Автомобильные присадки и добавки Балабанов Виктор

Цетан-корректоры

Важнейшей характеристикой качества дизельного топлива является цетановое число, причем требования к цетановому числу в последние годы постоянно повышаются.

Цетановое число дизельного топлива характеризует воспламеняемость и кинетику горения топлива в дизеле. При низком цетановом числе (менее 40) велика продолжительность периода задержки воспламенения, горение происходит интенсивнее, давление в камере сгорания нарастает быстрее, что приводит к «стуку», повышенному износу и снижению ресурса двигателя. С увеличением цетанового числа жесткость процесса горения дизтоплива уменьшается, однако снижается его эффективность.

Цетановое число дизтоплива в первую очередь определяется фракционным составом и показателями его испаряемости. В отличие от требований Всемирной хартии производителей топлива (ВХПТ), где существуют 3 категории дизельного топлива с различным цетановым числом, в России всё поставляемое на продажу топливо имеет значение цетанового числа равное 45 ед. (табл. 23).

Таблица. 23. Требования к значению цетанового числа (ед., не менее)

При этом категория 1 ВХПТ определяет уровень цетанового числа в странах с пониженными требованиями, категория 2 — со строгими требованиями и категория 3 — с повышенными требованиями к выбросам двигателей. Сопоставление показателей цетанового числа ВХПТ с требованиями ГОСТ 305—82, действующими в России, указывает на то, что уровень отечественных экологических требований даже ниже категории 1.

Одним из способов решения проблем, связанных с низким цетановым числом отечественного дизельного топлива, является применение специальных цетаноповышающих добавок, или корректоров.

При этом цетаноповышающие присадки к дизельному топливу обладают следующими основными свойствами:

— повышают цетановое число дизтоплива на 5…6 ед.;

— улучшают мощностные характеристики и повышают динамику работы двигателя;

— повышают пусковые свойства дизеля, особенно в условиях низких температур;

— снижают расход топлива на 2…5 % в зависимости от режима работы и качества применяемого дизтоплива;

— уменьшают влияние серы, содержащейся в дизтопливе, снижая интенсивность коррозии деталей топливной системы и цилиндропоршневой группы дизеля;

— снижают дымность отработавших газов до 15…30 %, а токсичность по содержанию оксидов азота (NОх) до 20 %;

— препятствуют образованию нагара и лаковых отложений на распылителях форсунок, поршнях, пусковых свечах накаливания, клапанах и стенках камер сгорания;

— создают на внутренних поверхностях топливной системы (топливный бак, трубопроводы, топливный насос высокого давления, форсунки и т. д.) защитные антиокислительные пленки, обеспечивающие их дальнейшую чистоту и надежность работы дизеля;

— увеличивают срок службы и уменьшают износ двигателя.

Ужесточение требований к цетановому числу дизельных видов топлива (53 ед. с 2005 года по европейскому стандарту EN 590 «Топливо дизельное автомобильное») привело к увеличению спроса на цетаноповышающие добавки (присадки), которые выпускаются как самостоятельно, так и в составе многофункциональных пакетов присадок.

Например, использование цетаноповышающей присадки Kerobrisol EHN производства BASF является эффективным способом повышения цетанового числа дизельного топлива (на 6 и более единиц). Исходя из соотношения эффективности и стоимости, в качестве компонента для повышения цетанового числа используется 2–этилгексилнитрат (EHN). Присадка Kerobrisol EHN может использоваться в широком интервале дозировок — от 200 до 2000 ppm, в зависимости от цетанового индекса базового топлива и требуемого уровня повышения цетанового числа.

Так, для повышения эффективности сгорания дизтоплива используют многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого — различные поверхностно — активные вещества, а в качестве третьего — стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.

Вопрос. Можно ли заливать в новый турбо — дизель топливные присадки, содержащие кондиционеры металла, например ER или SMT 2 ?

Ответ. Можно, и даже нужно. Кондиционеры металла оказывают положительное влияние на узлы и детали, увеличивая срок их службы и эффективность эксплуатации.

Более того, как было указано ранее, антифрикционный кондиционер металла «Energy release» («ER») был разработан специально для турбин реактивных двигателей и других узлов и механизмов, работающих в сверхтяжелых условиях, когда обычные смазочные материалы не обеспечивали необходимых свойств.

Антидымные препараты

На первом месте по количественному содержанию и степени отрицательного воздействия на человека, животный и растительный мир стоят газообразные выбросы мобильной техники. В глобальном масштабе автотракторным парком выбрасывается в атмосферу 20…27 млн т оксида углерода (II), 2…2,5 млн т углеводородов, 6…9 млн т оксидов азота, 200…230 млн т оксида углерода (IV), а также до 100 тыс. т сажи. В Российской Федерации только дизели тракторов и комбайнов выбрасывают свыше 5 млн т вредных веществ в год (табл. 24).

Таблица 24. Выбросы дизелей мобильной техники в России

В отличие от промышленных и автотранспортных выбросов, загрязняющих атмосферу, выбросы мобильнй сельскохозяйственной техники распространяются, хотя и неравномерно, но на все обрабатываемые площади. При этом загрязняющие вещества попадают в атмосферу на высоте до 4 м от уровня почвы, что повышает их экологическую опасность.

На величину выбросов вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) большое влияние оказывает техническое состояние двигателя, например, в дизелях любая неисправность элементов системы топливоподачи повышает дымность ОГ, а выработка моторесурса двигателя увеличивает выброс токсичных веществ (табл. 25). Так, изза износа деталей цилиндропоршневой группы дымность может увеличиться в два раза.

Наиболее опасны для человека, животного и растительного мира сажа, бензапирен, оксиды азота, альдегиды, оксид углерода (II) и углеводороды. Степень их воздействия на организм человека зависит от концентрации вредных соединений в атмосфере, состояния человека и его индивидуальных особенностей.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности: I-й — чрезвычайно опасные; II-й — высокоопасные; III-й — умеренно опасные; IV-й — малоопасные. Из веществ, содержащихся в ОГ, к первому классу опасности принадлежит бензапирен. Он опасен даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством аккумулироваться в организме до критических концентраций.

Для каждого компонента ОГ существуют предельно допустимые концентрации (ПДК), определяемые из принципа полного отсутствия их воздействия на человека. ПДК основных токсичных компонентов ОГ и их классы опасности представлены в табл. 25.

Таблица 25. Предельно допускаемые концентрации основных токсичных выбросов выхлопа дизеля

Одно из первых мест в общем уровне токсичности занимает сажа, так как, во — первых, ее выбросы значительны (определяют повышенную дымность) и достигают по массе 1 % от расхода топлива, во — вторых, она выступает в роли накопителя ПАУ. Так, выбросы сажи дизелем 6Ч 15/18 в смену достигают 1,2…1,6 кг, а дизелем 6Ч 13/14 — до 3 кг. Наличие сажи в ОГ приводит к появлению неприятных ощущений, загрязненности воздуха и ухудшению видимости. Частицы сажи высокодисперсны (диаметр 50…180 нм, масса не более 10–10 мг), поэтому они долго остаются в воздухе, проникают в дыхательные пути и пищевод человека. Подсчеты показывают, что частицы сажи размером до 150 нм могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии около восьми суток. Если относительно крупные частицы сажи размером 2… 10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие размером 50…200 нм задерживаются в легких и вызывают аллергию.

Высокое содержание сажи (20…90 %) является обычным для частиц в ОГ дизельных двигателей. Частицы сажи сформированы в так называемой газовой стадии и вызваны неполным процессом сгорания. При этом частицы меньше 50 нм, обнаруживаемые в дизельной эмиссии, в основном образованы из серы, которая все еще входит в состав дизельного топлива.

Бензапирен относится к группе полициклических ароматических углеводородов, отличающихся высокой канцерогенностью, и является среди них наиболее опасным. Данное вещество в 3 млн раз токсичнее оксида углерода (II) и в 40 тыс. раз — оксидов азота.

Проблема предотвращения загрязнения окружающей среды канцерогенными ПАУ выходит за рамки крупных промышленных городов. Повышенное содержание бензапирена наблюдается повсеместно, причем отмечено сезонное колебание концентрации бензапирена в почве сельскохозяйственных полей. Опасность подобного загрязнения заключается в возможности перехода бензапирена в возделываемые культуры, а затем в организм человека. Наибольшее его количество найдено в пробах кочанной капусты (15,6…24 мкг/кг), наименьшее — в пробах помидоров (0,22 мкг/кг). В хлебном зерне его содержится от 0,68 до 1,44 мкг/кг.

Среди вредных соединений ОГ дизелей оксиды азота являются одними из наиболее токсичных выбросов после бензапирена (NOx в 75 раз токсичнее оксида углерода (II)).

Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистой кислот, образующихся в результате их взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей. Опасность воздействия оксидов азота заключается в том, что отравление организма проявляется не сразу, а постепенно, причем какихлибо нейтрализующих средств нет.

Важность мероприятий, направленных на уменьшение содержания оксидов азота в ОГ двигателей, объясняется как отрицательным влиянием на здоровье людей, так и тем, что они являются причиной образования смога, выпадения кислотных дождей.

Оксид углерода (II) является одним из основных нормируемых параметров, так как составляет значительный объем токсичных соединений, входящих в ОГ дизелей. Попадая в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью. Он вытесняет кислород из крови и образует с гемоглобином стойкое соединение — карбоксигемоглобин. Вступая в реакцию с гемоглобином крови, СО блокирует его возможность снабжать организм кислородом. В результате этого у человека наступает удушье, нарушаются функции центральной нервной системы, возможна потеря сознания.

Наибольшей опасности отравления оксидом углерода (II) подвергаются люди, находящиеся в закрытых, плохо проветриваемых помещениях рядом с работающим двигателем. Опасно также находиться в кабине транспортного средства с негерметичной системой выпуска ОГ.

Из огромного количества углеводородных соединений различных классов наиболее активную роль в образовании смога играют олефины. Вступая в реакции с оксидами азота под воздействием солнечного облучения, они образуют озон и другие фотооксиданты — биологически активные вещества, вызывающие раздражение глаз, горла, носа, заболевания этих органов у человека и наносящие ущерб растительному и животному миру.

В России действуют природоохранные стандарты ГОСТ 17.2.2.05–97 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин» и ГОСТ 17.2.2.02–98 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин» (введены в действие соответственно с 01.06.1999 г. и 01.01.2000 г.). Стандарты в части методов определения дымности и выбросов оксидов азота, оксида углерода и углеводородов в основном соответствуют международному стандарту ИСО 789/4—86 «Сельскохозяйственные тракторы. Методы испытаний. Часть 4. Измерение дымности отработавших газов» и Правилам ЕЭК ООН № 96 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения дизелей для установки на сельскохозяйственных и лесных тракторах в отношении выброса этими дизелями загрязняющих веществ». В то же время установленные этими государственными стандартами нормы выбросов и дымности менее жесткие, чем регламентированные Правилами № 96 на дизели, предназначенные для установки на сельскохозяйственные и лесные тракторы.

Существующие предельные значения выбросов в странах Евросоюза приведены в нормативах «Euro -1, 2, 3, 4, 5» (табл. 26).

Табл. 26. Нормы выбросов токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей, г/кВтч

* — В Россия с 1 января 2008 г.;

** — Для двигателей рабочим объемом менее 0,75 л и максимальным числом оборотов свыше 3000 мин -1 ;

*** — Неметановые углеводороды.

Заметного снижения выбросов транспортными средствами вредных веществ в России можно ожидать лишь в случае поступления на отечественный рынок техники, соответствующей требованиям «Euro -2» и «Euro -3».

Антидымные препараты автохимии выпускаются для применения в качестве присадок к топливу и добавок к моторным маслам. В целом препараты этого класса предназначены для уменьшения дымности выхлопа двигателя, повышения компрессии, а также снижения угара масла и шумности работы двигателя.

При этом топливные препараты выполняют функции, в основном характерные для различных очистителей топливных систем двигателя, таие как улучшение процесса сгорания топлива, очистка отложений в топливной системе и снижение нагарообразования.

Масляные присадки направлены на раскоксовывание поршневых колец и камеры сгорания двигателя, стабилизацию вязкости моторного масла, образование защитных антифрикционных слоев, повышающих компрессию в двигателе.

Использование в дизельных видах топлива в качестве антидымных присадок соединений, содержащих ионы — комплексообразователи кобальта, церия, титана, железа, меди, никеля в концентрации 0,2 %, позволяет снизить содержание сажи в отработанных газах с 3,24 до 2,2 г/кг (на 38 %), а также оксидов азота с 29,6 до 16…24 г/кг. Значительному снижению эмиссии частиц сажи с отработавшими газами способствует введение в дизельное топливо соединений меди, никеля, церия в концентрации 0,025…0,18 г/л вместе с жидкими углеводородами в количестве 0,8…13 мл/л. Имеются предложения по использованию бифункциональной присадки к топливу для уменьшения коррозии и сажеобразования в отработавших газах. Она содержит соли железа, марганца, меди с алифатическими сульфокислотами С12—С30, соли кальция и бария с алифатическими и ароматическими кислотами.

Антидымная добавка к дизельному топливу снижает дымообразование путем выжигания сажи и продуктов химического недожога в камере сгорания до окончания сгорания основной массы топлива и начала процесса расширения рабочей смеси.

Среди металлсодержащих присадок к топливу, обладающих противодымным эффектом, главное место принадлежит солям органических кислот. С повышением содержания металла, т. е. зольности, растет эффективность противодымных присадок к топливу.

При использовании металлсодержащих присадок в пламени происходит интенсивная ионизация металлов. При этом ионы металлов, как в ламинарном, так и в диффузионном пламени, снижают скорость зародышеобразования частиц сажи и ее коагуляции. В результате этого либо уменьшается количество образовавшейся сажи, либо значительно снижается размер частиц, что способствует более полному их выгоранию. Этот механизм наиболее характерен для металлов первой группы периодической системы, но проявляется также и при использовании пластичных металлов, таких как медь, свинец, олово, никель.

Одним из путей уменьшения вредных выбросов в отработавших газах автомобиля является введение в дизельное топливо наноразмерных частиц оксида церия. Соответствующая технология «Fuel Borne Nanocatalyst» разработана английской фирмой «Oxonica» при Оксфордском университете. Специалисты фирмы создали добавку в топливо «Envirox», представляющую собой наноразмерные частицы оксида церия в органической основе. Находясь в составе топлива, эти частицы обеспечивают более полное сгорание углеводородов и уменьшение количества вредных выбросов. Рабочая концентрация оксида церия в топливе — 5 ppm (миллионных долей на литр), т. е. на железнодорожную цистерну топлива достаточно 150…200 г нанопорошка. Эффект от применения добавки «Envirox» — экономия топлива до 10…15 % и резкое снижение содержания оксидов азота. Филиппинская топливная компания «Independent Philippine Petroleum Co.» с марта 2005 года производит и реализует экологически чистое топливо «Diesel Premium Plus» .

Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночастицы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне, независимо от режимов работы двигателя.

Наиболее эффективно применение антидымных присадок после комплексной обработки двигателя с помощью различного рода очистителей топливной системы комплексного действия с целью длительного поддержания и усиления эффекта восстановления технико — экономических параметров двигателя.

Для снижения содержания несгоревших твердых частиц в отработавших газах предлагается добавлять в дизельное топливо соли марганца в сочетании с солями меди, а для улучшения процесса горения — соли марганца, меди, свинца, кобальта, цинка, церия, никеля, а также поверхностно — активные вещества и парафины.

При применении солей железа их растворяют в воде до получения растворов с концентрацией катионов железа 10 %, а затем проводят осаждение. Полученный осадок отфильтровывают, тщательно промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 105 °C.

Бактерицидные препараты и антиобледенители

Наличие в топливе влаги, вследствие нарушения условий его хранения и транспортировки, а также образование конденсата в топливной системе и нефтехранилищах приводят к биоповреждению топлива и, в результате, к нарушениям в работе двигателя — затруднению или невозможности его пуска, повышенной коррозии поверхностей (рис. 34) и увеличению нагарообразования.

Чистоту дизельного топлива определяют в лабораторных условиях по коэффициенту фильтруемости (ГОСТ 1906—73), который определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно его топливной системы. На фильтруемость топлива влияет наличие в нем механических примесей, воды, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. Коэффициент фильтруемости находится как отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении 1/10 доли фильтруемого топлива к первой. Дизельное топливо различных марок имеет коэффициент фильтруемости от 2 до 3.

Рис. 34. Металлическая сетка фильтрующего элемента: до (слева) и после (справа) коррозии

Топливо загрязняется водой в резервуарах и трубопроводах, которые часто используются для хранения различных нефтепродуктов. Микробное загрязнение топлива особенно часто происходит в резервуаре, на дне которого присутствует вода. Заражение топлива происходит путем проникновения бактерий и грибков извне с воздухом или водой, а также вследствие контакта с зараженным ранее топливом. Основное условие развития микрофлоры в топливе — наличие в нем воды со следами минеральных солей и положительная температура. Интенсивность и степень микробиологического окисления нефтепродуктов напрямую зависят от их углеводородного состава. Топливо, состоящее из линейных молекул углеводородов, разрушается интенсивнее, чем состоящее из более разветвленных изомеров. Углеводороды алифатического (парафинового) вида чаще менее биостойкие, чем ароматические, вследствие этого топливо, содержащее в основном парафиновые углеводороды, может разрушаться микроорганизмами быстрее, чем топливо с большим количеством ароматических соединений. Следовательно, легкие дистиллятные виды топлива (бензины) — более биостойкие по сравнению с дизельным топливом.

Бензины способны растворить при 20 °C от 0,01 до 0,04 % воды. Так как компоненты бензина являются неполярными соединениями, а вязкость их достаточно мала по сравнению с водой, то наблюдается рост микрокапель растворенной влаги также за счет более высокой плотности накапления ее в донной части резервуаров и баков.

В процессе хранения такого топлива содержание антиокислительных присадок в нем снижается за счет вымывания их водой. Она экстрагирует антиокислители, вследствие чего снижается октановое число бензина.

Если топливо абсолютно сухое, то развитие микроорганизмов в нем не наблюдается. Однако в реальных условиях эксплуатации, а также при транспортировке и хранении избежать попадания в него влаги практически невозможно. При этом наличия в топливе всего 0,01…0,02 % воды и даже так называемых «следов» влаги уже вполне достаточно для начала размножения микроорганизмов.

В топливе встречаются более 45 видов различных бактерий и около 20 видов различных грибков. Микроорганизмы распространяются вдоль поверхности раздела вода — топливо и живут в воде, питаясь топливом. Основными микроорганизмами, вызывающими биоповреждения топлива, являются бактерии родов Pseudomnas, Nicroсоссиs, Мiсоbacterium, а также грибы Сlаdosporium, Аsреrgillus, Репicillum, Аlternaria и др. При этом чаще других в нефтепродуктах обнаруживают бактерии Рs. aerugenosa и грибы Сlаdosporium. resinae («керосиновый гриб»).

Биоповреждения топлива связаны с микробиологическим ферментативным окислением углеводородов с образованием органических кислот, обладающих поверхностно-активными свойствами и эмульгирующих топливо. Внешне это проявляется в виде помутнения топлива вследствие образования побочных продуктов жизнедеятельности микробов, которые увеличивают растворимость воды в топливе (рис. 35).

Рис. 35. Внешний вид топлива до (слева) и после (справа) биоповреждения

Микробиологическая коррозия происходит в результате выделения бактериями сероводорода, который растворяется в топливе и вызывает сильную точечную коррозию топливных баков и трубопроводов. Микроорганизмы оседают на дне резервуаров и образуют слой, который способствует микробиологической коррозии. Осадок загрязняется жизнеспособными микробами и грибками и служит постоянным источником инфицирования. Различные добавки и присадки в дизельном топливе, особенно содержащие азот и фосфор, усваиваются микроорганизмами, и их эффективность снижается.

В зависимости от степени поражения топлива различают следующие проявления биоповреждений:

— скопление в нижней части топливных резервуаров воды с различными загрязнениями, включая бактериальную слизь;

— ухудшение качества топлива, включая образование стойких эмульсий типа «вода в масле», повышение кислотности, изменение внешнего вида (цвета и запаха) топлива, загрязнение взвешенными частицами мицелия и слизи, разложение присадок и добавок;

— образование отложений из осадков мицелия и колоний бактерий на внутренних стенках топливных систем и баков, блокирование загрязнениями трубопроводов и фильтров, в результате чего возможен отказ двигателей;

— интенсивное развитие коррозии металлов в донной части, в особенности на границе раздела топливо — вода, и в других местах, где скапливается водный шлам;

— разрушение и отслоение защитных покрытий в местах скопления колоний микроорганизмов, разрушение метаболитами уплотнительных устройств и др.;

— возникновение кожных, аллергических и других заболеваний у персонала, контактирующих с нефтепродуктами, зараженных микроорганизмами.

В общем случае, профилактика топлива от биоповреждений прежде всего, заключается в защите от попадания влаги — своевременное его осушение и удаление скопившейся воды из донной части баков и резервуаров, соблюдение санитарно — гигиенических мер хранения топлива и использование специальных антимикробных присадок (биоцидов). Защита топлива от обводнения состоит в максимальном исключении его контакта с атмосферным воздухом, особенно влажным, применении специальных адсорбирующих влагу препаратов типа силикагеля, регулярной фильтрации и т. д. Наилучшие результаты по очистке и обеззараживанию топлива обеспечивают сверхтонкие фильтры (мембраны, в том числе на основе нанотехнологий), термическая и радиационная пастеризация и стерилизация, отличающиеся интенсивностью применяемого излучения.

При этом наиболее распространенные химические средства защиты — бактерицидные присадки, не должны снижать качество горения и энергетические характеристики топлива. Вследствие этого антимикробные препараты, применяемые, например, для защиты от биоповреждений полимерных и органических материалов, не пригодны для защиты топлива. Среди многочисленных испытанных присадок наилучшими антимикробными свойствами обладает монометиловый эфир этиленгликоля с добавкой этиленгликоля в концентрации 0,1 %. Другой антимикробной присадкой является диметилалкилбензиламмоний хлорид (алкил С17—С20), относящийся к классу четвертичных аммониевых соединений и обладающий значительными поверхностно — активными свойствами. Этот препарат эффективно используется для обеззараживания топливных систем и хранилищ после слива топлива.

В авиационной промышленности широко применяется бактерицидная обработка топлива при помощи присадки AMERSTAT 25, а также ряд противоводокристаллизационных жидкостей (ПВКЖ), которые снижают температуру кристаллизации воды в топливе на больших высотах и обладают некоторым биоцидным действием.

Для обеззараживания дизельного топлива и профилактики его заражения в России разработана промышленная добавка на основе производных изотиазолона и некоторые другие, которые в основном применяются в топливохранилищах и при производстве топлива на заводе.

Бактерицидные препараты розничной автохимии для защиты топлива от заражения в России не производятся. Из известных зарубежных препаратов — это антибактериальные присадки в дизельное топливо американской компании StarBrite Europe Inc., французской фирмы Motul S. A и немецкой фирмы Liqui Moly GmBH .

Присадка AntiBakterienDieselAdditiv (фирмы Liqui Moly GmbH) содержит высокоэффективный биоцид с широким спектром действия против бактерий, дрожжевых и плесневых грибков и предназначена для защиты дизельного топлива при его хранении. Данный биоцид не образует при сгорании коррозионно — активных веществ и одобрен ведущими производителями двигателей.

Присадка добавляется в дизельное топливо в профилактических целях для предотвращения его поражения при хранении либо в уже пораженную топливную систему или топливохранилище. Присадка добавляется из расчета 1:1000, т. е. одного литра присадки достаточно для защиты тысячи литров топлива. Присадка наиболее эффективна для техники, которая долгое время, например в зимний период, не эксплуатируется, что характерно для средств малой механизации, садовой и лодочной техники.

Стабилизатор бензина BenzinStabilisator используется в качестве консерванта топлива и топливной системы 2– и 4–тактных бензиновых двигателей газонокосилок, бензопил, двухколесных транспортных средств, а также при зимнем хранении топлива в металлических емкостях сроком более двух недель.

В нашей стране и за рубежом выпускается множество препаратов, направленных на связывание и удаление влаги из топлива, — это так называемые вытеснители воды и антиобледенители. Они не только повышают функциональные и антиизносные свойства топлива, предотвращают образование льда в топливной системе двигателя, но и значительно снижают опасность биологического повреждения дизельного топлива и бензина, в которых они применяются.

Вопрос. Как бороться с влагой в топливе?

Ответ. Вода, как известно, тяжелее бензина и скапливается на дне бензобака. Бензонасос подает топливо со дна и поэтому затягивает в систему в первую очередь, воду, которая не может пройти через смоченный топливом фильтр, вследствие чего образуется водяная пробка и двигатель не запускается. При отрицательных температурах, вода замерзает и, соответственно, бензонасос не подает топливо в камеру сгорания. В случае неполного промерзания в топливе образуются кристаллики льда, которые все же подаются насосом в топливную магистраль. При этом может «забиться» топливный фильтр, и тогда двигатель начинает работать с перебоями изза неравномерной подачи топлива и наличия в нем воды.

Для борьбы с подобными явлениями служат специализированные присадки — антифризы — осушители (не путать с антифризами для системы охлаждения!) или, как их еще называют, «удалители влаги», а также специализированные «зимние» очистители инжекторов (форсунок).

Антифриз — охлаждающая, замерзающая при низких отрицательных температурах жидкость, применяемая в системах охлаждения двигателей машин на основе водного раствора этиленгликоля с добавлением присадок; в зависимости от содержания этиленгликоля получают жидкости с различной температурой замерзания.

Состав данных присадок — 85…95 % из изопропилового спирта, остальное — антикоррозионные присадки, разного рода очистители и растворители. Изопропиловый спирт смешивается с водой в бензобке и эта азеотропная смесь при движении уже самостоятельно перемешивается в топливе, проходит через фильтры и безвредно сгорает в двигателе. Спирт растворяет уже образовавшийся лед.

С той же целью можно заливать чистый спирт, но водно — спиртовые смеси весьма коррозионно — активные, поэтому у антифризов — осушителей более сложный состав.

Вопрос. Что делать, если дизель на морозе не заводится и есть подозрение, что топливо все же «замерзло»?

Ответ. Антигель в данном случае уже не поможет, так как дизтопливо «замерзло» не только в баке, но и в фильтрах. Здесь на помощь может прийти «Размораживатель дизельного топлива». Однако он не вводится непосредственно в бак, и инструкция по его применению достаточно сложна. Но если другого варианта нет, то это реальный и, вероятно, единственный выход из создавшейся ситуации.

Основная рекомендация — профилактическая, т. е. не допускать такой ситуации и заблаговременно использовать «Антигель», еще до наступления холодов.

Вопрос. Опасно ли превышение концентрации топливной присадки?

Ответ. В инструкции к топливным присадкам указывается, на какой объем топлива рассчитана та или иная присадка, и как правильно ее вводить в топливо. Рекомендуем не нарушать данное правило. Если концентрация препарата в топливе существенно превышена, то к какимлибо серьезным отказам это не приведет, а вот доставить проблемы может, так как при большой концентрации возникает излишнее проявление моющих свойств топлива, что приводит к загрязнению топливного фильтра, и двигатель может начать работать с перебоями или вообще заглохнуть.

Биотопливные присадки

Во всех промышленно развитых и в большинстве развивающихся стран ведутся интенсивные научно — исследовательские и практические работы по производству и применению альтернативных (лат. alter — другой, один из двух) видов топлива, таких как биогаз, спирты, синтетическое топливо, водород, генераторный газ и др., позволяющие снизить выбросы в атмосферу токсичных веществ.

В связи с тем, что биотопливо является возобновляемым источником энергии, побочные продукты производства (глицерин) также находят промышленное производство. При этом биотопливо не обязательно будет дешевле обыкновенного топлива, полученного из нефти или нефтепродуктов, а чаще всего, наоборот.

Альтернативные виды топлива по сравнению с обычными нефтяными имеют как свои преимущества, так и недостатки. Именно изза последних в настоящее время сдерживается широкое использование данных видов топлива.

Наиболее распространенным видом биотоплива является биоэтанол (этиловый спирт), получаемый путем перегонки любой субстанции, содержащей крахмал (картофель), сахар (сахарная свекла или тростник) или целлюлозу (древесина, щепа, солома, хлопковая шелуха и т. п.). Чаще всего для перегонки используют зерновые культуры: рис, кукурузу, пшеницу, рожь, а также рапс (рис. 36).

Рис. 36. Схема получения биоэтанола из рапсового масла

Биоэтанол — этиловый спирт (этанол), получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива для автомобильного транспорта.

Получение этанола осуществляется микробиологическим (спиртовым брожением, под действием дрожжей, ферментов или бактерий) либо синтетическим (гидратизацией этилена, полученного при добыче нефти в присутствии катализатора) методом (рис. 37).

Рис. 37. Химическая формула получения биоэтанола из рапсового масла

В мире около 85 % спирта применяется в технических целях, в том числе 80 % в качестве биотоплива, которое по своим свойствам практически не уступает бензину (табл. 27). При этом мировой рынок топливного биоэтанола ежегодно вырастает на 20…25 % и, по прогнозам экспертов, производство и потребление этанола к 2020 году достигнет на планете 120 млрд литров в год.

Табл. 28. Параметры биоэтанола в сравнении с бензином

Биоэтанол в большинстве случаев является своего рода присадкой к бензину. При этом смеси этанола и бензина маркируются букой Е (ethanol) и числом, указывающим на его долю в топливе. Наиболее распространены марки Е5, Е7 и Е10. Для использования таких марок топлива внесение изменений в конструкцию бензинного двигателя не требуется, а вот марки Е85, Е95 и Е96 с содержанием этанола соответственно 85, 95 и 96 % — требуют специальной модификации системы питания и зажигания автомобиля. Применение этанола позволяет не только уменьшить нефтяную зависимость государства и выбросы углекислого газа с выхлопом, но и повысить детонационную стойкость (октановое число) применяемого бензина, а также снизить содержание токсичных ароматических углеводородов (табл. 28).

Табл. 29. Физико-химические свойства автомобильного бензина с добавкой биоэтанола

В настоящее время в Российской Федерации действует следующая нормативно — техническая документация на автомобильные бензины с добавками этанола:

1. Технические условия ТУ 38.401–58–244—99 «Бензины автомобильные неэтилированные, содержащие этанол». Разрешение на производство таких бензинов выдано ОАО «Лукойл — Волгограднефтепереработка», ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» и некоторым другим нефтебазам;

2. Государственный стандарт ГОСТ Р 51866—2002 (аналог европейской нормали ЕН-228), предусматривающий возможность применения до 5 % этанола;

3. Государственный стандарт ГОСТ Р 52201—2004 «Этанольное моторное топливо для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием «Бензанолы». Общие технические требования»». Данное топливо разработано совместно с ЗАО НПО «Химсинтез» и является отечественным аналогом топлива «Газохол», на которое приходится около трети общего объема применяемого в США автомобильного бензина. Бензанол представляет собой смесь нефтяных углеводородов и денатурированного этилового спирта (от 5 до 10 % объём.), а также других присадок, обеспечивающих антидетонационные, антикоррозионные, антиокислительные и другие нормативные характеристики моторного топлива;

4. Стандарт СТО 11605031–007—2006 с требованиями к денатурированному топливному биоэтанолу. С целью возможного экспорта характеристики к качеству биоэтанола в нем полностью соответствуют западному стандарту (АSТМ Д 4806).

Применение этанола в составе автомобильных бензинов влечет за собой ряд трудностей при организации производства, хранении, транспортировке и использовании бензиноэтанольных видов топлива. Это связано с фазовой нестабильностью (расслаиванием при хранении) бензина с добавкой этанола, коррозионной активностью по отношению к металлическим материалам и старением резинотехнических изделий, как в топливных системах автомобиля, так и на автозаправочных станциях, а также склонностью такого топлива к накоплению отложений на впускных клапанах и образованию нагара в камере сгорания (табл. 29).

Табл. 30. Образование отложений в двигателе при применении биоэтанола

Для производства биодизеля используют различные жиры растительного или животного происхождения. Для того чтобы превратиться в биодизель, они подвергаются процессу этерификации, в ходе которого превращаются в эфиры жирных кислот. Смесь этих эфиров и называют биодизелем. Сопутствующим продуктом является глицерин (см. рис. 36). При этом в качестве добавки к такому топливу может применяться и чистое дизельное топливо, в концентрации не более 20 %. Физико — химические свойства различных смесей дизельного топлива (ДТ), чистого рапсового масла (РП) и его метилового (МЭРМ) и этилового эфиров (ЭЭРМ) представлены в табл. 30.

Табл. 31. Физико-химические свойства топлива для дизельного двигателя

Наиболее распространенным сырьем для производства биодизеля служат различные сельскохозяйственные масличные культуры: рапс, соя, подсолнечник, ятрофа, кокоси др. Из них наибольшее распространение получил рапс — неприхотливое растение семейства крестоцветных, которое хорошо произрастает в умеренном климате, имея продуктивность 1,2 тыс. л масла с одного гектара. Для сравнения, с одного гектара подсолнечника можно получить около 0,95 тыс. литров масла. Эффективность переработки кокоса и ятрофы значительно выше, но их производство ограничено странами с тропическим климатическим поясом. При этом следует отметить следующее:

— применение чистого рапсового масла и его метилового эфира (МЭРП) в качестве добавки к дизтопливу в концентрации до 20 % не требует дополнительной регулировки дизеля и не приведет к ухудшению его мощности и экономичности;

— использование 20 % рапсового масла в дизтопливе позволяет снизить дымность выхлопа до 40 %, выбросы углеводородов на 25…36 %, а оксида азота до 3,8…10 %.

Биодизель — биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации. Применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом.

Однако в последнее время наиболее перспективным объектом для производства биодизеля становятся водоросли. Продуктивность водорослей может достигать фантастических объёмов — 95 тыс. л масла с 1 га водной поверхности, вследствие чего в США, Канаде, ЮАР, Новой Зеландии и Испании начато строительство заводов по производству биодизеля из водорослей.

Применение в качестве биодизеля чистого растительного масла, как и его кустарное производство, практически невозможно, так как требуется строгое соблюдение промышленной технологии (рис. 38).

Рис. 38. Схема получения биодизеля из рапса: 1–6 — виды топлива с разным содержанием биодизеля в качестве добавки

Во — первых, для этерификации используется очень ядовитый и опасный метиловый спирт. Во — вторых, необходима очистка получаемого промежуточного продукта от образующихся жирных кислот, приводящих к омылению и последующему засорению топливных фильтров, а также образованию нагара в цилиндрах дизельного двигателя. В — третьих, требуется удаление остатков влаги, которая может привести не только к повышению водородного изнашивания и коррозии деталей двигателя, но и к интенсивному размножению микроорганизмов и резкому снижению качества биодизеля.

Несмотря на то, что биодизель можно применять и в чистом виде, чаще всего он является своего рода присадкой к классической нефтяной солярке. Так, в США (штат Миннесота) принят закон, обязывающий применять во всем дизельном топливе 2 % биодизеля. В Канаде к 2012 году также планируется введение 2 % биодизеля в состав всего автомобильного и печного топлива, а в Японии с марта 2007 года разрешено 5 %-ное содержание биодизеля в дизельном автомобильном топливе. Более того, в Южной Корее уже в 2006 году доля биодизеля от общего потребления дизельного топлива составляет 0,5 % и в последующие годы неуклонно растет.

В Европейском союзе в 2010 году доля биотоплива (этанола и биодизеля) должна составлять не менее 5,75 %, при этом в Германии уже с 1 января 2007 года его доля составляет 5 %, во Франции на текущий год запланировано 7 %, а в Португалии — 10 %.

Соответствующие программы по производству биотоплива приняты также в Австралии, Бразилии, Китае, Тайване, Индии, Индонезии и других странах.

Биодизель может применяться в качестве смазывающей присадки в объеме 1…2 % к нефтяному дизельному топливу с крайне низким содержанием серы. Смесь биодизеля и дизельного топлива маркируется буквой «В», например, смесь из 20 % биодизеля и 80 % дизтоплива имеет марку В20, служит обычной заменой дизтопливу и является самой распространенной биодизельной смесью в США. При соответствующей подготовке топливной системы дизеля, например установке специальных подогревателей, а также замене уплотнительных материалов и прокладок, контактирующих с топливом, можно использовать в двигателе и чистый биодизель (В100).

Установлено, что биодизель марки В20 ухудшает показатели выброса в пять раз по сравнению с В100, а 2 %-ная смесь биодизеля с соляркой может использоваться как обыкновенная топливная присадка, но, естественно, она меньше всего улучшает показания выхлопа.

Использование биотоплива В100 из бобов сои в двигателях городских автобусов позволило снизить выброс углекислого газа почти на 79 %, но с учетом выбросов, получаемых при производстве биодизеля, этот эффект нивелируется.

При этом все же не нарушается «парниковый» баланс, так как в атмосферу выбрасывается тот углекислый газ, который был взят из воздуха в ближайшем прошлом, а не аккумулированный в нефтепродуктах несколько миллионов лет назад.

В России, несмотря на достаточные запасы традиционных видов топлива, начато строительство заводов по производству биоэтанола в Омской области и по переработке рапса в Татарстане.

На основании вышесказанного, всё более актуальной проблемой становится защита окружающей среды. Во многих странах мира ведутся исследования и разработка альтернативных смазочных материалов и топлива. Очень обнадёживают последние разработки отечественных и японских учёных по использованию в качестве универсального смазочного материала и топлива воды, водно — масляных эмульсий и водорода.

Обладая высокой смазывающей способностью, наивысшей теплоёмкостью (равной единице), доступностью, низкой стоимостью и, что самое главное, высокой экологичностью, вода в обозримом будущем может полностью заменить нефтяные смазочные материалы.

Вопрос. Можно ли заправлять автомобиль чистым биотопливом?

Ответ. Во многих странах на производство и применение биотоплива отводится значительная часть всего используемого в стране автомобильного топлива, для применения которого разработаны специальные адаптеры.

Лидером в этом является Бразилия, которая уже в 2000 году довела содержание этанола в бензинах до 20 % благодаря технологии «Тотал — флекс». Данная технология позволяет непосредственно перед заправкой автомобиля выбирать тип топлива — бензин или спирт. Двигатель адаптируется к виду топлива автоматически, и не важно, в каких соотношениях применяется нефтяной бензин, биоэтанол или их смесь.

В Германии продается специальное устройство «Flex — Тек» для модернизации любого автомобиля в целях использования смеси этанола и бензина (рис. 39). Например, такой системой оборудуются автомобили «Фольксваген», которые поставляются и в Россию.

Рис. 39. Автомобильное устройство «Flex — Тек» для использования смеси этанола и бензина

Для применения биодизеля модернизация двигателя не требуется, но существует ряд ограничений. При отрицательных температурах необходим дополнительный подогрев топлива или применение специальных депрессорных присадок.

Препараты для охлаждающих жидкостей

Как известно, двигатель внутреннего сгорания имеет достаточно низкий коэффициент полезного действия, который не превышает 30 % для бензиновых и 40 % для дизельных двигателей. При этом мощность двигателя в большой мере зависит от работоспособности системы охлаждения двигателя, в том числе применяемых охлаждающих жидкостей.

В соответствии со статистикой отказов двигателя, система охлаждения находится на четвертом месте по их количеству. Следует отметить, что система охлаждения при работе двигателя внутреннего сгорания поглощает до трети всей энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Например, при сгорании бензина в карбюраторных двигателях на эффективную работу затрачивается только около 25 % выделившегося тепла, на неполноту сгорания 2…5 %, уносится с отработанными газами 40…50 %, а оставшиеся 14…20 % отводятся охлаждающей жидкостью, маслом и излучаются в окружающее пространство. В случае негерметичности и загрязнения системы охлаждения наблюдается перегрев двигателя, который, в свою очередь, приводит к увеличению изнашивания всех трущихся поверхностей. Значительный перегрев двигателя опасен возникновением задиров поршня и стенок цилиндра и, как следствие, заклиниванием двигателя.

Отложения в системе охлаждения препятствуют нормальному теплообмену, блокируют работу клапанов термостата и механизмов регулировки. При высоких температурах снижается экономичность двигателя, увеличиваются износ деталей и вероятность возникновения отказов, снижаются динамичность и мощность.

Для охлаждения ДВС применяются различные охлаждающие жидкости. Когда температура окружающего воздуха стабильно выше 0 °C, возможно применение чистой (дистиллированной) воды. Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью, так как имеет наивысшую теплоемкость (4,19 кДж/кг°С), имеет небольшую вязкость V 20 = 1 мм²/с, высокую теплопроводность и теплоту испарения. При этом она не довита, пожаробезопасна и относительно дешева.

Однако применение в качестве охлаждающей жидкости обыкновенной или дистиллированной воды при отрицательных температурах недопустимо изза её замерзания при температуре ниже 0 °C со значительным увеличением объема (до 10 %), что приводит к разрушению радиатора, головки блока или патрубков системы охлаждения. В то же время температура кипения воды 100 °C, и стабильно удерживать режимы эксплуатации в таком диапазоне практически невозможно. Использование воды приводит к кавитации, образованию накипи, загрязнению радиатора и внутренних полостей, что существенно снижает теплоотвод и приводит к нарушению теплового режима работы двигателя.

Механизм разрушения поверхности при кавитации заключается в следующем (рис. 40). Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и мгновенно (за ~0,002 с) образуется паровой пузырек (1).

Рис. 40. Взрывное разрушение пузырьков пара в системе охлаждения двигателя при кавитации

Образовавшиеся газопаровые пузырьки размерами до 6 мм в диаметре, перемещаясь вместе с потоком жидкости, попадают в зоны высоких давлений (2 и 3). Пар конденсируется, газы растворяются за время ~0,001 с, и в образующиеся пустоты с огромным ускорением устремляются частицы жидкости, что сопровождается ударным восстановлением равномерности потока (4).

Кавитации подвергаются различные трубопроводы, гильзы цилиндров и другие детали. В результате возникают вибрации, стуки, что в свою очередь приводит к ослаблению крепежных деталей, смятию резьбы, разгерметизации уплотнений и т. д.

В связи с этим чистую воду можно использовать только в какихто черезвычайных ситуациях. Автохимической промышленностью выпускаются специальные охлаждающие жидкости — антифризы. Антифриз представляет собой водный раствор моноэтиленгликоля (этиленгликоля, гликоля) в различных концентрациях, обеспечивающий низкотемпературные свойства охлаждающей жидкости. Этиленгликоль в чистом виде — это маслянистая желтовая жидкость без запаха, имеющая температуру кристаллизации —11,5 °C, а температуру кипения +197 °C.

Этиленгликоль это сильный пищевой яд, поэтому после контакта с антифризами необходимо тщательно мыть руки с мылом. Специальных мер по защите кожи и дыхательных путей при работе с ними не требуется, но допускать попадания их внутрь организма не следует.

С водой этиленгликоль образует эвтектический раствор, в котором температура кристаллизации составляющих его отдельных компонентов выше температуры смеси этих компонентов (рис. 41). Это свойство использовано при приготовлении автомобильных антифризов.

Рис. 41. Зависимость температуры замерзания охлаждающей жидкости от содержания моноэтиленгликоля

Выпускают антифризы в готовом к применению виде, а также в виде концентратов. Неразбавленный антифриз не применяется, так как температура его замерзания составляет всего лишь —13 °C. По мере разбавления водой температура замерзания антифриза понижается и достигает минимума (около —65 °C) при соотношении 2:1 (2 части концентрата и 1 часть воды).

В классических охлаждающих жидкостях защиту металлов от коррозии обеспечивают силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и др. Их общее название — силикатсодержащие охлаждающие жидкости.

Одной из наиболее известных марок этой группы охлаждающих жидкостей является тосол — торговая марка антифриза, прототипом которой является итальянская охлаждающая жидкость, появившаяся в нашей стране после ввода в строй Волжского автомобильного завода. Это название было образовано из двух частей: «ТОС» — сокращенно технология органического синтеза (название отдела института, где была создана рецептура ОЖ), и «ОЛ» — по химической номенклатуре веществ это окончание показывает, что речь идет о спирте (этиленгликоль — это двухосновный спирт). Для примера: «этанОЛ — этиловый спирт». Со временем тосол приобрел нарицательное значение, став фактически синонимом слова «антифриз».

Основным нормативным документом, регламентирующим состав и свойства абстрактной охлаждающей жидкости, является ГОСТ 159—52 (табл. 31). На охлаждающие жидкости типа «тосол» распространяется действие ГОСТ 28084—89, который также регламентирует марки металлов и сорта резин, рекомендуемые для изготовления систем охлаждения двигателя автомобилей.

Табл. 31. Функциональные требования к автомобильным антифризам (ГОСТ 28084—89)