Понижение октанового числа бензина¶

Понижение октанового числа бензина — совокупность способов уменьшения детонационной стойкости моторного топлива, то есть снижения его сопротивления самовоспламенению под давлением в цилиндре двигателя. Октановое число (ОЧ) характеризует抗детонационные свойства бензина и измеряется по шкале изооктана (2,2,4-триметилпентана), принявшего значение 100, и н-гептана, принявшего значение 0. Понижение ОЧ применяется в испытательной практике, при подготовке топлива для старых карбюраторных двигателей, требующих низкооктанового бензина, а также в лабораторных целях.

¶Физико-химические основы

Октановое число определяется химическим составом бензиновой фракции. Высокое ОЧ обеспечивают разветвлённые парафины (изооктан), ароматические углеводороды (толуол, ксилол) и некоторые непредельные соединения. Низкое ОЧ характерно для нормальных (неразветвлённых) парафинов — н-гептана, н-пентана, циклогексана. Поэтому понижение ОЧ фактически сводится к изменению углеводородного состава в сторону увеличения доли нормальных парафинов и снижения концентрации высокооктановых компонентов.

Детонация — это взрывоподобное сгорание топливовоздушной смеси, при котором фронт пламени сопровождается ударной волной, разрушающей цилиндропоршневую группу. Чем ниже ОЧ, тем легче смесь детонирует. В обычной практике задача обычно обратная — повысить ОЧ, однако в ряде случаев требуется осознанное понижение.

¶Основные способы понижения октанового числа

¶Разбавление высокооктанового бензина низкооктановым

Наиболее распространённый и технически простой метод. Бензин с высоким ОЧ (например, АИ-95 или АИ-98) смешивается с топливом, имеющим низкое ОЧ (АИ-80, АИ-76, либо специальные компоненты — прямогонные бензиновые фракции). Соотношение компонентов рассчитывается по объёмной доле линейно:

ОЧсм = x₁·ОЧ₁ + x₂·ОЧ₂,

где x₁, x₂ — объёмные доли компонентов, ОЧ₁, ОЧ₂ — их октановые числа. Например, для получения смеси с ОЧ ≈ 80 из бензина АИ-95 и прямогонной фракции с ОЧ ≈ 65 требуется примерно 50 % каждого компонента.

¶Использование прямогонного (неэтилированного) бензина

Прямогонный бензин, полученный при первичной перегонке нефти без каталитического риформинга и крекинга, содержит преимущественно нормальные парафины и имеет ОЧ в диапазоне 50–70. Он доступен на нефтеперерабатывающих предприятиях и иногда продаётся как технический бензин. Смешивание прямогонной фракции с товарным бензином позволяет целенаправленно снизить ОЧ.

¶Добавление низкооктановых компонентов

В промышленной переработке нефти в качестве компонентов с низким ОЧ выступают:

• бутан-бутеновая фракция (ОЧ около 90, но с низкой испаряемостью);
• каталитический крекинг-бензин (ОЧ 91–94);
• пиролизный бензин (ОЧ 95–98, однако содержит алкены);
• риформат (ОЧ 98–102).

Для понижения ОЧ применяют обратные компоненты: прямогонные бензины, изопарафиновые фракции, а также ингибиторы антидетонационной активности.

¶Термическая и каталитическая обработка

Высокие температуры при крекинге и риформинге приводят к изомеризации нормальных парафинов в разветвлённые и к ароматизации, что повышает ОЧ. Обратный процесс — гидрокрекинг нормальных парафинов с последующим разделением — позволяет выделить низкооктановые компоненты. Лабораторно ОЧ понижают добавлением н-гептана к исследуемому образцу — это основа калибровки детонационных стендов.

¶Применение

¶Старые карбюраторные двигатели

Ряд отечественных автомобилей 1950–1970-х годов (ЗИС-110, ГАЗ-12 «Зим», ранние модификации «Москвича» и «Волги») рассчитаны на бензин с ОЧ 66–72. Эксплуатация таких двигателей на современном АИ-95 приводит к детонации, перегреву и разрушению поршней. Для них требуется либо специальный низкооктановый бензин, либо смешивание доступного высокооктанового топлива с прямогонной фракцией.

¶Испытания и калибровка

На детонационных стендах ИКТ-2, ИКТ-2М (ГОСТ 51434-99) октановое число определяется методом сопоставления с эталонными смесями изооктана и н-гептана. Понижение ОЧ эталонной смеси осуществляется добавлением н-гептана — это штатная процедура калибровки.

¶Лабораторные исследования

В исследованиях горения и кинетики детонации используют смеси с произвольно заданным ОЧ, получаемые смешением компонентов. Это позволяет строить зависимости времени задержки самовоспламенения от состава смеси.

¶Ограничения и риски

Смешивание бензинов разных марок нарушает фракционный состав и испаряемость, что может ухудшить холодный пуск двигателя. Добавление прямогонного бензина повышает смолообразование и снижает срок службы свечей зажигания. Кроме того, в Российской Федерации и ряде других стран производство и оборот бензинов с ОЧ ниже 91 для автомобильного транспорта ограничены техническими регламентами: с 2016 года в РФ запрещена продажа автомобильных бензинов с ОЧ ниже 92.

Источники:

• ГОСТ Р 51434-99. Бензины автомобильные. Методы определения октанового числа
• ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные. Технические условия
• Справочник нефтепереработчика и нефтехимика, т. 1–3
• Лурье М. М. Аналитический контроль производства моторных топлив
• Кучеренко В. И. Моторные топлива и их свойства