XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Работа двигателей внутреннего сгорания зависит от качества применяемого топлива, поэтому топливо должно отвечать ряду специальных эксплуатационно - техническихтребований, наиболее важным из которых является детонационная стойкость.

Детонация – это взрывное развитие процесса горения топливо-воздушной смеси в камере сгорания. Детонирует обычно относительно небольшая часть горючей смеси, сгорающая в последнюю очередь. При определенных условиях температура этой части смеси поднимается выше температуры самовоспламенения, и смесь воспламеняется по всему объему за такоекороткое время, что сгорание приобретает характер взрыва. От очага воспламенения с высокой скоростью распространяется ударная волна, и даже если детонация возникла лишь в небольшой части несгоревшей смеси, эта волна рождает новые и более интенсивные очаги детонации.

Показателем качества, характеризующим детонационную стойкость бензина, является октановое число, зависящее от строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др.

Октановое число – условный показатель, который характеризует детонационную стойкость бензинов по сравнению с эталоннойсмесью изооктана и н-гептана. Наибольшей устойчивостью к детонации обладает 2,2,4 –триметилпентан (изооктан). Его октановое число принято за 100. Наименьшей устойчивостью к детонации обладает н-гептан, чье октановое число принято за 0.

Повышать детонационную стойкость топлив можно несколькими способами, главный из которых заключается в добавлении в базовые бензины до 40% высокооктановых (с октановым числом около 100 единиц) компонентов.

Процесс получения качественного высокооктанового компонента автомобильного и авиационного бензинов (алкилата или алкилбензина, состоящего практически целиком из изоалканов С₆– С₉, причем из них 69% приходится на 2,2,4–триметилпентан) называется алкилирование.

Сырьем является бутан-бутиленовая смесь, выделяемая из газов каталитического и термического крекинга. Алкилирование изобутана алкенами (преимущественно бутиленами) проводится придавлении0,3–1,2 МПа с использованием в качестве катализатора Н₂SО₄или НF. Оптимальная температура в реакторе 0-10 °С (для Н₂SО₄) и 25-30°С (для НF). Расход Н₂SО₄составляет 60-100 кг на 1 талкилата.

Механизм реакции алкилирования заключается в следующем.

Первоначально образуются карбкатионы при взаимодействии алкенов с кислым катализатором:

Далее каркатионы реагируют с молекулами алкенов по механизму электрофильного присоединения:

Образовавшиеся каркатионы отрывают гидрид-ионы от третичных атомов углерода молекул алканов с образованием целевого продукта реакции и карбкатиона, участвующего в дальнейших реакциях алкилирования:

Таким образом, суммарная реакция получения 2,2,4-триметилпентана (изооктана) выглядит следующим образом:

Хороший результат дает и использование в таких синтезах пропилена:

Такие карбкатионы после отрыва гидрид-иона от бутана соответственно образуют 2,2-диметилпентан и 2,2,3-триметилбутан, которые также имеют высокие октановые числа.

Получаемый по этой схеме алкилбензин имеет октановое число 90-98 ед. и является основой для получения бензиновых смесей с высокой детонационной стойкостью.

Список литературы

Органическая химия: учебник для вузов по специальности "Фармация" : в 2 кн. / В. Л. Белобородов [и др.] ; под ред. Н. А. Тюкавкиной .— 3-е изд., стер. — Москва : Дрофа, 2004- .— (Высшее образование, Современный учебник) .— ISBN 5-7107-8723-X. Кн. 1: Основной курс .— 2004 .— 639 c.

Гуреев А.А., Жоров Ю.М., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. Москва: Химия, 1981. - 224 с.