використання газових добавок вимагає застосування більш складної і дорогої двопаливної системи живлення. Використання газових добавок до бензинів дає змогу застосовувати дешеві низькооктанові бензини, компенсуючи цей недолік високими антидетонаційними властивостями газів. З використанням двопаливної системи (бензин + газ) можна заміняти від 15 до 80% бензину газовим паливом.

При використанні газових вуглеводневих палив особливої актуальності набуває герметичність всієї паливної апаратури. Витік газового палива може призвести до небезпечних наслідків: отруєння людей, пожежі, вибуху.

Межі вибуху (% об. ) суміші індивідуальних вуглеводнів та деяких речовин з повітрям:

Найбільш вибухонебезпечні ацетилен, оксид вуглецю та водень.

Як добавку до бензинів можна використовувати водень. При його додаванні значно економиться нафтове паливо, поліпшується екологічна обстановка. Водень є найенергоємнішим з усіх видів палив: його нижча теплота згоряння становить 120, 16 МДж/кг, тобто майже в 3 рази вища від теплоти згоряння бензину. За нормальних умов водень - легкий газ із густиною 9-Ю^-5 г/см³. Температура кипіння водню становить мінус 253 °С, а критична - мінус 240 °С. Добавка 5% водню в паливо-повітряну суміш знижує витрати бензину (або дизельного палива) до 25-30%, токсичність відпрацьованих газів, тому що двигун працює на збіднілих сумішах (а = 1, 05), збільшує потужність двигуна.

Однією з труднощів використання водню як палива і добавки до нафтових палив є створення легкої, малооб'ємної і безпечної системи зберігання водню на автомобілі та іншій техніці. Водень може зберігатись у стисненому, зрідженому стані або у вторинних енергоносіях.

У зв'язку з широким діапазоном запалювання (4-75% об. ), зберігання водню в газовому та рідкому стані небезпечне. Його можна зберігати в металогідридних акумуляторах. Акумулювання водню в металогідридних акумуляторах полягає в тимчасовому зв'язуванні його з деякими твердими хімічними елементами (гідридами рідкісно­земельних металів, наприклад, натрієм), одержанні на цій основі нестабільних сполук, які знову виділяють водень при нагріванні їх до температури 80-100 °С. Маса акумуляторів значна, а маса водню в ньому - незначна. Наприклад, гідридний акумулятор (FeTiH₂) масою 400 кг забезпечує зберігання 6,4 кг водню.

Можливі добавки водню до бензину методом його розчинення в бензині. Один літр бензину при тиску 1, 5-2, 0 МПа може поглинути 140-190 дм³ водню, що веде до підвищення октанового числа бензину на 15-17 одиниць. Але виникає проблема утворення надлиш­кового тиску. Використання водню як добавки до нафтового палива та як окремого палива пов'язане також з економічною стороною.

Економія бензину, охорона довкілля залежать від виключення витікання, розливання, псування бензину на місцях і його підвищеного випаровування, - належного технічного стану автомобілів, умілого використання різних нетрадиційних добавок в умовах експлуатації тощо. Утворення смол, випаровування легкої частини бензину призводить до перевитрат не тільки палива, але й оливи. При цьому знижується надійність двигуна, підвищується забруднення навко­лишнього середовища. Важливим у питанні економії бензину є використання відповідних (а не випадкових) марок бензину, моторних і трансмісійних олив, охолоджувальних рідин, мастил.

Контрольні запитання

1. Що являє собою товарний бензин?

2. Які показники якості бензину впливають на пуск двигуна та які є методи полегшення його пуску?

3. Як впливає фракційний склад бензину на роботу двигуна, витрати ПММ, оточуюче середовище?

4. Які фактори і як саме впливають на процес згоряння бензину?

5. Що називається октановим числом і який його вплив на роботу двигуна?

6. В. Які можливості підвищення октанового числа бензину та його економії?

7. Які причини виникнення розжарювального запалювання та наслідки його ді'І?

8. Від чого залежить корозійність бензину?

9. Що таке хімічна стабільність та який її вплив на роботу двигуна, витрати ПММ?

Читайте також:

1. Аверсивна терапія і символічна економія
2. Англійці Вільям Стенлі Джевонс (1835–1882) та Альфред Маршалл (1842–1924), замість терміна ”політична економія”, вводять нейтральний термін “economics“.
3. В) політекономія та обґрунтування економічної політики
4. Детонаційна стійкість бензинів
5. Економія електроенергії в побуті
6. Економія за рахунок зменшення виплат допомоги по тимчасовій
7. Економія поточних витрат (приріст прибутку)
8. Загальна економія по розрахованих заходах
9. Зріла класична політекономія
10. Класична політична економія.
11. КОРИСНІ ТА НЕЙТРАЛЬНІ ДОБАВКИ

Переглядів: 3274