Антидетонатори


Антидетона́тори (від анти… і детонатор) — сполуки, які добавляють до моторного пального для підвищення його детонаційної стійкості (збільшення октанового числа).

Історична довідка

Історія застосування присадок до нафтопродуктів почалася саме з антидетонаторів. У 1919 для підвищення октанового числа авіаційного бензину до нього почали додавати «Ексталін» (N-метиланілін). Першою антидетонаційною присадкою був тетраетил свинець Pb(CH3CH2)4 (ТЕС), виняткові антидетонаційні властивості якого було відкрито Т. Міджлі-молодшим (1889-1944) 1921 в лабораторії фірми Дженерал Моторс (англ. «General Motors»; США). 1923 пальне з цією присадкою вийшло на ринок і було незамінним понад 70 років. 1937 компанією Стандарт Ойл (англ. «Standart Oil»; США) запатентовано «Іонол», що поліпшував хімічну стійкість бензинів.

Характеристика

Металоорганічні сполуки

ТЕС ― безбарвна, прозора, високотоксична рідина, розчинна в бензині, спирті етиловому, ацетоні та деяких інших розчинниках, яка кипить за температури бл. 200 °С з розкладанням. Іншим поширеним плюмбумовмісним антидетонатором є тетраметил свинець Pb(CH3)4 (ТМС), що кипить за 110°С. Завдяки меншій температурі кипіння, ТМС порівняно з ТЕС термічно стабільніший та ліпше розподіляється між фракціями бензину, що зумовлює його більшу ефективність у двигунах з вищим ступенем стиснення й за використання у високоароматизованих бензинах. У чистому вигляді ТЕС та ТМС не використовують через те, що основний продукт їхнього згоряння ― плюмбум (IV) оксид PbO2 ― відкладається в значних кількостях на двигуні. Для запобігання цього процесу до них додають речовини, які утворюють леткі сполуки з Плюмбумом та його оксидами і видаляються з двигуна разом із відпрацьованими газами. Недоліками ТЕС і ТМС є висока отруйність самих антидетонаторів і продуктів їхнього згоряння. Це негативно впливає на роботу допалювачів відпрацьованих газів, які встановлюють на автомобілях для зменшення вмісту токсичних сполук, і призводить до забруднення навколишнього середовища. З цієї причини у 1980–1990-х роках використання антидетонаторів для автомобільних двигунів на основі сполук Плюмбуму було заборонено у більшості економічно розвинених країн. Їх продовжують додавати лише до авіаційного бензину й пального для деяких гоночних двигунів.

Серед металоорганічних сполук, окрім ТЕС і ТМС, найефективнішими є сполуки, що містять Манган і Ферум. У перерахунку на вміст металу сполуки Мангану ефективніші за ТЕС, мають у 300 разів нижчу токсичність, проте під дією світла вони розкладаються і втрачають антидетонаційні властивості. Антидетонатори на основі сполук Феруму можна використовувати в складі бензинів усіх марок за концентрації Феруму не більше 37 мг/мл. Вища концентрація призводить до збільшення смолоутворення пального і пришвидшення зносу деталей двигуна. З огляду на токсичність плюмбумовмісних і високу вартість манган- і ферумовмісних антидетонаторів дослідники посилено шукали їх поміж органічних речовин. До таких антидетонаторів, зокрема, належить амін ―N-метиланілін (С6H5NHСН3). Монометилаланін ― масляниста рідина жовтого кольору, розчинна в бензинах, спиртах та естерах, має високий антидетонаційний ефект; його істотний недолік ― схильність до смолоутворення.

Оксигенати

Найефективнішим способом поліпшення екологічних властивостей автомобільного пального є застосування оксигеновмісних добавок (оксигенатів) ― нижчих спиртів і етерів. Їх виробляють з альтернативної сировини: метанолу, етанолу, фракцій бутенів (загальна формула С4Н8) і аміленів (загальна формула С5Н10), які добувають з вугілля, газів нафтових попутніх, рослинних продуктів та важких нафтових залишків. Оксигенати та продукти їхнього згоряння низькотоксичні та мають високі антидетонаційні властивості. Однак оксигенати критично змінюють фізико-хімічні показники пального. У них нижча, ніж у вуглеводнів, температура згоряння. Ця обставина обмежує можливості роботи двигуна без додаткового регулювання. Збільшення концентрації етанолу в бензині понад 10 % призводить до збіднення бензиново-повітряної суміші й погіршує експлуатаційні характеристики автомобіля. Суттєвим недоліком сумішей оксигенатів із бензином є їхня фазова нестабільність, спричинена домішками води, унаслідок чого зростає корозійна активність пального, погіршуються протизношувальні властивості та негативна дія на кольорові метали, гуму й пластичні маси. Корозійність бензинів з оксигенатами на основі етанолу зростає через домішки кислот, переважно оцтової, яка утворюється під час ферментації природної цукрової сировини. Для забезпечення фазової стійкості такого бензину потрібно включати до його складу стабілізатори та антикорозійні протизношувальні добавки, що підвищує собівартість пального. Попри ці недоліки, оксигенати мають добрі перспективи розвитку. Головна їхня перевага — виробництво з відновлюваної сировини. Це дає економію викопних джерел енергії та сприяє розвитку сільського господарства.

Література

  1. Данилов A. M. Применение присадок в топливах для автомобилей. Москва : Химия, 2000. 232 с.
  2. Ярмолюк Б. М, Короткова Н. П., Береза Л. І. Тенденції застосування додатків до бензинів // Катализ и нефтехимия. 2006. № 14. С. 53–56. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4023
  3. Чабанний В. Я. та ін. Паливо-мастильні матеріали, технічні рідини та системи їх забезпечення. Кіровоград : Центрально-Українське видавництво, 2008. 353 с.
  4. Лях М. А., Дем'янюк О. С., Барилко О. С. Щодо питання використання присадок до палива за кордоном та в Україні // Збірник наукових праць Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. 2009. Вип. 17. С. 82–89. URL: http://www.library.univ.kiev.ua/ukr/host/viking/db/ftp/univ/znp_vi_knu/znp_vi_knu_2009_17.pdf
  5. Бойченко С. В., Бойченко М. С., Личманенко О. Г. та ін. Вплив добавок аліфатичних спиртів на властивості бензинів. // Наукоємні технології. 2015. № 1 (25). URL: http://er.nau.edu.ua/bitstream/NAU/17412/1/8242-20866-1-SM.pdf

Автор ВУЕ

Покликання на цю статтю:
Редакція ВУЕ Антидетонатори // Велика українська енциклопедія. URL: http://vue.gov.ua/Антидетонатори (дата звернення: 17.10.2019).