Диссертация (1172995), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Hughes Technical Center)Нефтяная отрасльАмериканский институт нефти (API)Операторы и владельцыАссоциация владельцев воздушных судов и пилотов (AOPA);воздушных судовАссоциация экспериментальной авиации (EAA), Clean 100Нефтяные и топливные компании: ExxonMobil, Shell Aviation,Производство топливаSwift Fuels, GAMIВ июне 2012 года UAT ARC объявил о начале приема образцовнеэтилированного авиационного бензина от компаний, осуществляющих его39разработку, для проведения испытаний в соответствии с программой PAFI.
Виюле 2014 года было объявлено о завершении приема образцов.К этому моменту для участия в программе PAFI было направлено 9образцов неэтилированного авиабензина от 5 производителей: Afton ChemicalCompany, Avgas LLC, Shell, Swift Fuels, а также консорциум BP, TOTAL иHjelmco.Наоснованиипредставленнойдокументацииирезультатовисследований в сентябре 2014 года из 9 образцов для участия в 1 этапепрограммы PAFI были отобраны только 4: по одному образцу от Shell иконсорциума BP, TOTAL и Hjelmco, а также 2 образца от компании Swift Fuels.В течение первого года действия программы PAFI определены основные физикохимические,эксплуатационныеитоксикологическиехарактеристикипредставленных образцов, а также выполнена предварительная техникоэкономическая оценка их производства и применения.
Для проведения второйфазы исследований были отобраны 2 образца. По состоянию на 2019 годпродолжаются испытания образцов на реальной авиатехнике.Необходимо отметить, что помимо результатов обширных исследований,выполненных под руководством CRC, в научно-технической и патентнойлитературе встречаются и другие результаты разработки неэтилированногоавиабензина, которые можно сгруппировать в зависимости от вида применяемыхвысокооктановых компонентов, добавок и присадок:- кислородсодержащие соединения (оксигенаты);- ароматические амины;- марганцевые антидетонаторы;- индивидуальные ароматические углеводороды.Ароматические углеводороды использовались в исследованиях CRC(толуол и трет-бутилбензол), а также компанией Swift Fuels (мезитилен). Крометого, компанией BP предлагаетсядля производства неэтилированногоавиационного бензина использовать смесь ароматических углеводородов,включая толуол, этилбензол и ксилолы суммарно до 30% об.40Общими недостатками ароматических углеводородов являетсяихневысокая массовая теплота сгорания, высокая температура кипения, а такжеповышенная склонность к образованию отложений в камере сгорания.
С другойстороны, обладая бóльшей плотностью, «ароматизированное» топливо имеетвысокую объемную теплоту сгорания. По этой причине в ASTM D7719нормируется плотность бензина.Марганцевые антидетонаторы нашли широкое применение в качествеприсадок к автомобильным бензинам в результате запрета на производствоэтилированных бензинов для наземных транспортных средств. Среди множестваразличныхсоединенийнапрактикеприменяютсявосновномциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ) и МЦТМ.
В настоящее время вРоссии использование марганцевых присадок в составе автомобильныхбензинов запрещено, а их производство на территории нашей страныотсутствует. Преимущество марганцевых антидетонаторов заключается в ихвысокой антидетонационной эффективности при малой концентрации, а такжеснижение износа впускных клапанов при переходе с этилированного нанеэтилированный бензин [31]. Таким образом, марганцевые антидетонаторытеоретически могут служить заменой ТЭС в части повышения октанового числа,однако имеют и недостаток, связанный с образованием металлическихотложений на свечах, что может приводить к выходу их из строя. Применениемарганцевых антидетонаторов в качестве присадки для авиационных бензинов вконцентрации от 0,01 до 0,5 г/л описывается в патентах компании Ethyl PetroleumAdditives [32, 33].Ароматические амины нашли применение в качестве антидетонационнойдобавки к авиационных бензинам с 1920-х годов.
В СССР для этих целейиспользовался экстралин (технический N-метиланилин), а в США и Англии –ксилидин [31]. Как было отмечено выше, в настоящее время в США обсуждаетсявозможностьпримененияароматическихаминовдляпроизводстванеэтилированного авиационного бензина. В качестве наиболее перспективного41соединения рассматривается мета-толуидин (3-метиланилин) в концентрации до12% мас. [29].
В патентной литературе также описываются технические решенияпоиспользованиюразличныхароматическихаминоввкачествевысокооктановых добавок к неэтилированному авиабензину. Компания PetroleoBrasileiro предлагает композицию неэтилированного бензина, содержащего от 2до 10% об. смеси изомеров толуидина [34].
Компания ExxonMobil предлагаетиспользование различных ароматических аминов общей формулы NH2-Ar-(R1)n,где R1 – алкильный заместитель С1-10, находящийся в мета- и пара положениях ваpоматическом кольце; Аr - фенильная ароматическая группа; n -целое число от0 до 3 [35]. Необходимо отметить, что применение ароматических аминов можетбыть весьма перспективным направлением для России, принимая во вниманиенакопленный в нашей стране опыт использования N-метиланилина в качестведобавки к автомобильному и авиационному бензинам. Однако необходимоучитывать и возможные недостатки такого подхода, связанные с повышеннымобразованием отложений на клапанах при высокой концентрации ароматическихаминов в топливе.Использование кислородсодержащих соединений (оксигенатов) такжеявляется одним из перспективных направлений разработки неэтилированногоавиационногобензина.Внаучно-техническойлитературеобсуждаетсяприменение ЭТБЭ, МТБЭ и этанола.Имеются различные технические решения по использованию этанола (илибиоэтанола) как в качестве компонента авиабензина в невысокой концентрациидо 5% об.
[29], так и в качестве базового компонента альтернативногоавиационного топлива. В США в Университете Южной Дакоты проведеныобширные исследования и испытания авиационного топлива Е85 (Aviation gradeE85 – AGE85), состоящего из 80-90% об. этилового спирта и углеводороднойфракции С5 (преимущественно изопентана) с небольшой добавкой метиловыхэфировжирныхкислотвкачествеантикоррозионнойприсадки[36].Недостатками такого топлива является значительно более низкая теплота42сгорания, высокая скрытая теплота испарения, несовместимость с некоторымиэластомерами.
Кроме того, применение топлива AGE85 требует модификацийтопливной системы для работы на более высоких соотношениях топливо/воздух.Поэтому, несмотря на проведенные исследования, этанольное авиационноетопливо AGE85 до настоящего времени не нашло коммерческого применения вкачестве альтернативы авиационного бензина [37].Диалкиловые эфиры (ЭТБЭ и МТБЭ) по сравнению с этанолом имеютболее высокую теплоту сгорания, практически не растворимы в воде, менееагрессивны по отношению к эластомерам.
В результате перспективы ихприменения оцениваются более высоко по сравнению с этанолом.Как отмечалось выше, в проводимых в США исследованиях подруководством CRC в качестве одного из высокооктановых компонентовиспользовался ЭТБЭ в концентрации до 30% об. Кроме того, в США былразработан ASTM D7618 на ЭТБЭ для использования его в качестве компонентаавиационного топлива [38].В целом применение диалкиловых эфиров,благодаря их высоким антидетонационным свойствам – весьма перспективноенаправлениеполучениянеэтилированногоавиационногобензина,чтоподтверждается рядом публикаций по этой теме и патентными заявками.Шведская компания Hjelmco Oil, добившаяся наибольших практическихуспехов в производстве неэтилированного авиационного бензина марок 80/87 и91UL, в настоящее время разрабатывает неэтилированный авиационный бензин100UL, который содержит значительное количество ЭТБЭ [39].
КомпанияTexaco в патенте [40] предлагает композицию неэтилированного авиационногобензина, содержащего до 40% диалкиловых эфиров (ЭТБЭ или МТБЭ) всочетании с ароматическими аминами и марганцевым антидетонатором. Внашей стране также проводились исследования по вовлечению МТБЭ в состававиационногобензинаБ-91/115.Приэтомустановленыеговысокиеантидетонационные свойства (повышение ОЧМ и сортности) [41]. Однако,наряду с высокими антидетонационными свойствами, диалкиловые эфиры по43сравнению с углеводородными компонентами бензина характеризуютсяпониженной теплотой сгорания и могут быть не совместимы с некоторымирезино-техническими изделиями топливной системы.В целом анализ литературных и патентных данных свидетельствует, чтопроблема разработки неэтилированного авиационного бензина является однимиз наиболее перспективных направлений развития технологий получениятоплива для поршневой авиации. Кроме того, очевидно, что окончательноерешение вопроса о возможности производства неэтилированного авиационногобензина, являющегося полным аналогом бензина 100LL только впереди.
Болеетого, вполне возможно, что решение так и не будет найдено. По этой причине вСША и в других странах, а также непосредственно компаниями-разработчикамитоплива прорабатывается вопрос о создании неэтилированного авиационногобензина с более низкими детонационными характеристиками по сравнению со100LL, однако имеющего более жизнеспособные состав и технологиюпроизводства. Неслучайно в США в июле 2014 года был опубликован отчет [42],объединяющий результаты исследования, выполненного в Техническом центреFAA,поопределениютребованийсуществующегопаркапоршневойавиационной техники США к детонационной стойкости авиабензина. В таблице11 приведены данные из отчета по структуре парка поршневой авиации США потребованиям к ОЧМ авиабензина, из которых видно, что для 44,5 % парканеобходим бензин с ОЧМ не ниже 100 ед., и соответственно 55,5 % парка могутработать на бензине с ОЧМ 91 ед.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
