بنزین یک مایع مشتق شده از نفت است و معمولاً در موتورهای احتراق داخلی، به ویژه موتورهایی که از جرقه استفاده می کنند، استفاده می شود. بنزین یک ترکیب هیدروکربنی است که حاوی گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و سایر فلزات است. الفین ها، آروماتیک ها، پارافین ها و نفتن ها چهار جزء اصلی بنزین هستند. برای افزایش بازدهی بنزین نیازمند اصلاح عدد اکتان و افزایش آن هستیم که در ادامه به روش های مختلف جهت افزایش عدد اکتان می پردازیم.
عدد اکتان و روش های افزایش آن
عدد اکتان واحد اندازه گیری کیفیت اشتعال یا اشتعال بنزین است. مقدار عدد اکتان با استفاده از مقیاسی تعیین می شود که در آن ایزواکتان (2،2،4-تری متیل پنتان) برابر 100 ، و n-هپتان برابر با 0 است. مقدار عدد اکتان اغلب با استفاده از نسبت ایزواکتان به نرمال هپتان محاسبه می شود.
عدد اکتان را می توان با طولانی کردن زنجیره مولکول هیدروکربنی و افزایش انشعابات زنجیره کربن کاهش داد. روش دیگر استفاده از افزایش دهنده عدد اکتان برای بنزین به عنوان ماده افزودنی است.
مواد افزودنی به مواد اکسیژن دار، اتر، مواد ضد ضربه، نانوذرات و ترکیبات معطر طبقه بندی می شوند. مطالعات متعددی برای تعیین تأثیر مواد افزودنی در بنزین بر معیارهای عملکرد موتور مانند قدرت ترمز، بازده مصرف سوخت و غیره و تأثیر آن ها بر محیط انجام شده است.
انواع افزودنی ها (اکتان بوستر)
مونوکسید کربن (CO) و سرب آلاینده های اصلی هستند که به عنوان خطرات مستقیم سلامتی کنترل می شوند. سرب به عنوان یک تقویت کننده اکتان در بنزین استفاده می شود و از لوله اگزوز به صورت هالیدهای سرب معدنی (بیش از 90 درصد) و ترکیبات ارگانیک به میزان کمتری آزاد می شود.
برای بهبود عملکرد و کاهش آلاینده ها، افزودنی های زیادی به بنزین اضافه می شود. دو نوع گسترده از افزودنی ها به افزودنی های سازگار با محیط زیست و افزودنی های مبتنی بر مواد شیمیایی تقسیم میشوند.
افزودنی فیزیکی
- اتانول
- turmeric leaf oil
- algae oil
افزودنی شیمیایی
اکسیژن ها
دی متیل کربنات، پروپیل الکل، بوتیل الکل، ایزوپروپیل الکل، الکل تی بوتیل با گرید بنزینی
سوخت اکسیژن دار، سوختی است که دارای یک جزء شیمیایی حاوی اکسیژن است. به احتراق کارآمد سوخت کمک می کند و در به حداقل رساندن برخی از انواع آلاینده های هوا کمک می کند. علاوه بر این، این پتانسیل را دارد که انتشار مونوکسید کربن و تولید مه دود را به حداقل برساند. سوخت اکسیژنه با احتراق کامل تر بنزین در خودروها کار می کند. از آنجا که بخش قابل توجهی از سوخت سوزانده می شود، مواد خطرناک کمتری در اتمسفر تخلیه می شود.
دی متیل کربنات
دی متیل کربنات که اغلب به اختصار DMC نامیده می شود، یک مایع قابل اشتعال و شفاف است که در دمای 90 درجه سانتیگراد می جوشد. یک استر کربنات است که به عنوان یک معرف متیل کننده مؤثر شناخته می شود. مزیت اصلی آن نسبت به سایر معرف های متیل کننده مانند یدومتان و دی متیل سولفات به طور قابل توجهی زیست تخریب پذیری کمتر آن است.
دی متیل کربنات (DMC) دارای ارزش حرارتی پایینی در مقایسه با سایر سوخت های اکسیژن دار و سوخت های هیدروکربنی معمولی است که منجر به مصرف سوخت بیشتر برای دستیابی به توان خروجی یکسان می شود. علاوه بر این، می تواند مقدار زیادی آب را از محیط جذب کند که در نتیجه کیفیت سوخت پایین می آید.
از آنجایی که دی متیل کربنات (DMC) دارای گرمای نهان تبخیر بالاتر و عدد ستان کمتری نسبت به سوخت دیزل است، هنگامی که مستقیماً در موتورهای دیزل استفاده می شود (فرآیند احتراق) چالش های مهمی را ایجاد می کند. اما این ترکیب حاوی بیشترین اکسیژن (53.28 درصد وزنی) است که مقدار شاخص ضد ضربه و عدد اکتان موتور را افزایش می دهد.
اترها
Methyl tertiary-butyl ether, Tertiary amyl ethyl ether, Ethyl tertiary butyl ether, Tertiary amyl methyl ether, Tertiary hexyl methyl ether
قبل از دهه 1970، بنزین برای افزایش رتبه اکتان خود، تترااتیل سرب را به عنوان یک عامل ضد ضربه به بنزین می افزود. با این حال، زمانی که قانون هوای پاک در سال 1970 تصویب شد، استفاده از این ترکیب ضد ضربه ممنوع شد. بنابراین، متیل ترت بوتیل اتر (MTBE) در مقادیر کم (1 تا 3 درصد حجمی) به بنزین اضافه شد تا جایگزین سرب تترا اتیل به عنوان یک تقویت کننده اکتان شود. متیل ترت بوتیل اتر (MTBE) معمولاً به عنوان یک تقویت کننده اکتان در اجزای بنزین قبل از سال 1979 استفاده می شد.
متیل ترت بوتیل اتر بسیار محلول در آب است و به آسانی به ذرات خاک جذب نمی شود، در صورت نشتی سریعتر و دورتر از سایر اجزای بنزین حرکت می کند. در نهایت سبب اثرات نامطلوب بر کیفیت آب می شود. اتیل ترت بوتیل اتر (ETBE) دارای کیفیت برتر نسبت به MTBE است. اتیل ترت بوتیل اتر دارای عدد اکتان بالاتر، نقطه جوش بالاتر، نقطه اشتعال کمتر، فشار بخار کمتر در حین اختلاط و محتوای اکسیژن نسبتاً بالایی است.
علاوه بر این، فراریت و حلالیت در آب نسبت به (MTBE) کمتر است. افزودنی هنگامی که با سوخت ترکیب می شود، با احتراق کامل سوخت به کاهش آلودگی هوای محیطی کمک می کند. در نتیجه، اکسیدهای نیتروژن و سایر آلاینده های موجود در هوا، مانند فرمالدئید و مونوکسید کربن، کمتر منتشر می شود.
عوامل ضد ضربه
دی متیل متیل فسفات، تولوئن، ایزواکتان و تریپتان و…
خواص ضد ضربه بنزین عمدتاً با ترکیب شیمیایی آن تعیین می شود. بنابراین، بنزین تولید شده از طریق تقطیر مستقیم، با هیدروکربن های معمولی و با زنجیره بلند، معمولاً مستعد خودسوزی است و دارای رتبه اکتان پایین است. در مقابل، انواع بنزین حاصل از رفرمینگ کاتالیزوری (که حاوی نسبت بالایی از آروماتیک و ایزوپارافین هستند) و کراکینگ کاتالیزوری یا حرارتی (که حاوی نسبت بالایی از الفین هستند) تمایل کمی به خودسوزی نشان می دهند. آنها دارای عدد اکتان بالایی هستند. از آنجایی که اکتان شاخص اولیه حساسیت بنزین به خودسوزی است، نوع هیدروکربن ها یا اکسیژن های اضافه شده بر عملکرد موتور تأثیر می گذارد.
فروسن
فروسن [Fe(C5H5)2] یک تقویت کننده اکتان است که برای افزایش عدد اکتان بنزین استفاده می شود و یک جایگزین ارزان تر برای متیل سیکلو پنتادینیل منگنز تری کربنیل (MMT) است.
این ترکیب اهنی می تواند نقطه جوش بنزین را کاهش دهد و منجر به افزایش توان و کارایی موتور و کاهش الاینده ها شود .همچنین می تواند از تشکیل رسوبات در سیستم سوخت رسانی و موتور جلوگیری کند.
نانو ذرات
Fe2O3، TiO2 و…
نانومواد می توانند به عنوان یک کاتالیزور برای احتراق عمل کنند، سرعت احتراق را تسریع کنند و در هنگام استفاده از سوخت مایع، احتراق پاک را تقویت کنند. به عنوان مثال، نانوذرات CeO2 برای استفاده به عنوان یک افزودنی بنزین برای بهبود احتراق ارزیابی شده است.
تجزیه و تحلیل عدد اکتان نشان داد که افزودن نانولولههای کربنی عاملدار آمیدی به بنزین باعث افزایش عدد اکتان آن میشود. افزایش تعداد مواد افزودنی باعث افزایش عدد اکتان می شود. با این حال، افزودنی ها باید در غلظت حداکثر 7PPM اضافه شوند. در غلظت های بالاتر، حلالیت MWNT های عامل دار در طول زمان طولانی پایدار نیست.
ترکیبات آروماتیک
ترکیبات نفتالین
بنزین ترکیبی از صدها ماده شیمیایی با نقطه جوش متفاوت است که در پالایشگاه های نفت خام تولید می شود. چهار گروه فعال در ترکیبات بنزین وجود دارد: آروماتیک، ایزوپارافین، پارافین و نفتن. همه این گروههای فعال به رتبهبندی اکتان بنزین کمک میکنند. هر ترکیبی که حاوی این گروههای فعال باشد منجر به واکنشهای شیمیایی مانند آلکیلاسیون، تغییر شکل و ایزومریزاسیون میشود که همگی باعث افزایش عدد اکتان بنزین میشوند. ساختار مولکولی تأثیر بسزایی در تمایل به اشتعال دارد. در مقایسه با ترکیبات با زنجیره بلند مانند پارافین، ترکیبات با زنجیره کوتاه مانند ایزوپارافین مقاومت بسیار خوبی در برابر خود انفجاری از خود نشان می دهند.
نفتالین یک هیدروکربن معطر با فرمول شیمیایی C10H8 است. یک جامد کریستالی است که در مایعات آلی و آب محلول است. نفتالین از دو منبع استخراج می شود: قطران زغال سنگ و پالایش نفت.این ماده را می توان به عنوان جایگزینی برای افزودنی های زیستی در نظر گرفت. در واقع یک افزودنی جدید نیست. این قدیمی ترین ماده ای است که به عنوان تقویت کننده اکتان مورد استفاده قرار می گیرد
