Моющие присадки в топливо

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моющие присадки в топливо

Очищающие и октаноповышающие присадки для бензина

К числу основных эксплуатационно-качественных показателей бензина относят: показатели его испаряемости, детонационной стойкости и склонность к нагарообразованию.

Первый показатель определяет пусковые свойства бензина и его физическую стабильность.

Детонационная стойкость бензина отражает его способность противостоять произвольному воспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость бензина обеспечивает его нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число. При заправке автомобиля топливом с более низким показателем октанового числа, чем у того, которое было предписано заводом-изготовителем, увеличивается вероятность возникновения детонационного сгорания топлива, что приводит к перегреву и повышенному износу автомобильного двигателя, а в отдельных случаях и к его локальным разрушениям.

Для повышения октанового числа бензина в России разрешены к использованию органические соединения марганца, железа и ароматические амины, также на наших заправочных станциях можно встретить и высокооктановые сорта бензина, включающего добавки метил-третбутилового эфира.

Наличие в бензине железосодержащих присадок приводит к образованию отложений оксидов марганца и железа на стенках камеры сгорания, тарелках клапанов и свечах зажигания. Это приводит к коррозии выпускных клапанов, калильному воспламенению бензовоздушной смеси, ускоренному выходу из строя свечей зажигания. Ярким примером применение таких присадок служит красный налет на свечах зажигания.

Антидетонаторы на основе ароматических соединений (экстралин, ксилидин и др.) малотоксичны, стабильны и обладают хорошей эффективностью, в концентрации до 1% они в состоянии повысить октановое число бензина на 9-12 единиц, но в то же время их присутствие в бензине приводит к повышенному осмолению последнего при длительном хранении, неправильной транспортировке, а при его использовании происходит образование смолянисто-коксовых, устойчивых к растворению отложений на стержнях клапанов и топливных форсунок, а также засорению топливной аппаратуры и всей топливной системы автомобиля в целом. Все это самым негативным образом отражается на процессе подачи топлива в цилиндр, а в результате и на качестве образующейся бензовоздушной смеси. Что оборачивается потерей мощности, «провалами» и неустойчивой работой автомобильного двигателя, а также повышенным расходом топлива.

Также для поднятия октанового числа бензина может быть использован метил-третбутиловый эфир, его 10-15% добавка увеличивает октановое число бензина на 9-12 единиц. Метил-третбутиловый эфир в составе бензина способен к вступлению в активную реакцию с содержащейся в атмосфере влагой, в результате которой происходит насыщение бензина водой. Вода, попадая в топливную систему автомобиля, в зависимости от времени года и разновидности топливной системы питания может привести к выходу из строя фильтрующих элементов и топливоподающей аппаратуры, одновременно она провоцирует появление коррозии в топливных баках, топливопроводе и на «зеркале» цилиндров автомобильного двигателя.

Как видно, использование практически любого бензина чревато теми или иными неприятностями для топливной системы питания автомобиля и его двигателя. При этом, как показывает практика, первые доступные для обозрения невооруженным глазом отложения на топливных форсунках инжекторных двигателей появляются уже после первых полутора тысяч (1500 км) километров пробега автомобиля.

В данном случае для автовладельца существуют различные варианты поведения. Если взять крайний случай, то можно не обращать никакого внимания на появление отдельных затруднений при работе двигателя и ездить до «победного конца» (с ударением на последнем слове). Или если автовладелец все-таки предпочитает выстраивать свои отношения с «железным другом» (и в этой фразе тоже будет правильнее сместить акцент на второе слово) в несколько ином ключе, можно посоветовать обратить внимание на моющие топливные присадки.

Всю существующую палитру топливных присадок можно классифицировать по их назначению: очистители деталей топливной системы, очистители деталей камеры сгорания, присадки, изменяющие характеристики топлива. По способу их воздействия различают: комплексные концентрированные очистители топливной системы, «мягкие очистители» топливной системы, и в последнее время некоторые производители в отдельный класс начали выделять препараты направленного действия. Столь подробная градация препаратов, входящих в данную группу автомобильной химии, продиктована необходимостью дифференцированного подхода к очистке топливной системы автомобиля, с учетом его пробега, условий эксплуатации и конструкционных особенностей установленной на него топливной системы питания.

Комплексные очистители топливной системы автомобиля

Комплексные очистители топливной системы предназначены для очистки сразу всей топливной системы автомобиля начиная от топливного бака и заканчивая соплом форсунок, включая удаление отложений со стенок камеры сгорания, стержней и тарелок клапанов. Препараты данной группы можно безбоязненно применять только для очистки топливных систем автомобилей с небольшим пробегом и тех систем, что проходят регулярное профилактическое обслуживание. В противном случае желание хозяина автомобиля с большим пробегом воспользоваться данным препаратом скорее всего обернется тем, что слишком активная формула комплексного очистителя «отъест» с поверхности бака и трубопроводов всю скопившуюся за время эксплуатации автомобиля грязь, включая твердые отложения. В результате появляется опасность, что вся эта грязь отправится вместе с топливом в путешествие по топливной системе автомобиля, попутно засоряя шторки фильтрующего элемента и выводя из строя топливную аппаратуру (инжектора, бензонасос) и топливные фильтры.

«Мягкие» очистители топливной системы автомобиля

Следующая группа «мягких» очистителей служит для удаления из топливной системы лаковых и мазеобразных отложений, не затрагивая при этом твердого осадка. Благодаря настроенной таким образом активной формуле «мягких» очистителей их можно смело заливать в бак старых автомобилей и автомобилей с большим пробегом. Но практикуя подобный -- «мягкий» -- подход к очистке топливной системы, хозяин автомобиля не вправе рассчитывать на получение быстрого результата, так как это во многом будет зависеть от степени загрязнения системы и эффективности каждого, отдельно взятого препарата в пересчете на пробег протяженностью в несколько тысяч километров. В отличие от производства концентрированных комплексных препаратов процесс производства «мягких» очистителей гораздо сложнее: в ходе него кроме проведения научно-исследовательских работ необходимо всестороннее тестирование полученного продукта. Выполнение всех этих условий под силу только серьезным производителям. Как правило, исходя непосредственно из названия такого препарата, нельзя выяснить, к какому типу очистителей он относится -- «мягкому» или «комплексному концентрированному», так как в официальной классификации таких определений для топливных присадок не существует. Поэтому определить тип очистителя можно, только ознакомившись с описанием воздействия присадки на углеводородные отложения.

Средства направленного действия

К числу химических средств направленного действия относят препараты, в которых заложена возможность регулировки времени начала их работы. После смешивания с бензином ни в баке автомобиля, ни в трубопроводе такая присадка не проявляет своего действия, и лишь на подходе к зоне высоких рабочих температур (как правило, порог таких температур составляет около +80 С) активные компоненты присадки направленного действия начинают работать. Благодаря такому механизму препараты направленного действия способны эффективно справляться с углеводородными, лаковыми и другими видами загрязнений, образующихся на поверхности камеры сгорания, впускных клапанов, топливных распылителей и форсунок. Наши моющие топливные присадки действуют именно по такому принципу, но помимо этого они также воздействуют и на само топливо. Вступая во взаимодействие с бензином или дизельным топливом происходит расщепление длинных молекул топлива на более легкие фракции, что приводит к лучшему окислению и обеспечивает полное сгорание бензина или дизтоплива в камере сгорания, а не в выхлопной трубе (как в ракетном топливе сгорание увеличивается в сопле Лаваля, а не за его пределами). Все это эффективно очищает топливную аппаратуру, камеру сгорания инжекторных и карбюраторных двигателей.

Очищающие присадки для дизтоплива

Цетановое число - определяющий показатель дизельного топлива, оказывающий существенное влияние на режимы работы двигателя. Оно влияет на мощность, экономичность, жесткость рабочего процесса, легкость пуска двигателя, расход топлива, дымность отработанных газов. Современные высокооборотные дизельные двигатели, рассчитанные на дизельное топливо с цетановым числом 51-53 единицы, на практике не могут выдавать заявленные мощностные показатели при работе на низкоцетановом топливе. Чем выше цетановое число дизельного топлива, тем меньше период задержки воспламенения и соответственно выше скорость его воспламенения. Кроме того, чем выше цетановое число, тем легче осуществляется пуск дизельного двигателя, особенно в зимний период. Цетановое число дизельного топлива производства российских НПЗ, как правило, составляет 45-48 единиц. Поэтому появляется необходимость увеличивать цетановое число специальными присадками, но это может оказывать побочное воздействие на другие показатели дизельного топлива. В дизельное топливо ЭКТО, изготавливаемое ЛУКОЙЛом, входит, наряду с противоизносной, цетаноповыщающей и депресорно-диспергирующей присадкой, также моющая присадка. Однако введение этих присадок в топливо приводит к загрязнению отложениями камеры сгорания. Моющая присадка отмывает впускной клапан, но увеличивает нагары на поршне и в камере сгорания, что в свою очередь со временем приводит к ухудшению выбросов и эксплуатационных параметров, повышению износа двигателя. Малейшее загрязнение, приводит к изменению качества работы распылителей, а это неизбежно сказывается на работе двигателя - потеря мощности, перерасход топлива. Кроме того, возникающие со временем отложения на поршневых кольцах приводят к падению компрессии, что так же неблагоприятно сказывается на работе дизельного двигателя. Регулярная очистка топливной системы, поршневых колец, камер сгорания буквально дает двигателю второе дыхание, не говоря уже о том, что продлевает его жизнь. Причем, учитывая специфику дизелей, в теплое время года хозяин машины может не заметить тревожных сигналов к тому, что время провести очистку. Зато с наступлением холодов есть риск столкнуться с серьезными проблемами работы двигателя. Чтобы избежать осложнений, разумно позаботиться о своей машине заранее. Производимая нами присадка для дизельных топлив - присадка направленного действия. Ее принцип действия аналогичен нашей топливной присадки для бензина. Активация происходит при температуре свыше 80 градусов, что позволяет эффективно бороться с углеродистыми образованиями в топливной аппаратуре и нагарообразованием на деталях камеры сгорания. Регулярное использование наших качественных моющих присадок для дизельного топлива препятствует образованию нагара на свечах накаливания, поршнях и стенках камеры сгорания, закоксовыванию форсунок и поршневых колец. В зависимости от своего назначения активная формула дизельных моющих присадок способна вытеснять попавшую в топливо воду, препятствует его загустеванию и повышению цетанового числа, обладает смазывающим эффектом.

Состояние и перспективы применения присадок к топливу в России и за рубежом

Александр Данилов, д.т.н., ОАО «ВНИИНП»

Повышение экологических требований к выбросам автомобильных двигателей и ужесточение условий эксплуатации современных ДВС требуют использования разнообразных присадок к моторному топливу во все более широких масштабах. В последние годы за рубежом на рынок выпущен огромный ассортимент антидетонационных, цетанповышающих, противоизносных, моющих, антинагарных присадок, а также депрессоров, диспергаторов и т.д. Известно, что Россия существенно отстает от мирового уровня по разработке современных присадок к топливам, хотя по отдельным группам присадок положение неодинаково. В предлагаемой статье анализируется сводная информация по ситуации с производством и практическим применением основных типов отечественных присадок.

В настоящее время присадки являются непременным элементом высокой технической культуры производства и применения топлив. Их мировой ассортимент включает более 40 типов, различающихся по назначению, и десятки тысяч товарных марок [1].

Присадки используют в двух основных случаях:

при изготовлении топлив -- для получения продукта, удовлетворяющего требованиям стандартов;

при использовании стандартных топлив -- для улучшения их эксплуатационных, экологических и эргономических характеристик.

Известно, что по выпуску и использованию современных присадок к топливам Россия пока существенно отстает от мирового уровня (см. табл. 1). При этом такое отставание по основным классам присадок не равноценно.

Таблица 1. Основные присадки к топливам, используемые в России и за рубежом

Антидетонаторы для автобензинов

Первой присадкой этого назначения стал тетраэтилсвинец (ТЭС), исключительные антидетонационные свойства которого были открыты в 1921 году в лаборатории фирмы General Motors Research Corp. С 1923 года топливо с этой присадкой вышло на рынок и было незаменимо в течение нескольких десятилетий. В СССР быстро оценили достоинства ТЭС для производства авиационных и автомобильных бензинов. О чрезвычайно высокой токсичности ТЭС, разумеется, было известно, но только в конце столетия появились технические и экономические предпосылки для создания неэтилированных бензинов.

В большинстве западных стран получили развитие процессы производства высокооктановых компонентов, таких как алкилат, изомеризат, оксигенаты. Россия пока только в начале этого пути, и чтобы решить проблему, разработчики прибегли к так называемым альтернативным антидетонаторам: ароматическим аминам и соединениям на основе железа и марганца. Данное решение представляет собой вынужденный паллиатив, но в обозримом будущем оно единственно возможно для нашей страны, не располагающей достаточными мощностями процессов производства высокооктановых бензиновых фракций [2] (табл. 2).

Таблица 2. Мощности процессов в России и некоторых других странах (в % на прямую перегонку)

Обширный ассортимент альтернативных антидетонаторов -- характерная особенность России. В нашей стране, где количество альтернативных антидетонаторов среди других присадок очень велико, на сегодняшний день доля патентов, выданных на них от общего числа запатентованных присадок в 1990-2000 гг., составляет 46%, При этом среди присадок, допущенных к применению в автомобильных топливах, на 1 января 2002 г. доля антидетонаторов составляет 22%.

Таблица 3. Основные типы и возможности альтернативных антидетонаторов

Основные типы альтернативных антидетонаторов и их возможности представлены в табл. 3. Альтернативные антидетонаторы дороже ТЭС, но гораздо дешевле высокооктановых фракций. В табл.4. показана относительная себестоимость применения альтернативных детонаторов, при условии, что себестоимость применения ТЭС принята за единицу. Видно, что в зависимости от выбора типа присадки и условий ее применения себестоимость может возрасти от 1,3 до 9,4 раза относительно ТЭС.

Таблица 4. Сравнение себестоимости применения альтернативных антидетонаторов

Промоторы воспламенения дизельных топлив

За рубежом этот тип присадок очень широко распространен. Это объясняется тем, что при высокой глубине нефтепереработки в состав дизельных топлив вовлекается много фракций вторичных процессов, характеризующихся плохой самовоспламеняемостью. Кроме того, с целью снижения содержания в отработавших газах NO2 и CO планируется дальнейшее повышение цетанового числа (ЦЧ) до 55 ед.

В России такой проблемы пока нет, тем более что действующий стандарт (ГОСТ 305-82) не предъявляет слишком строгих требований к значению ЦЧ. Однако эта ситуация продержится недолго: наряду со стандартом уже действуют технические условия ТУ 38.401-58-96-2001, представляющие собой аутентичный перевод европейской нормали EN-590. Новые ТУ используются заводами пока для выработки топлив на экспорт, но в перспективе будут распространены и на всю отечественную продукцию. При этом минимально требуемое значение ЦЧ поднимется с 45 до 51, чего без специальных присадок достичь не удастся.

Товарный ассортимент таких присадок составлен преимущественно алкилнитратами. В Европе и США, несмотря на обилие товарных наименований, это исключительно 2-этилгексилнитрат, в России -- изопропилнитрат (ИПН) и более эффективный циклогексилнитрат (ЦГН). Другой тип присадок в качестве активного компонента содержит органические пероксиды. В настоящее время пероксидные присадки вызывают большой интерес, а в Калифорнии, где введены жесткие ограничения на содержание азота в дистиллятных топливах, они находят промышленное применение. По эффективности присадки обоих типов близки между собой (см. рис. 1), хотя пероксиды все же несколько уступают нитратам [4]. бензин очиститель топливный автомобиль

Противоизносные присадки

Присадки этого назначения стали необходимы в связи с разработкой и применением малосернистых дизельных топлив. Ограничения по содержанию серы до 0,001 и 0,005% впервые были установлены в Швеции в 1991 году и до настоящего времени являются самыми жесткими. В 1993 году ограничение серы в топливе до 0,05% введено в США, в 1994 году -- в Канаде, в 1997 году -- в Японии. С 2000 года в Европе применяется дизельное топливо с содержанием серы не более 0,035%. Предполагается, что к 2005 году содержание серы в топливе не будет превышать 0,005% [5].

Дизельные топлива со сниженным содержанием серы характеризуются плохими противоизносными свойствами. В результате уже через 5 тысяч километров пробега выходят из строя топливные насосы высокого давления. Считается, что при содержании серы в топливе менее 0,05% требуется применение специальных противоизносных присадок, позволяющих на порядок продлить срок службы топливной аппаратуры (см. рис. 2).

Данная проблема достаточно остро стоит в промышленно развитых странах и к настоящему времени ясно обозначилась в России. Ряд отечественных заводов вырабатывает топлива с низким содержанием серы, которые предназначены и для поставки на экспорт, и для внутреннего потребления. Количество малосернистого топлива (с содержанием серы менее 0,05 и 0,1%) пока невелико, но быстро растет, его доля в 1990, 1995 и 2000 годах в России соответственно составляла 0,2, 3,8 и 12,0% от общего выпуска топлив. Из-за отсутствия отечественных разработок российские заводы, производящие дизельные топлива на экспорт, вынуждены использовать импортные присадки фирм BASF, Clariant, Infineum. Появления полноценных отечественных аналогов следует ожидать через 1-2 года.

Присадки, улучшающие низкотемпературные свойства дизельных топлив

Такие присадки снижают температуру застывания и улучшают низкотемпературную фильтруемость топлив. Почти все практически значимые присадки в качестве активных компонентов содержат сополимеры олефинов (этилена) и винилацетата. Они эффективно снижают температуру застывания топлив, но не предотвращают их расслаивания при холодном хранении, когда топливо расслаивается, образуя верхний прозрачный слой и нижний мутный, обогащенный парафинами. Оба слоя подвижны, но при отборе топлива из низкого слоя двигатель работает с перебоями. Проблему решают специальные присадки -- диспергаторы, или антиосадители парафинов. Эффект от их применения заключается в образовании очень мелких кристаллов парафинов с большой седиментационной устойчивостью.

Особое значение диспергаторы парафинов имеют в странах с большой продолжительностью холодного времени года. Поэтому в России применение композиций депрессоров и диспергаторов парафинов является настоятельно рекомендуемым. Несмотря на многочисленные попытки разработать отечественные депрессоры, успехов в этой области немного. Присадки, допущенные к применению (ПДП, Сандал-1 и пр.), в годы их появления на свет вырабатывались и использовались в очень малом объеме, а к настоящему времени морально устарели. Во ВНИИНП разработана новая присадка ВЭС-410, по эффективности равноценная импортным. Освоено ее опытно-промышленное производство.

Изготовители топлив пользуются пока импортными депрессорами, количество которых, допущенных к применению в нашей стране, составляет более десятка наименований. При подборе депрессоров следует учитывать, что их эффективность зависит от природы топлива (фракционного состава, содержания различных групп углеводородов и т.д.). Поэтому для каждого НПЗ фактически выбирается индивидуальный депрессор из обширного ассортимента, предлагаемого зарубежными фирмами. Применение депрессорных присадок позволило разработать в России особые марки дизельных топлив, так называемые топлива серии ДЗп (дизельное зимнее с присадкой), получаемые введением депрессора в летнее топливо. Это частично решило проблему обеспечения страны топливом, пригодным для работы при низких температурах.

Моющие присадки

Эти присадки по-прежнему остаются основным типом присадок по объему применения и количеству товарных марок на мировом рынке топлив. Во многих странах, в том числе и в России, применение этих присадок отдано на усмотрение потребителя, но в США, например, согласно «Закону о чистом воздухе», оно является обязательным. Использование моющих присадок представляет собой хороший пример приспособления топлив к прогрессу в области автомобилестроения.

В конце 1950 годов в таксомоторных парках штата Калифорния была введена обязательная рециркуляция картерных газов, позволившая на 15-30% снизить эмиссию углеводородов и оксида углерода. Картерные газы, содержащие пары бензина, продукты сгорания, частички масла и шлама, подавались во всасывающую линию перед карбюратором. Неизбежным результатом стало осмоление его заслонки и нарушение смесеобразования. Вместо положительного результата был получен отрицательный. Через несколько тысяч километров пробега наблюдался перерасход топлива, а токсичность ОГ резко повышалась. Решение было найдено в виде применения специальных моющих присадок, предотвращающих образование отложений.

Через 30 лет история повторилась. Появились двигатели с распределенным впрыском бензина «на клапаны» и рециркуляцией отработавших газов, что позволило эффективно снизить выбросы оксидов азота. Но при этом работа впускных клапанов была поставлена в жесткие условия, на их поверхности образовывались толстые (до 2 мм толщиной) отложения. Известные моющие присадки оказались непригодны, и были разработаны присадки нового поколения, которые сейчас и составляют основную массу товарных моющих присадок за рубежом. Об их эффективности можно судить по рис. 3, на котором представлены результаты определения концентрации СО в отработавших газах инжекторного двигателя, работающего на бензине без присадки и с присадкой. Показано также, как на этот показатель влияет введение присадки в процессе работы двигателя [6].

Отечественный ассортимент моющих присадок пока представлен присадками «первого поколения», отмывающими карбюратор. Это присадки «Автомаг», Неолин-1. По эффективности они находятся на уровне соответствующих зарубежных образцов. Однако, несмотря на многочисленные усилия разработчиков топлив и техники, широкого применения они не нашли. Это объясняется не только недостаточной культурой применения топлив, но и тем, что рядовому потребителю использование моющих присадок экономически невыгодно, а государственная поддержка без использования механизмов, отработанных за рубежом (налоговая и акцизная политика, дотации производителям более качественных топлив и пр.), не эффективна. Действующие в России нормы следует признать очень мягкими по сравнению с США и странами Европы (рис. 4).

В ближайшие годы требования к выбросам автомобильных двигателей будут ужесточены, и к 2004 г. Россия выйдет на уровень «Евро-4», практически догнав европейские страны. При этом потребуются присадки не только для бензинов, но и для дизельных топлив. За рубежом работы в этом направлении проводятся достаточно интенсивно, и потребителям уже предлагаются первые товарные присадки.

Антинагарные присадки для бензинов

Хотя антинагарные присадки почти не используются на практике, но они имеют большую перспективу, поскольку предотвращают образование нагара в камере сгорания. В бензиновом двигателе нагарообразование приводит к явлению, называемому «ростом требований к октановому числу». Оно заключается в том, что нагар затрудняет теплоотвод от стенок камеры сгорания, что способствует развитию детонации. Двигатель начинает требовать бензин с более высоким октановым числом. Особенно это касается двигателей с непосредственным впрыском бензина в цилиндры, которые в Европе и США уже начали устанавливаться на автомобили. Первые присадки этого назначения уже поступили в продажу.

Таблица 5. Ситуация в производстве и применении основных типов присадок к топливам в России

В табл. 5. приведена сводная информация о состоянии проблем по разработке, производству и практическому применению основных типов присадок в России. Видно, что ситуация по отдельным группам присадок неодинакова. Так, к настоящему времени налажено производство альтернативных антидетонаторов и цетанповышающих присадок в объеме, удовлетворяющем современный транспортный парк. Гораздо хуже обстоит дело с производством моющих и противоизносных, антинагарных присадок, депрессоров и диспергаторов парафинов для дизтоплива.

Список литературы

1. Данилов А.М. Классификация присадок и добавок к топливам // Нефтепереработка и нефтехимия. 1997, №6, с. 11-14.

2. Oil & Gas J. -2001, 24 Dec.

Размещено на Allbest.ru