Пределы насыщения топливных смесей при повышении октановых чисел и чувствительность бензинов

Вопреки сложившемуся мнению, при добавлении антидетонаторов (высокооктановых добавок) в бензины повышение октановых чисел не будет линейным, то есть падает при увеличении процента добавления, постепенно снижаясь, практически до нуля. Наиболее эффективен прирост в бензинах с низкими октановыми числами, что обусловлено достаточно сложными физико-химическими процессами, на сути которых мы не будем здесь останавливаться, это тема для отдельной статьи, ориентированной на специалистов. Попробуем сформулировать максимально просто: чем ниже октановое число исходного бензина до добавления антидетонаторов (высокооктановых добавок), тем эффективнее будет прирост октановых чисел при добавлении одного и того же количества антидетонаторов, по сравнению с высокооктановыми бензинами. При этом одними оксигенатными (кислородсодержащими) антидетонаторами крайне трудно довести низкооктановые бензины до высокооктановых (с октановым числом по исследовательскому методу (ОЧИ) 92 и выше), поэтому производители в прошлом добавляли в бензины такие добавки, как монометиланилин (ММА), тетраэтилсвинец (ТЭС), дициклопентадиенил железа (II) (Ферроцен), либо метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (MMT). Однако все эти добавки имеют несколько существенных недостатков, среди которых сильные процессы осмоления бензина, ускоренный износ двигателя и свечей зажигания, а также значительное превышение крайне вредных для здоровья веществ в выхлопных газах.

Одновременно, с ростом октановых чисел бензинов и увеличением процента добавления антидетонаторов, растет и чувствительность бензина (разница между ОЧИ и ОЧМ) к работе двигателя, а чем она больше, тем ниже антидетонационная стойкость бензина. Причем чувствительность зависит, например, от состава бензина. Наиболее чувствительными (от 8 до 12 очков), являются бензины, произведенные по технологиям каталитического крекинга или реформинга, содержащие в своем составе большое количество непредельных ароматических углеводородов. Наименее чувствительными (от 1 до 3 очков) — прямогонные и алкилированные бензины, состоящие, преимущественно, из парафиновых и изопарафиновых углеводородов. Если сказать максимально просто, то бензины с низкой чувствительностью, одинаково работают и в тяжелом "моторном" режиме работы двигателя и в исследовательском "городском" режиме, иначе говоря, такой бензин нечувствителен к режимам работы, обеспечивает стабильную работу двигателя и всегда выдает требуемую мощность, без провалов.

Именно поэтому разработка высокооктановых добавок (антидетонаторов) требует большой научно-исследовательской базы и хороших специалистов в штате. Компания УФА-ХИМ, специалисты которой имеют опыт более 15 лет в данной области, обладает всеми необходимыми компетенциями для разработки и производства качественных добавок и присадок в бензины и топливные смеси, выпуская отдельные марки продуктов под особенности параметров бензина каждого конкретного заказчика. Наше важнейшее правило, начинать поставки, только если перед этим изучено сырье заказчика, которое планируется применять в производстве бензина, а также созданы образцы готового продукта, которые в свою очередь были успешно испытаны заказчиком.

Давление насыщенных паров (ДНП) в бензинах при добавлении метанола

Один из важнейших показателей бензина, определяющих его пусковые свойства — давление насыщенных паров. Если максимально упростить, то чем ниже температура окружающей среды, при которой эксплуатируется автомобиль, тем больше низкокипящих фракций должно быть в бензине, чтобы его паров было достаточно для воспламенения внутри камеры сгорания двигателя, ведь при их недостатке автомобиль просто не заведется (экспериментально установлено, что такое произойдет при значении давления насыщенных паров бензина ниже 34 кПа). В связи с этим думаю, для многих станет новостью, что бензины как и дизельное топливо могут быть летними, зимними, а иногда и межсезонными (на самом деле существует 10 классов бензина, для различных климатических регионов применения). Диапазон значений давления насыщенных паров для различных классов бензина варьируется от 45 до 100 кПа.

Вот тут и проявляется одна из проблем применения чистого метанола в бензинах, поскольку у такой смеси значительно повышается давление насыщенных паров, приводя "зимний" вариант бензина к значениям "летнего" по данному показателю, а в "летнем" вызывая паровые пробки, что крайне опасно. Поэтому профессионалы в отрасли производства высокооктановых добавок на основе метанола проводят масштабные исследования и разрабатывают на основе результатов особые многокомпонентные смеси, применение которых с бензинами не оказывает эффекта на давление насыщенных паров, либо такое влияние крайне незначительно и не выводит бензины из своего климатического класса по данному параметру. На российском рынке менее 5% компаний-производителей подходят к разработке высокооктановых добавок через научные исследования с опытно-промышленными испытаниями и еще меньшее количество компаний способны разработать разные наименования и марки под различное сырье заказчиков, а также оказать консультации и сопровождать применение своих продуктов, почти всегда дистанцируясь в случае любых возникших на стороне заказчика проблем.

Экологичность и улучшение моющих свойств бензинов

Современные требования к топливной продукции диктуют необходимость снижения выбросов вредных веществ и повышения эксплуатационной надежности двигателей. Одним из перспективных направлений является применение метаноловых добавок в бензиновые смеси. Метанол, как кислородсодержащий компонент, обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими не только повышать октановое число, но и улучшать экологические и моющие характеристики топлива. Его высокая кислородная насыщенность (около 50 % по массе) способствует более полному сгоранию углеводородов, что снижает количество токсичных выбросов, а также оказывает положительное влияние на очищение внутренних деталей двигателя.

Оксигенатные добавки на основе метанола играют ключевую роль в улучшении процесса сгорания топлива. Уже при включении в бензиновую смесь в объёме от 3 до 5 % метанола наблюдаются следующие эффекты:

• Благодаря высокому содержанию кислорода, метанол способствует ускоренному окислению углеводородных фракций. Это обеспечивает более полное сгорание топлива, сокращая образование незагоревших остатков.
• Экспериментальные исследования показывают, что добавление 3–5 % метанола приводит к снижению концентрации оксида углерода (CO) на 15–20 % и выбросов неполностью сгоревших углеводородов (HC) на 10–15 %. Более полное сгорание также способствует уменьшению образования оксидов азота (NOₓ) за счёт стабильного температурного режима в камере сгорания.

Благодаря улучшению процессов горения, топливные смеси с оксигенатными добавками на основе метанола демонстрируют существенные экологические преимущества:

• Лабораторные испытания установили, что правильно стабилизированная смесь бензина с 3–5 % метанола ведёт к снижению выбросов CO и HC на 15–20 % по сравнению с базовым бензином. Эти цифры являются важными для соблюдения международных стандартов экологической безопасности.
• Более полное сгорание топлива уменьшает нагрузку на системы очистки выхлопных газов. Каталитические нейтрализаторы, работающие с таким топливом, демонстрируют улучшенные показатели очистки, что продлевает срок их службы и снижает эксплуатационные расходы АЗС и автопарков.
• Благодаря оптимизированному сгоранию топлива, двигатели работают эффективнее, что приводит к снижению расхода топлива на 3–5 % в сравнении с традиционными бензиновыми смесями.
• Стабильный и полный процесс сгорания снижает вероятность образования детонационных импульсов, что уменьшает износ двигателя и снижает риск поломок.

Оксигенатные добавки на основе метанола улучшают моющие свойства бензина за счёт нескольких ключевых факторов:

• Метанол обладает способностью растворять углеводородные остатки и отложения, образующиеся в топливной системе. Это помогает предотвращать накопление нагара на форсунках, клапанах и в других критических зонах двигателя.
• Добавление метанола уменьшает общую вязкость топлива, что улучшает его циркуляцию в системе впрыска. Более низкая вязкость способствует лучшему очищению внутренних поверхностей топливной системы.

Практические исследования и испытания демонстрируют, что использование оксигенатных добавок на основе метанола приводит к ощутимым улучшениям моющих свойств бензина:

• В лабораторных тестах бензиновые смеси с добавлением 3–5 % метанола показали снижение образования отложений на форсунках и в системе впрыска на 20–30 % по сравнению с контрольными образцами без добавок. Это улучшает работу двигателя и снижает риск его преждевременного износа.
• Анализ состояния топливных систем автомобилей, работающих на бензине с метаноловыми добавками, выявил сокращение накопления нагара и смол на 25–30 %, что положительно сказывается на долговечности агрегатов и уменьшает необходимость в частом техническом обслуживании.
• Улучшенные моющие свойства бензина позволяют реже проводить очистку топливной системы и замену фильтров, что приводит к снижению эксплуатационных затрат. По оценкам, снижение частоты технического обслуживания может сократить расходы автопарка на 10–15 % в год.
• Чистота топлива напрямую влияет на эффективность работы каталитических нейтрализаторов. Метаноловые добавки способствуют уменьшению отложений на поверхности катализаторов, что обеспечивает их оптимальную работу и продлевает срок службы систем очистки выхлопных газов.

Применение оксигенатных добавок на основе метанола в бензиновых смесях является эффективным инструментом для повышения экологичности топлива и улучшения его моющих свойств. С учётом данных лабораторных испытаний, использование 3–5 % метанола способствует снижению выбросов CO и HC на 15–20 % и уменьшению образования отложений в топливной системе на 20–30 %. Эти показатели подтверждают, что такие добавки не только способствуют улучшению процесса сгорания, но и обеспечивают более чистую и стабильную работу двигателя, снижая эксплуатационные расходы и улучшая соответствие экологическим стандартам.

Для производителей бензина и операторов АЗС внедрение таких технологий представляет стратегическую ценность: улучшение экологических показателей и снижение затрат на техническое обслуживание обеспечивают конкурентное преимущество и способствуют устойчивому развитию отрасли. Таким образом, интеграция оксигенатных добавок на основе метанола становится ключевым элементом модернизации топливных смесей, отвечающим требованиям современного рынка и растущим ожиданиям как потребителей, так и регуляторов в области охраны окружающей среды.