 |
Научный руководитель: Ваганов Роман Александрович
|
|
|
|
Влияние условий хранения бензина на его эксплуатационные характеристики
Петроковская Анастасия Владимировна, Балаганский Иван Андреевич
Научный руководитель: Ваганов Роман Александрович
В условиях динамичного роста количества автомобилей на душу населения, в последние годы ужесточаются требования к эксплуатационным характеристикам моторных топлив. Вводимые экологические требования к топливам ставят производителей в жесткие рамки, заставляя внедрять дополнительные установки гидроочистки и облагораживания. Однако, гарантией качественного топлива является не только добросовестность производителей, но и условия, при которых топливо храниться на нефтебазах, автозаправочных станциях и непосредственно в бытовых условиях.
С учетом подорожания цен на ходовые виды топлива, бензин марки АИ92 и дизельное топливо, многие автомобилисты запасаются топливом впрок. В таких случаях условия хранения топлива особенно важны для стабильности эксплуатационных характеристик.
Изменение эксплуатационных свойств бензинов обусловлено изменением их группового состава. Как правило, в состав бензина входят 4 группы углеводородов: парафины, олефины, нафтены, ароматические углеводороды.
Парафины являются предельными углеводородами линейного или изо-строения, поэтому обладают весьма слабой склонностью к взаимодействию с другими веществами. При обыкновенной температуре они не окисляются и не поддаются действию щелочей. Они входят в состав авиационных и автомобильных бензинов в количестве от 25 до 60%. Изопарафины обладают более высокими антидетонационными свойствами и поэтому часто применяются как высокооктановые компоненты топлив.
|
|
|
Олефины – непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь С = С. Они легко окисляются, образуя окислы и смолы.
Нафтены – циклоалканы (углеводороды связаны между собой в кольце). Антидетонационные свойства нафтеновых углеводородов ниже изопарафиновых, но выше нормальных парафиновых. Их октановые числа достигают 70-78 и более единиц. Они трудно окисляются.
К числу ароматических углеводородов относятся бензол С6H6 и его гомологи. Ароматические углеводороды обладают высокими антидетонационными свойствами и потому применяются в качестве высокооктановых компонентов бензинов. Добавление чрезмерных количеств ароматических соединений отрицательно сказывается на их физико-химических и эксплуатационных свойствах. Повышается вязкость и температура застывания бензинов, снижается их испаряемость, ухудшающая пусковые свойства, увеличивается гигроскопичность, токсичность (ядовитость), склонность к нагарообразованию и самовоспламенению.
Автомобильные бензины одной марки, изготовленные на разных предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации (ГОСТам, ТУ). Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в таблице 1 (усредненный компонентный состав бензина АИ-92).
В ходе работы были рассмотрены влияние основных факторов, которым подвержено топливо при хранении.
Для насыщенных углеводородов характерны реакции замещения, которые протекают при высокой температуре или при воздействии ультрафиолета. Данные реакции характерны также для ароматических соединений, содержащих радикал.
При совместном действии сернистого ангидрида и кислорода воздуха под влиянием ультрафиолетовых лучей парафиновые углеводороды, даже нормального строения, реагируют с образованием сульфокислот. Также, при совместном действии сернистого ангидрида и хлора при освещении ультрафиолетовым излучением происходит образование сульфохлоридов.
|
|
|
Температура является инициатором химических процессов окисления, происходящими под действием воздуха. Наиболее активно в реакции окисления вступают непредельные углеводороды. Помимо химических изменений, снижающих октановое число бензина, происходит постепенное улетучивание низкокипящих углеводородов. Это приводит к ухудшению пусковых свойств топлива.
Срок хранения бензина зависит от того, из какого материала сделана канистра, так как некоторые вещества, такие как медь или олово, способствуют окислению.
Срок хранения бензина АИ-92 не превышает одного года, потому что в его составе присутствуют многочисленные добавки, которые разрушаются достаточно быстро и октановое число бензина падает даже при хранении в герметичной емкости и при низкой температуре.
Многие резервуары для хранения топлива изготавливаются из стали. Как правило, с увеличением срока службы резервуара, стенки резервуара подвержены действию коррозии, в результате которой образуется окисленное железо – ржавчина. Оксиды железа могут выступать катализаторами реакций окисления и взаимодействия с хлором и сернистым ангидридом.
Основные правила хранения бензина в бытовых условиях:
• хранить в герметично закрытой таре в прохладном темном помещении;
• помещение для хранения должно хорошо проветриваться;
• необходимо исключить наличие открытого огня и возникновения искры в помещении для хранения бензина.
Цель работы – оценить влияние различных факторов на стабильность эксплуатационных свойств бензина марки АИ92
Для определения оптимальных условий хранения бензина смоделированы условия хранения топлива с воздействием негативных факторов: наличие окисленного железа, температуры и ультрафиолетовых лучей. Также варьировался материал резервуара хранения топлива. Характеристики проб представлены в таблице 2.
Топливо хранилось в течение пяти дней при воздействии негативных факторов. Для приближения к реальным условиям воздействие этих факторов намеренно бело усилено. Завышена температура хранения, интенсивность светооблучения и концентрация ржавчины.
|
|
|
Влияние негативных факторов при хранении оценивали по изменению группового состава (изменению содержания олефинов и ароматических углеводородов, таблица 3).
Определение группового состава проводилось в соответствие с ГОСТ Р 52714.
Сущность метода заключается в хроматографическом разделении бензина на капиллярной колонке с неполярной неподвижной фазой с последующей регистрацией углеводородов пламенно-ионизационным детектором и автоматизированной обработкой полученной информации с помощью программного обеспечения.
Представительный образец бензина вводят в газовый хроматограф, оснащенный капиллярной колонкой, содержащей в качестве твердой фазы метилсилоксан, нанесенный на стенки кварцевой капиллярной колонки.
Под действием газа-носителя – гелия образец проходит через колонку, в которой его компоненты разделяются. Компоненты регистрируются пламенно-ионизационным детектором при их элюировании из колонки. Сигнал детектора обрабатывается системой электронного накопления данных или интегрирующим компьютером.
Каждый получаемый пик идентифицируют путем сравнения его индекса удерживания по таблице или визуально путем сравнения со стандартными хроматограммами.
Содержание олефинов и ароматических углеводородов при хранении увеличилось во всех пробах, по сравнению с контрольной пробой. В таблице 4 приведены основные показатели группового состава для бензинов марки АИ92 (ГОСТ Р 51105-97)
В ходе работы установлено, что хранение топлива ухудшает эксплуатационные характеристики бензина, о чем можно судить по изменению группового состава бензина. Наибольшему повышению содержания олефинов в бензине способствует материал резервуара для хранения, в частности пластик (проба №11). Максимальное снижение октанового числа наблюдается в пробах, которые хранились в пластиковых контейнерах при воздействии нагрева и ультрафиолета. Для проб с ржавчиной наблюдается наибольшее увеличение ароматических углеводородов, что повышает нагарообразование в цилиндрах двигателя и вязкость топлива.
|
|
|
Таким образом, материал резервуара хранения оказывает существенное влияние на свойства топлива. Хранение бензина в пластиковой таре недопустимо. Хотя все пробы не превышают допустимых ГОСТом значений, сама тенденция увеличения ароматических и олефиновых углеводородов говорит о негативном воздействии пластика, ржавчины, нагрева и облучении светом. При более длительном хранении, бензин перестанет соответствовать ГОСТу по этим показателям.
Таблица 1 – Усредненный компонентный состав бензина АИ-92
| Компонент | (%) |
| Бензин каталитического риформинга: - мягкого режима | 60-80 |
| - жесткого режима | 40-100 |
| Ксилольная фракция | 10-30 |
| Бензин каталитического крекинга | 10-85 |
| Бензин прямой перегонки | 10-20 |
| Алкилбензин | 5-20 |
| Бутаны+изопентан | 1-10 |
| Газовый бензин | 5-10 |
| Толуол | 0-10 |
| Гидростабилизированный бензин пиролиза | 10-30 |
| МТБЭ | 5-12 |
| концентрация свинца | 0,01 |
| массовая доля серы | не более — 0,05 |
Таблица 2 – Характеристика подготовленных проб
| № пробы | Условия хранения бензина | |||
| Материал тары | УФ | Нагрев | Окисленное железо | |
| Контрольная проба | ||||
| стекло | + | |||
| пластик | + | |||
| стекло | + | + | ||
| пластик | + | + | ||
| стекло | + | + | ||
| пластик | + | + | ||
| стекло | + | |||
| пластик | + | |||
| стекло | + | |||
| пластик | + | |||
| пластик |
*анализ контрольной пробы проводился в день отбора пробы бензина на АЗС
Таблица 3 – Результаты хранения бензина при различных факторах воздействия
| № пробы | Показатели качества бензина(в масс. %) | ||
| Содержание олефинов | Содержание ароматики | Октановое число | |
| 1,90 | 24,69 | 90,99 | |
| 2,57 | 30,12 | 89,81 | |
| 3,35 | 32,11 | 89,64 | |
| 2,69 | 32,6 | 90,72 | |
| 3,28 | 32,95 | 88,86 | |
| 2,73 | 32,68 | 90,78 | |
| 3,51 | 34,04 | 88,63 | |
| 2,58 | 29,73 | 91,02 | |
| 2,92 | 30,48 | 88,91 | |
| 2,61 | 30,84 | 90,35 | |
| 6,14 | 30,57 | 88,70 | |
| 2,52 | 30,37 | 91,57 |
Таблица 4 – Групповой состав бензина и октановое число бензина марки АИ92 для класса 3 и выше
| Наименование показателя | Норма по ГОСТ Р 51105-97 |
| Октановое число по исследовательскому методу, не менее | |
| Объемная доля углеводородов, %, не более: | |
| олефиновых | |
| ароматических |
Список литературы:
А.Е. Чичибабин Основные начала органической химии;
Состав бензина [электронный ресурс] http://www.aviajournal.com/arhiv/2004/06/03.html, ГОСТ Р 51105-97, ГОСТ Р 52714;
Статья АИР «Секрет катализатора из окисленного железа»;
Статья «Срок хранения бензина и его правильное хранение»;
|
|
|
Газовая хроматография [электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F
|
|
|
