РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЗОТ- И КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ ДЕТОНАЦИОННУЮ СТОЙКОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрен синтез и исследование азот- и кислородсодержащих органических добавок, предназначенных для повышения октанового числа автомобильных бензинов. В качестве объектов исследования использовались: триацетин, N-метиланилин, изоамиловый ацетат и диизоамилфталат. Определены их физико-химические характеристики — плотность, температура кипения, вязкость, а также влияние на детонационную стойкость топлива. Экспериментальные результаты показали, что введение 2 % триацетина увеличивает октановое число с 87 до 95, при этом снижаются выбросы угарного газа (CO) на 10 % и оксидов азота (NOx) на 8 %. Полученные данные подтверждают эффективность применения данных добавок для улучшения эксплуатационных свойств бензинов и повышения их экологической безопасности. Результаты исследования могут быть использованы при разработке технологий производства экологически чистых высокооктановых топлив на основе местного сырья.

ABSTRACT

This study focuses on the synthesis and investigation of nitrogen- and oxygen-containing organic additives designed to increase the octane number of automotive gasolines. The selected additives included triacetin, N-methylaniline, isoamyl acetate, and diisoamyl phthalate. Their physicochemical properties — density, boiling point, viscosity, and influence on fuel detonation resistance — were examined. Experimental results demonstrated that adding 2% triacetin increased the octane number from 87 to 95, while reducing carbon monoxide (CO) emissions by 10% and nitrogen oxides (NOx) by 8%. These findings confirm the effectiveness of the studied additives in improving the performance and ecological characteristics of gasoline. The research results can be applied in the development of technologies for producing environmentally friendly, high-octane motor fuels based on locally available raw materials.

Ключевые слова: азотсодержащие добавки, кислородсодержащие соединения, октановое число, триацетин, N-метиланилин, физико-химические свойства, автомобильный бензин, экологическая эффективность, топливные присадки, повышение детонационной стойкости.

Keywords: Nitrogen-containing additives, Oxygenated compounds, Octane number, Triacetin, N-methylaniline, Physicochemical properties, Automotive gasoline, Environmental efficiency, Fuel additives, Detonation resistance improvement.

Введение. С развитием автомобильной промышленности значительно возросли требования к качеству топлива. В настоящее время одним из наиболее важных показателей, определяющих качество бензина, является его октановое число (ОЧ). Октановое число характеризует способность топлива противостоять детонации и играет решающую роль в обеспечении эффективной работы двигателя. Бензин с высоким октановым числом позволяет максимально использовать мощность двигателя, обеспечивает более плавное и стабильное сгорание, а также снижает количество вредных выбросов.

Как правило, для повышения октанового числа применяются различные присадки. Среди них особое значение имеют органические соединения, содержащие азот и кислород. Эти вещества повышают детонационную стойкость бензина, стабилизируют процесс горения и обладают экологическими преимуществами. К таким соединениям относятся триацетин (ТА), диизоамилфталат (ДИАФ), N-метиланилин (ММА), изоамиловый ацетат (ИАА), изопропанол (ИПС) и метанол (MeOH), которые способны существенно увеличивать октановое число.

Повышение октанового числа способствует не только улучшению работы двигателя, но и снижению расхода топлива и оптимизации выбросов. В связи с этим азот- и кислородсодержащие добавки имеют не только экономическое, но и важное экологическое значение.

Также азот- и кислородсодержащие добавки влияют на физические свойства бензина:  они стабилизируют процесс горения, регулируют температуру кипения и плотность,  а в некоторых случаях улучшают экологические характеристики топлива.

Оптимизация бензина с использованием органических добавок имеет большое научное и практическое значение. Цель данного исследования — синтез азот- и кислородсодержащих добавок, изучение их физико-химических свойств и оценка их влияния на октановое число топлива.

Производство органических добавок, содержащих азот и кислород, имеет важное значение для обеспечения их эффективности в повышении октанового числа. В статье подробно изложены основные химические методы синтеза добавок, используемые реагенты, катализаторы и условия синтеза. Эффективность добавок зависит от их химической структуры и от качества исходного сырья, полученного в ходе синтеза. Поэтому процесс синтеза органических добавок проводится с применением тщательно подобранных условий реакции, катализаторов и растворителей.

Условия реакции:

• температура: 60–120 °C (для спиртов и эфиров);
• катализаторы: серная кислота (H₂SO₄) или фосфорная кислота (H₃PO₄);
• давление: нормальное атмосферное, в некоторых реакциях требуется повышенное;
• растворители: толуол, этанол или другие полярные растворители.

Практические рекомендации

1. Реакции следует проводить при контролируемой температуре, так как повышенная температура может привести к разложению спиртов.
2. Оптимизация количества катализатора и времени реакции позволяют повысить качество получаемых добавок.
3. Рекомендуется очистка продуктов реакции путём фильтрации и перегонки.

Таблица 1.

Синтез и основные свойства добавок

C₅H₁₁OH+CH₃COOH→H₂SO₄катализатор CH₃COOC₅H₁₁+H₂O

Триацетин (глицерин триацетат) — это сложный эфир, получаемый взаимодействием глицерина и уксусной кислоты в присутствии кислотного катализатора.

Азот- и кислородсодержащие органические добавки играют важную роль не только в повышении октанового числа бензина, но и в оптимизации топлива, обеспечении его экологической чистоты и улучшении эксплуатационных характеристик. В данном разделе рассматриваются практические методы применения добавок, их влияние на различные виды бензинов и перспективы дальнейшего использования.

Практическое применение добавок

Добавки применяются в следующих направлениях:

1. Компаунирование бензина: добавление присадок к низкооктановому бензину позволяет повысить его октановое число. Например, при добавлении триацетина к местному бензину (ОЧ 87) октановое число возрастает до 95.
2. Повышение эффективности топлива: добавки стабилизируют процесс горения и способствуют максимальному использованию мощности двигателя.
3. Экологическая чистота: некоторые добавки уменьшают выбросы вредных веществ (CO, NOx) в выхлопных газах.

Таблица 2.

Влияние добавок на эксплуатационные и экологические свойства бензина

Как видно из таблицы, наиболее эффективной добавкой является триацетин (ТА), за ней следуют диизоамилфталат (ДИАФ) и N-метиланилин (ММА). Добавки улучшают эксплуатационные свойства топлива и снижают выбросы вредных веществ.

Бензин (ОЧ 87) → + Триацетин (2%) → ОЧ 95 → Повышение эффективности двигателя ↑, CO и NOx ↓Бензин (ОЧ 87) → + ДИАФ (2%) → ОЧ 94 → Повышение эффективности двигателя ↑, CO и NOx ↓

Данный рисунок демонстрирует, что введение добавок способствует повышению октанового числа бензина, улучшает эффективность двигателя и снижает уровень загрязняющих выбросов.

Перспективы внедрения добавок в промышленное производство

• Местное производство: использование отечественного сырья для синтеза добавок повышает экономическую эффективность.
• Технологическое совершенствование: оптимизация процессов синтеза и перегонки позволяет получать добавки высокого качества.
• Экологический мониторинг: воздействие добавок на состав выхлопных газов должно постоянно контролироваться.

Заключение. Проведённые исследования показали, что азот- и кислородсодержащие органические добавки эффективно повышают октановое число автомобильных бензинов и улучшают их эксплуатационные характеристики. Наиболее высокую эффективность проявил триацетин, увеличивший октановое число с 87 до 95 единиц при снижении выбросов CO и NOx. Установлено, что данные соединения обладают благоприятными физико-химическими свойствами и способствуют более полному сгоранию топлива. Полученные результаты могут быть использованы при разработке местных технологий производства экологически безопасных и экономически эффективных высокооктановых топлив.

Список литературы:

1. Ivanov V.P., Stepanova I.A Organic fuel additives and their combustion characteristics // Journal of Fuel Chemistry. — 2021. — Vol. 15(3). — Pp. 121–130.
2. Johnson T., Baker L. Environmental impact of oxygenated fuel additives // Energy & Fuels. — 2020. — Vol. 34(7). — Pp. 789–798.
3. Karimov B.S., Umirov N.N. Sintez va tadqiq etish avtomobil benzinlari uchun organik qo‘shimchalar. — Tashkent: Kimyo nashriyoti, 2023.
4. Makhmudov A., Yusupov R. Fizik-kimyoviy xossalarni tahlil qilish metodikasi // Qarshi Davlat Universiteti nashriyoti, 2022.
5. Rasulov K., Mukhamedov D. Modern approaches to octane enhancement in gasoline // Uzbek Chemical Journal. — 2024. —  Vol. 58(4). — Pp. 210–222.