مقدمه
در دنیای امروزی، کارایی و سلامت موتورهای احتراق داخلی به‌طور مستقیم به کیفیت سوخت مصرفی وابسته است، یکی از مهم‌ترین پارامترهای تعیین‌کننده‌ی کیفیت بنزین، عدد اکتان می‌باشد. این عدد بیانگر میزان مقاومت سوخت در برابر احتراق زودرس در محفظه احتراق موتور است. در این مقاله، به‌صورت تخصصی به بررسی مفهوم عدد اکتان، ساختار شیمیایی آن، روش‌های افزایش عدد اکتان، تجهیزات مورد استفاده برای اندازه‌گیری آن و اهمیت آن در صنایع خودروسازی و پالایشگاهی خواهیم پرداخت.
در موتورهای احتراقی، کیفیت سوخت نقشی تعیین‌کننده در عملکرد، بازده و طول عمر موتور دارد. عدد اکتان به‌عنوان شاخصی از مقاومت سوخت در برابر خوداشتعالی، عامل مهمی در جلوگیری از آسیب‌های احتمالی به موتور است. با پیشرفت فناوری موتورهای جدید و افزایش نسبت تراکم، نیاز به استفاده از سوخت‌هایی با عدد اکتان بالاتر بیش از گذشته احساس می‌شود.
اکتان چیست؟ (ساختار شیمیایی و فیزیکی)
اکتان (C₈H₁₈) عضوی از خانواده‌ی آلکان‌ها (پارافین‌ها) است و شامل هشت اتم کربن و هجده اتم هیدروژن است. اکتان‌ها دارای ۱۸ ایزومر ساختاری هستند که هر یک دارای خصوصیات فیزیکی متفاوتی بوده و رفتار احتراقی متفاوتی در موتور دارند.
n-اکتان (نرمال اکتان):
دارای ساختار زنجیره‌ای مستقیم است. این ایزومر پایداری حرارتی پایین‌تری دارد و مستعد احتراق زودهنگام است؛ در نتیجه، عدد اکتان آن پایین است (حدود ۰).
2,2,4-تری‌متیل‌پنتان (ایزو-اکتان):
ایزومری منشعب است که به‌عنوان مرجع برای عدد اکتان ۱۰۰ استفاده می‌شود، زیرا تمایل بسیار کمی به خوداحتراقی دارد.
ساختار شاخه‌دار مولکول‌ها سبب پایداری بیشتر و احتراق کنترل‌شده‌تر آن‌ها در موتور می‌شود که کلید درک تفاوت اکتان‌هاست.
عدد اکتان چیست؟
عدد اکتان (Octane Number یا Octane Rating) عددی بدون واحد است که قابلیت سوخت برای مقاومت در برابر خوداحتراقی (Auto-Ignition) در داخل سیلندر موتور را اندازه‌گیری می‌کند. هرچه عدد اکتان بالاتر باشد، سوخت مقاومت بیشتری در برابر انفجارهای کنترل‌نشده دارد.
عدد اکتان یک بنزین واقعی با مقایسه‌ی آن با مخلوط‌های استانداردی از ایزو-اکتان (عدد اکتان ۱۰۰) و n-اکتان (عدد اکتان ۰) تعیین می‌شود. مثلاً اگر یک بنزین رفتاری مشابه با مخلوطی از ۹۰٪ ایزو-اکتان و ۱۰٪ n-اکتان داشته باشد، عدد اکتان آن ۹۰ است.
دو نوع عدد اکتان اصلی:
- Research Octane Number (RON)
در شرایط آزمایشگاهی ملایم (دمای پایین، دور پایین موتور)، بیشتر بیانگر عملکرد در رانندگی شهری است.
- Motor Octane Number (MON)
شرایط سخت‌تر (دمای بالاتر، دور موتور بیشتر)، نمایانگر عملکرد سوخت در شرایط بار زیاد و سرعت بالا.
- Anti-Knock Index = (RON + MON) / 2
در بسیاری از کشورها مانند آمریکا، این فرمول برای درج عدد اکتان روی پمپ‌های سوخت استفاده می‌شود.
اهمیت عدد اکتان
1-جلوگیری از پدیده ناک (Knocking)
ناک زمانی رخ می‌دهد که سوخت قبل از زمان مناسب و به‌صورت انفجاری مشتعل می‌شود. این اتفاق باعث:
- لرزش و صدای نامعمول موتور
- آسیب جدی به پیستون، شاتون و سرسیلندر
- افزایش حرارت و فشار داخلی
- بنزین با عدد اکتان بالا باعث احتراق کنترل‌شده‌تر و نرم‌تر می‌شود.
2-بهبود راندمان حرارتی
در موتورهایی با نسبت تراکم بالا (High Compression Ratio)، استفاده از سوخت با عدد اکتان بالا باعث بهبود بازده حرارتی و مصرف سوخت می‌شود.
3-کاهش آلایندگی
سوخت‌هایی با عدد اکتان بالا دارای ترکیباتی هستند که احتراق کامل‌تری دارند، در نتیجه گازهای آلاینده‌ای مانند CO و HC در اگزوز کمتر خواهند بود.
عوامل مؤثر بر عدد اکتان
ساختار مولکولی
- هیدروکربن‌های شاخه‌دار: عدد اکتان بالا
- هیدروکربن‌های خطی: عدد اکتان پایین
- ترکیبات آروماتیک: عدد اکتان بالا
- ترکیبات اکسیژنه: عدد اکتان بالا
فرآیندهای افزایش عدد اکتان در پالایشگاه
پالایشگاه‌ها برای افزایش عدد اکتان از فرآیندهای پیشرفته‌ای استفاده می‌کنند:
۱. ریفورمینگ کاتالیستی (Catalytic Reforming)
هدف آن تبدیل نفتاهای خطی (n-paraffins) به ترکیبات آروماتیک (مانند بنزن، تولوئن، زایلن) و ایزوپارافین‌ها با عدد اکتان بالا است. از کاتالیست‌های پلاتینیومی استفاده می‌شود.
۲. آلکیلاسیون (Alkylation)
ترکیب ایزوبوتان با اولفین‌های سبک (پروپن، بوتن) برای تولید ایزوپارافین‌های با عدد اکتان بسیار بالا (حدود ۹۸ تا ۱۰۰). این فرایند در واحدهای آلکیلاسیون با کاتالیزورهای اسید سولفوریک یا HF انجام می‌شود.
۳. ایزومریزاسیون (Isomerization)
تبدیل n-بوتان و n-پنتان به ایزوپنتان و سایر ایزومرها با عدد اکتان بالاتر. این فرآیند تحت فشار و با استفاده از کاتالیزورهای زئولیتی یا کلرید آلومینیوم انجام می‌شود.
افزودنی‌های افزاینده اکتان (Octane Boosters)
گاهی بنزین تولیدشده برای استانداردهای خاص کافی نیست و نیاز به افزودنی‌های تقویت‌کننده دارد:
افزودنی‌های رایج:
MTBE: اتر با عدد اکتان بالا که در پالایشگاه‌ها اضافه می‌شود.
اتانول: الکل زیستی با عدد اکتان حدود ۱۱۰؛ افزایش‌دهنده مؤثر ولی همراه با مسائل مربوط به خوردگی و انحلال آب.
MMT : افزودنی فلزی بر پایه منگنز (در برخی کشورها محدود شده).
اکتان‌بوسترهای تجاری (Grade A.A): محصول شرکت آرتین آزما مهر، مخصوص خودروهای با کارایی بالا.
روش‌های اندازه‌گیری عدد اکتان
برای تعیین دقیق عدد اکتان از تجهیزات خاصی به نام اکتان‌متر استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها شبیه‌سازی احتراق موتور را انجام می‌دهند و بر اساس استانداردهای بین‌المللی کار می‌کنند.
- روش موتور CFR (Cooperative Fuel Research)
روش موتور CFR (بر اساس استانداردهای 2699 D ASTM برای RON و 2700 D ASTM برای MON) به عنوان دقیق‌ترین و معتبرترین روش اندازه‌گیری عدد اکتان شناخته می‌شود. این روش از یک موتور آزمایشگاهی تک‌سیلندر با قابلیت تنظیم نسبت تراکم متغیر استفاده می‌کند تا رفتار سوخت را در شرایط کنترل‌شده شبیه‌سازی کند.
دستگاه اکتان و ستان سنج OCTANE-IM: قابل حمل، فشرده و آسان برای استفاده با رابط USB است که برای کنترل کیفیت صنعتی و شناسایی سریع محصولات مناسب می‌باشد. این دستگاه برای روش‌های RON (اکتان عدد تحقیقاتی) و MON (اكتان موتور) طراحی شده است.
- اندازه‌گیری تمام درجات بنزین بدون سرب.
- ارائه تکرارپذیری عالی و ثبات طولانی مدت در اندازه‌گیری‌ها.
- با قابلیت تعیین همزمان RON و MON طبق استاندارد ASTM D2699 و. ASTM D2700
- طراحی‌شده برای آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت سوخت و پالایشگاه‌ها.
- روش‌های طیف‌سنجی
- طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (NIR)
- طیف‌سنجی رامان
- طیف‌سنجی FTIR
استانداردها و قوانین بین‌المللی
- ASTM D2699: تعیین عدد RON
- ASTM D2700: تعیین عدد MON
- ASTM D4814: مشخصات سوخت بنزین
- EN 228: استاندارد اروپایی کیفیت بنزین
این استانداردها روش‌های دقیق آزمایشگاهی، شرایط آزمون، دما و نسبت‌های ترکیب مرجع را تعریف می‌کنند.
عدد اکتان در بازارهای جهانی
اعداد اکتان بسته به کشور و نوع موتورهای رایج متفاوت است:
کشور | اعداد اکتان معمول بنزین |
ایران | ۸۷، ۹۱ |
آمریکا | ۸۷ (Regular)، ۹۱ (Premium) |
آلمان | ۹۵ (Super)، ۹۸ (Super Plus) |
ژاپن | ۹۵، ۹۸ |
روسیه | ۹۲، ۹۵، ۹۸ |
در ایران، بنزین‌های سوپر اغلب با استفاده از افزودنی‌های تقویت‌کننده اکتان تولید می‌شوند.
آینده عدد اکتان و سوخت‌های جدید
- سوخت‌های زیستی
استفاده از اتانول و سایر ترکیبات اکسیژنه زیستی.
- سوخت‌های مصنوعی (E-fuels)
تولید سوخت از منابع تجدیدپذیر با عدد اکتان بالا.
- توسعه افزودنی‌های سازگار با محیط زیست
جایگزینی برای ترکیبات سمی مانند MTBE.
نتیجه‌گیری
عدد اکتان یکی از پارامترهای کلیدی در تعیین کیفیت و کارایی سوخت‌های بنزینی است که نقشی حیاتی در عملکرد صحیح موتورهای احتراق داخلی ایفا می‌کند. این عدد بیانگر میزان مقاومت سوخت در برابر احتراق زودرس است و انتخاب سوخت با عدد اکتان مناسب، نه‌تنها باعث افزایش راندمان موتور و جلوگیری از پدیده‌ی ناک می‌شود، بلکه به کاهش آلایندگی و افزایش طول عمر موتور نیز کمک می‌کند.
در این مقاله، جنبه‌های مختلف عدد اکتان از جمله ساختار شیمیایی، روش‌های افزایش عدد اکتان در پالایشگاه، افزودنی‌های تقویت‌کننده، تجهیزات اندازه‌گیری و استانداردهای مرتبط بررسی شد. همچنین اشاره شد که با توجه به پیشرفت فناوری موتورهای مدرن و الزامات زیست‌محیطی، استفاده از سوخت‌هایی با عدد اکتان بالا بیش از پیش اهمیت یافته است.
معرفی محصولات پیشنهادی آرتین آزما مهر
✅ اکتان‌بوستر گرید A.A
- ویژه خودروهای داخلی و وارداتی
- قابل‌استفاده در تمام فصول
- افزایش حداقل ۴ تا ۶ واحد در عدد اکتان
✅دستگاه اکتان و ستان سنج OCTANE-IM از برند TERMEX
نتایج دستگاه اکتان و ستان سنج OCTANE-IM با استانداردهای ASTM D2699، ASTM D2700، ASTM D613، ISO 5163، ISO 5164، EN 25163، EN 25164 سازگار و قابل پیگیری از طریق آزمایشگاه‌های رسمی(موتور ناک) است.