Присадка

Присадка — добавка к топливу, смазочным материалам или другим составам для улучшения их эксплуатационных свойств. В основном под данным термином имеют в виду присадки, использующиеся для улучшения процесса сгорания топлива (увеличения октанового или цетанового числа, ингибирование коррозии камеры сгорания и так далее) или присадки для смазочных материалов, применяющиеся в основном для улучшения их трибологических характеристик и ингибирования окисления при различных условиях эксплуатации трущихся деталей.

Наиболее массовое употребление имеют органические и металлоорганические присадки к топливу, которые повышают его октановое число либо выполняют функцию так называемых «дезактиваторов металлов», которые позволяют образующимся при сгорании металл-содержащих присадок оксидам находиться в тонкодисперсном состоянии, чтобы беспрепятственно покидать камеру сгорания. Некоторые присадки, повышающие октановое число, таким образом, опасны или разрушительны для двигателя, если не применяются совместно с дезактиваторами металлов.

Некоторые широко применявшиеся в прошлом присадки (например, тетраэтилсвинец) чрезвычайно токсичны и/или экологически небезопасны даже в низких концентрациях, и поэтому их применение в качестве добавок к топливу ныне запрещено или строго регулируется.

Использование

Топливные присадки

Антидетонационные

К антидетонационным присадкам относят соединения, которые при нахождении в топливно-воздушной смеси препятствуют детонационному горению, что позволяет увеличить октановое число топлива, уменьшить износ двигателя и/или изменить его допустимые условия эксплуатации (бо́льшая степень сжатия, более напряжённый режим работы и так далее). Присадки, содержащие в своём составе металлы (например, тетраэтилсвинец, соединения железа и марганца), как правило, применяются только совместно с так называемыми «дезактиваторами металлов» во избежание образования отложений оксидов, образующихся в камере сгорания. Ниже представлен список некоторых применяемых в настоящее время (или применявшихся ранее) антидетонационных присадок:


Присадка	Группа соединений	Описание
Тетраэтилсвинец	металлоорганическое соединение	Бесцветная, вязкая жидкость с приятным сладковатым запахом; чрезвычайно токсична как в исходном виде, так и после сгорания в ДВС, из-за чего в настоящее время практически не используется как присадка к топливу ввиду почти повсеместного законодательного запрета; продукты сгорания данной присадки, кроме прочего, быстро отравляют катализатор нейтрализатора выхлопных газов^[1]^:7.
Ферроцен	металлоцен	Представляет собой кристаллы оранжевого цвета с запахом камфоры, практически нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных жидкостях (в том числе бензине и дизельном топливе). Соединение достаточно стабильное на воздухе и малотоксично для животных и человека^[2]. При сгорании вместе с топливом образует токопроводящие нелетучие соединения (смешанные оксиды железа), что затрудняет его использование в двигателях с системой зажигания^[3].
Толуол	ароматический углеводород	Бесцветная подвижная летучая жидкость с характерным «ароматическим» запахом. Поскольку данное соединение является углеводородом и схоже с бензином по основным характеристикам, оно может быть использовано в качестве самостоятельного топлива с очень высоким октановым числом, но чаще добавляется в бензин в пределах 5—30 % от массы топлива.
Изооктан	алкан разветвлённого строения	Бесцветная подвижная летучая жидкость с характерным «бензиновым» запахом. Выбран в качестве стандарта определения детонационной стойкости топлив по исследовательскому методу, где ему было приписано значение 100 единиц (с этим и связан сам термин «октановое число»). Из-за относительной простоты получения, дешевизны и высокой стойкости к детонации в топливно-воздушных смесях также стал применяться как присадка.
Бензол	ароматический углеводород	Бесцветная подвижная летучая жидкость с характерным «ароматическим» запахом. Используется аналогично толуолу.
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)	простой эфир	Бесцветная летучая жидкость с характерным «эфирным» запахом. Кроме основного антидетонационного действия, данная присадка обеспечивает более полное сгорание топлива из-за содержащегося в молекуле МТБЭ кислорода (см. Оксигенаты^[англ.]).
Пентакарбонил железа	карбонильный комплекс	Летучая жидкость светло-жёлтого цвета, нерастворимая в воде и хорошо растворимая в топливах. Представляет собой комплексное соединение, прекурсорами которого служат тонкодисперсный порошок железа и монооксид углерода (угарный газ). Так же, как и ферроцен, образует при сгорании смешанные оксиды железа, затрудняющие использование в двигателях с системой зажигания. Кроме того, в исходном виде данная присадка чрезвычайно токсична^[4], поскольку связанные в комплексе молекулы монооксида углерода легко отщепляются в физиологических условиях, что может вызвать отравление угарным газом. Свойственная для пентакарбонила железа высокая летучесть способствует увеличению рисков отравления данным соединением.
Трикарбонил(метилциклопентадиенил)марганец^[англ.]	металлоцен и карбонильный комплекс	Летучая жидкость от бледно-желтого до тёмно-оранжевого цвета, нерастворимая в воде и хорошо растворимая в топливах. Является одновременно металлоценом и комплексным соединением (лиганд — монооксид углерода). Кроме основного антидетонационного действия, данная присадка обладает «антидымным» эффектом. Он обусловлен каталитическими свойствами оксида марганца(IV), образующегося при сгорании, который обеспечивает «дожиг» продуктов неполного сгорания углеводородов и угарного газа, содержащихся в выхлопных газах. Из-за низкой стабильности данного комплекса на свету и во внешней среде, соединение разлагается на неопасные производные^[5], а образующийся продукт горения (оксид марганца(IV)) также малотоксичен и плохо проводит ток, и поэтому может применяться для двигателей с системой зажигания. С ростом числа автомобилей с каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов, использование данной присадки стало существенно сокращаться, поскольку продукты её сгорания, как и многих других соединений марганца, отравляют катализатор^[6].

Дезактиваторы металлов

Данные соединения позволяют образующимся при сгорании металл-содержащих присадок оксидам находиться в тонкодисперсном состоянии, чтобы беспрепятственно покидать камеру сгорания. Основной механизм, при котором происходит дезактивация металлов, заключается в том, что в результате химической реакции оксидов металлов с ними образуются летучие (в условиях сгорания топлива) соединения. Так, например, образующиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца реагируют с продуктами горения галогенуглеводородов (например, 1,2-дихлорэтана) с образованием хлорида свинца(II), температуры плавления и кипения которого составляют 499 и 950 ℃ соответственно. Данные свойства конечного соединения позволяют ему легко покидать камеру сгорания вместе с выхлопными газами без образования отложений. Аналогичным образом обезвреживаются оксиды железа, марганца и другие, ввиду того, что образующиеся хлориды данных металлов также имеют относительно низкие температуры плавления и кипения.

И хотя дезактиваторы металлов играют важную роль, без которой двигатели вышли бы из строя из-за засорения их оксидами металлов, но они делают металлы (особенно в случае свинца) ещё более опасными для окружающей среды и здоровья населения, поскольку позволяют долго находиться токсичным галогенидам металлов в виде аэрозоля наночастиц, очень быстро смешивающегося с атмосферным воздухом и разносящегося на большие расстояния. Ниже представлен список некоторых применяемых дезактиваторов металлов:


Присадка	Группа соединений	Описание
Трикрезилфосфат (ТКФ)^[англ.]	фосфорорганическое соединение	Вязкая нелетучая прозрачная жидкость слегка желтоватого оттенка, нерастворимая в воде и хорошо растворимая в топливах. Кроме дезактивирующего действия, проявляет хорошие антифрикционные свойства. Ввиду высокой нейротоксичности трикрезилфосфатов (особенно орто-крезилфосфата), в настоящее время не применяется как дезактиватор металлов, хотя широко используется как антифрикционная и антиоксидантная присадка для моторного и трансмиссионного масел.
1,2-Дибромэтан	галогенуглеводород	Вязкая бесцветная жидкость со сладковатым «хлороформным» запахом. Наиболее часто применялась совместно с тетраэтилсвинцом, а коммерчески доступные продукты для этилирования бензина обязательно содержали данное соединение^[7].
1,2-Дихлорэтан	галогенуглеводород	Данное соединение очень схоже по своим технологическим характеристикам с 1,2-дибромэтаном, и также часто входило в состав комплексных присадок на основе тетраэтилсвинца^[7].

Применение

Масляные присадки для двигателя добавляют в масло при его замене и замене топливных фильтров. Частицы, содержащиеся в присадках, очень мелкие, меньше микрона. Они свободно проникают внутрь двигателя через чистые фильтры. Топливные присадки добавляют в почти пустой бак перед заправкой бензобака. Частота применения присадок зависит от состояния двигателя и эксплуатационной необходимости. Каждый производитель присадок для двигателя даёт подробную инструкцию по количеству и частоте применения присадок.

Применяемые в США присадки для обычных автомобилей обязательно проходят регистрацию в EPA, перед которой проводится анализ остатков сгорания и испарения присадок и проверка их безопасности^[8].

Законодательство

Добавки добавляют к смеси в процессе производства. Производители, таким образом, пытаются обеспечить параметры топлива, которое будет соответствовать техническим стандартам, без чего не была бы возможной продажa топлива в соответствии с законом. Во Всемирнoй хартии топлив (1998 года) сформулированы жесткие требования, предъявляемые к моторным топливам и дизельным в частности. Обеспечить соответствие их показателей требованиям можно только с использованием присадок различного функционального назначения.

Поскольку некоторые присадки носят тяжелые экологические последствия, нормы на токсичные выбросы нормируются законодательно. Действующие в России и других странах бывшего Союза CCP нормы токсичных выбросов очень мягкие, по сравнению с США и странами Европы.

Введение пакета присадок позволяет получить топливо с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами.

Примечания

↑ Magda Lovei. Phasing out lead from gasoline: worldwide experience and policy implications. — Washington, DC: World Bank, 1998. — Т. no. 397. — 40 с. — (World Bank technical paper). — ISBN 978-0-8213-4157-5.
↑ CDC. OG Title (амер. англ.). Centers for Disease Control and Prevention (28 марта 2018). Дата обращения: 5 февраля 2025.
↑ A. Demirbas, M. A. Balubaid, A. M. Basahel, W. Ahmad, M. H. Sheikh. Octane Rating of Gasoline and Octane Booster Additives (англ.) // Petroleum Science and Technology. — 2015-06-03. — Vol. 33, iss. 11. — P. 1190–1197. — ISSN 1091-6466. — doi:10.1080/10916466.2015.1050506.
↑ CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Iron pentacarbonyl (as Fe) (неопр.). www.cdc.gov. Дата обращения: 5 февраля 2025.
↑ Arthur W. Garrison, N. Lee Wolfe, Robert R. Swank, Mark G. Cipollone. Environmental fate of methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (англ.) // Environmental Toxicology and Chemistry. — 1995-11-01. — Vol. 14, iss. 11. — P. 1859–1864. — ISSN 0730-7268. — doi:10.1002/etc.5620141107.
↑ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry / Wiley-VCH. — 1. — Wiley, 2003-03-11. — ISBN 978-3-527-30385-4, 978-3-527-30673-2.
↑ ¹ ² Dietmar Seyferth. The Rise and Fall of Tetraethyllead. 2. (англ.) // Organometallics. — 2003-12-01. — Vol. 22, iss. 25. — P. 5154–5178. — ISSN 0276-7333. — doi:10.1021/om030621b.
↑ Источник (неопр.). Дата обращения: 6 октября 2018. Архивировано 6 октября 2018 года.

Ссылки

[1] Magda Lovei. Phasing out lead from gasoline: worldwide experience and policy implications. — Washington, DC: World Bank, 1998. — Т. no. 397. — 40 с. — (World Bank technical paper). — ISBN 978-0-8213-4157-5.

[2] CDC. OG Title (амер. англ.). Centers for Disease Control and Prevention (28 марта 2018). Дата обращения: 5 февраля 2025.

[3] A. Demirbas, M. A. Balubaid, A. M. Basahel, W. Ahmad, M. H. Sheikh. Octane Rating of Gasoline and Octane Booster Additives (англ.) // Petroleum Science and Technology. — 2015-06-03. — Vol. 33, iss. 11. — P. 1190–1197. — ISSN 1091-6466. — doi:10.1080/10916466.2015.1050506.

[4] CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Iron pentacarbonyl (as Fe) (неопр.). www.cdc.gov. Дата обращения: 5 февраля 2025.

[5] Arthur W. Garrison, N. Lee Wolfe, Robert R. Swank, Mark G. Cipollone. Environmental fate of methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (англ.) // Environmental Toxicology and Chemistry. — 1995-11-01. — Vol. 14, iss. 11. — P. 1859–1864. — ISSN 0730-7268. — doi:10.1002/etc.5620141107.

[6] Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry / Wiley-VCH. — 1. — Wiley, 2003-03-11. — ISBN 978-3-527-30385-4, 978-3-527-30673-2.

[:0-7] ¹ ² Dietmar Seyferth. The Rise and Fall of Tetraethyllead. 2. (англ.) // Organometallics. — 2003-12-01. — Vol. 22, iss. 25. — P. 5154–5178. — ISSN 0276-7333. — doi:10.1021/om030621b.

[8] Источник (неопр.). Дата обращения: 6 октября 2018. Архивировано 6 октября 2018 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]