Дисциплина: материаловедение

Тема: Физико-химические свойства бензина

Введение

Отечественные легковые автомобили и автобусы, а также большинство грузовых автомобилей имеют карбюраторные двигатели. Топливом для этих двигателей служит автомобильный бензин.

Основные технико-экономические требования к бензинам сводятся к следующему:

Бензин должен обеспечивать безотказную работу автомобильного двигателя на всех режимах и во всех практически встречающихся условиях эксплуатации;

Двигатель должен развивать предусмотренную для него мощность при минимальном расходе бензина;

Бензин должен обеспечивать минимальные износы двигателя, трудовые и материальные затраты на ремонт и техническое обслуживание двигателя;

Качество бензина не должно ухудшаться при транспортировании, хранении и использовании;

Обращение с бензином не должно вызывать повышенной опасности для персонала, занимающегося эксплуатацией, техническим обслуживанием и ремонтом автомобилей.

Исходя из названных выше требований устанавливается соответствие бензина данным конкретным условиям и возможность его применения.

Физико-химические свойства

Соответствие бензина перечисленным требованиям зависит, прежде всего, от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей. Основные показатели физико-химических свойств бензинов указываются в стандарте или в технических условиях на бензин данной марки.

Приведенные показатели могли бы значительно изменяться в зависимости от природы нефти, способов ее переработки и очистки бензина. Стандартизация основных показателей физико-химических свойств обеспечивает одно и то же качество бензина данной марки.

Фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационная стойкость, а также содержание механических примесей и воды в бензине определяют способность данного бензина образовывать бензино-воздушную смесь нужного состава при различных условиях работы двигателя, в том числе при низких и высоких температурах, минимальных и максимальных числах оборотов коленчатого вала, при приоткрытом или полностью открытом дросселе, т. е. определяют карбюрационные качества бензина, от которых зависит безотказность работы двигателя.

От них зависят также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, возможность работы двигателя на наиболее экономичных режимах, т. е, мощность, развиваемая двигателем, и количество расходуемого при этом бензина.

Фракционный состав устанавливает зависимость между количеством топлива (в % по объему) и температурой, при которой оно перегоняется. Для характеристики фракционного состава в стандарте указывается температура, при которой перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, а также температура конца его перегонки, иногда и начала.

Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенному износу цилиндров и поршневой группы вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разжижения в картере, а также вследствие неравномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам.

Давление насыщенных паров характеризует испаряемость головных фракций бензинов, и в первую очередь их пусковые качества. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется и тем быстрее происходит пуск и нагрев двигателя. Однако если бензин имеет слишком высокое давление насыщенных паров, то он может испаряться до смесительной камеры карбюратора.

Это приведет к ухудшению наполнения цилиндров, возможному образованию паровых пробок в системе питания и снижению мощности, перебоям и даже остановке двигателя.

Поэтому давление насыщенных паров бензина устанавливается таким, чтобы при хорошем его испарении не образовывались паровые пробки в системе питания двигателя.

При оценке испаряемости бензина необходимо наряду с давлением насыщенных паров учитывать его фракционный состав.

Октановое число характеризует детонационную стойкость бензина, являющуюся важнейшим его эксплуатационным качеством.

Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом, указываемым в стандартах или технических условиях в числе важнейших физико-химических свойств бензина. Показатель октанового числа входит и маркировку бензина. Октановое число бензина численно равно процентному (по объему) содержанию изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая равноценна по детонационной стойкости испытуемому бензину.

Чем выше октановое число, тем более стоек бензин перед детонацией и тем лучшими эксплуатационными качествами он обладает.

При сопоставимых условиях бензины с более легким фракционным составом имеют более высокое октановое число. Лучше противостоят детонации бензины, в которых преобладают ароматические углеводороды, затем следуют нафтеновые, и наименьшая детонационная стойкость у бензинов, состоящих в основном из нормальных парафиновых углеводородов.

Наличие в бензине сернистых соединений и смолистых веществ понижает его октановое число, поэтому содержание их в бензине строго контролируется.

Детонация чаще всего возникает при работе прогретого двигателя на полной нагрузке при небольшом числе oборотов коленчатого вала. Возникновению детонации способствует ухудшение охлаждения двигателя (нагар, накипь, пробуксовка ремня вентилятора и др.), увеличение открытия дросселя, уменьшение числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличение угла опережения зажигания.

Изменяя режим работы двигателя, можно предотвратить или прекратить уже начавшуюся детонацию

Октановое число бензина повышается путем добавления к бензину высокооктановых компонентов или присадок-антидетонаторов.

Механические примеси в бензине не допускаются. Они приводят к засорению топливных фильтров, топливопроводов, жиклеров, что нарушает нормальную работу двигателя, увеличивает износ цилиндров и поршневых колец,

Наличие воды в бензине также исключено. Она опасна прежде всего при температуре ниже 0°С, так как, замерзая, образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя; она способствует осмолению бензина, а также вызывает коррозию топливных баков и резервуаров.

На безотказную работу двигателя, развиваемую им мощность и расход бензина кроме рассмотренных свойств оказывают некоторое влияние и другие физико-химические свойства. Так, развиваемая двигателем мощность зависит от теплоты сгорания топлива. В то же время у применяемых марок бензинов теплота сгорания практически различается незначительно.

Для автомобильных бензинов не нормируются вязкость и плотность. Фактическое отклонение вязкости и плотности бензинов одной марки не вызывает необходимости изменять регулировку и режим работы двигателя для разных партий бензина. Однако в этом может возникнуть необходимость при переходе на летний или зимний период эксплуатации или на бензин другой марки.

Плотностью бензина называется его масса, содержащаяся в единице объема. Чаще всего плотность определяется нефтеденсиметром при 20°С. С понижением температуры вязкость и плотность возрастают. Увеличение вязкости уменьшает пропускную способность жиклеров, а с повышением плотности увеличивается количество одного и того же объема бензина, поступающего через жиклеры,

Автохозяйства получают бензин с нефтебаз в весовых единицах (кг), а при заправке автомобилей через заправочные станции (бензоколонки) замер производится в объемных (л). Поэтому, зная плотность, производят пересчет весовых единиц (единиц массы) в объемные.

Кроме перечисленных физико-химических свойств на износ двигателя и на затраты по уходу за автомобилем влияет также содержание в бензине минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее соединений.

Водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи коррозируют металлы, и их присутствие в бензине вызывает интенсивный износ деталей двигателя. В бензине в результате некачественной очистки могут оказаться серная кислота и щелочь. Стандартами на автомобильные бензины не допускается содержание в них хотя бы следов водорастворимых кислот и щелочей. Поэтому бензин подвергают качественной проверке на нейтральность, чтобы установить его соответствие требованиям стандарта и части содержания в нем водорастворимых кислот и щелочей.

Для этой цели бензин тщательно перемешивают с таким же количеством дистиллированной воды и после отстоя йодную вытяжку сливают в две пробирки, в которые соответственно добавляют по 1-2 капли индикаторов метилоранжа и фенолфталеина. Если в бензине присутствует кислота, то при добавлении к водной вытяжке метилоранжа она окрашивается в оранжево-красный цвет, если щелочь - то при добавлении фенолфталеина ее цвет становится розовым или красным.

Органические (высокомолекулярные нафтеновые нерастворимые в воде) кислоты коррозируют металлы значительно слабее, чем минеральные, В основном, они представляют опасность для цветных металлов, и в первую очередь для свинца и меди. Железо, например, поддастся коррозии под действием органических кислот в десятки раз слабее, чем свинец и медь. Поэтому органические кислоты в бензине приводят к ускоренному износу вкладышей; коренных шатунных подшипников коленчатого вала, втулок верхней головки шатуна и других деталей из цветных металлов (кроме алюминиевых).

Органические кислоты могут вызвать закупорку топливопроводов системы питания в результате попадания в них смол, вызванных наличием кислоты и продуктов коррозии.

Содержание органических кислот в автомобильных бензинах строго ограничивается и оценивается по количеству едкого калия (КОН) в мг, требующегося для нейтрализации кислот, находящихся в 300-м 3 бензина. Для этой цели 50 см 3 бензина кипятят в смеси с таким, же количеством нейтрализованного этилового (винного) спирта с добавкой нескольких капель индикатора нитрозинового желтого для извлечения из бензина органических кислот и затем нейтрализуют горячую смесь спиртовым раствором едкого калия до тех пор, пока ее цвет не начнет переходить из желтого в зеленый.

Топливо для бензиновых двигателей и его характеристики

Для бензиновых двигателей применяют бензин – легкое топливо, представляющее собой светлую жидкость, быстро испаряющуюся на воздухе и хорошо воспламеняющуюся. С химической точки зрения бензин является смесью лёгких углеводородов, получаемых из нефти и нефтепродуктов.
Температура кипения бензина может варьировать в достаточно широких пределах - от 33 до 205 °C (в зависимости от содержания примесей).
Бензин несколько легче дизельного топлива – его плотность составляет 0,71…0,74 г/см³ , тогда как у дизтоплива этот показатель может достигать 0,85 г/см³ .
При сжигании бензина выделяется значительная тепловая энергия – его теплотворная способность может превышать 10 тыс. ккал/кг .
Замерзает бензин (в отличие от дизельного топлива) при достаточно низкой температуре – примерно -70…-74 °C .

Наиболее важными свойствами бензина являются испаряемость , антидетонационная стойкость и теплота сгорания .

Испаряемость бензина

Испаряемость бензина характеризует условия смесеобразования и состав горючей смеси во впускной системе двигателя, склонность бензина к образованию паровых пробок в топливной системе автомобиля, а также полноту сгорания бензина и степень разжижения моторного масла бензиновыми фракциями.

Испаряемость бензина оценивается следующими комплексными и единичными показателями, определяемыми лабораторными методами: фракционным составом, давлением насыщенных паров, склонностью к образованию паровых пробок (соотношение пар-жидкость).

Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления (карбюрация, впрыск).
С испаряемостью бензина связаны такие характеристики двигателя, как пуск при низких температурах, вероятность образования паровых пробок в системе питания в летний период, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, а также износ цилиндропоршневой группы и расход топлива.

Давление насыщенных паров - фактор, влияющий на надежность работы топливной системы, а также на потери от испарения, загрязняющие атмосферу при хранении, транспортировании и применении бензина.

Детонационная стойкость бензина

Детонационная стойкость – свойство бензина, определяющее возможную степень сжатия двигателя.
Детонация представляет собой особый вид сгорания горючей смеси, протекающего с явлениями взрыва отдельных объемов смеси при чрезвычайно высоких скоростях распространения фронта пламени в камере сгорания (2000 м/с и выше). Для сравнения: при нормальном сгорании эта скорость составляет 20…40 м/с , т. е. в 50…100 раз меньше, чем при детонационном сгорании. Детонационное сгорание топлива сопровождается значительным повышением давления в зоне детонации.

При детонационном сгорании смеси в двигателе слышны резкие металлические стуки, объясняемые ударами волн высокого давления о стенки камер сгорания, цилиндров и днищ поршней и возникновением вибрации деталей.
Кроме того, наблюдаются дымный выпуск с искрами вследствие неполного сгорания топлива и закипания жидкости в системе охлаждения из-за усиленной теплоотдачи стенкам камер сгорания и цилиндров.
В результате неполного сгорания топлива, усиленной теплоотдачи и увеличения механических потерь мощность и экономичность двигателя резко снижаются.

Длительная работа двигателя при детонационном сгорании может привести не только к повышенному износу его деталей, но и к образованию крупных дефектов в виде трещин и деформации деталей или даже их разрушения. Детонация обычно возникает в случае применения топлива несоответствующего сорта, а также при перегрузке и перегреве двигателя.

Возникшая в двигателе детонация при работе автомобиля, не имеющая систематического характера, может быть устранена уменьшением нагрузки на двигатель (путем перехода на низшую передачу) и прикрытием дроссельной заслонки карбюратора.
Систематическая детонация при работе двигателя с правильно установленным зажиганием свидетельствует о недостаточно высоких антидетонационных свойствах используемого топлива.

Показателем, характеризующим антидетонационные свойства бензина, является его октановое число.

Октановое число бензина

Октановое число бензина определяют на специальной установке, представляющей собой одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия, сравнением антидетонационных свойств испытуемого бензина со свойствами эталонного топлива – приготовляемой в разных пропорциях смеси сильнодетонирующего топлива (гептана) и стойкого против детонации топлива (изооктана) – эквивалентной смеси.

При одинаковых антидетонационных свойствах эквивалентной смеси и испытуемого бензина октановое число бензина принимают равным процентному содержанию изооктана в эквивалентной смеси. Чем больше октановое число бензина, тем меньше он детонирует при сжатии и тем большую степень сжатия может иметь двигатель, работающий на этом бензине.

Октановое число бензина является очень важным свойством топлива, поскольку, как мы знаем из теплотехники, от степени сжатия зависят многие динамические и экономические характеристики двигателя внутреннего сгорания, в том числе – его КПД. Т. е. чем выше степень сжатия в цилиндрах двигателя, тем эффективнее протекают процессы преобразования тепловой энергии в механическую.

Для повышения октанового числа бензина и уменьшения возможности его детонации в двигателях с повышенной степенью сжатия в некоторых сортах бензина используют специальные добавки – антидетонаторы. Наиболее сильным из применяемых антидетонаторов является этиловая жидкость, добавляемая к бензину в небольших количествах. Бензин с добавками этиловой жидкости называют этилированным. Этилированный бензин ядовит, поэтому в него добавляют красящее вещество для отличия от обычного бензина. Обращаться с этилированным бензином следует очень осторожно, соблюдая правила техники безопасности. В последнее время производство этилированного бензина в России запрещено.

Для автомобилей с карбюраторными двигателями применяют бензин марок: АИ-92, АИ-95, АИ-98. Буква «А» в маркировке бензина означает «автомобильный», буква «И» - метод определения октанового числа (исследовательский), цифры – октановое число бензина.

Оптимальный состав горючей смеси

Процесс смесеобразования заключается в смешивании бензина в распыленном состоянии с воздухом в определенной пропорции. Горючая смесь должна удовлетворять двум основным требованиям:

• при воспламенении в цилиндре двигателя смесь должна сгорать очень быстро (в течение короткого промежутка времени), чтобы обеспечить соответствующее давление газов на поршень в начале рабочего хода;
• бензин, входящий в состав горючей смеси, должен сгорать полностью, чтобы выделялось наибольшее количество теплоты, и работа двигателя была наиболее экономичной. Неполное сгорание топлива ведет к его выбросу в систему выпуска отработавших газов, что приводит к его неоправданному перерасходу. Кроме того, двигатель сильно дымит, а на стенках цилиндров интенсивно откладывается копоть и сажа.

Подробнее процессы горения топлива рассматриваются на отдельной странице сайта.

Для быстрого и полного сгорания горючей смеси необходимо, чтобы бензин с воздухом смешивались в строго определенной массовой пропорции, было очень мелко распылен и хорошо перемешан с воздухом. В этом случае каждая мельчайшая частица бензина будет окружена частицами кислорода в требуемом для полного окисления количестве. Не следует забывать, что горение – это процесс окисления топлива, т. е. его химическое взаимодействие с кислородом, сопровождающееся выделением тепловой энергии.

Состав горючей смеси в зависимости от соотношения топлива и воздуха в ней характеризуют специальным показателем – коэффициентом избытка воздуха α , представляющим собой отношение действительного количества воздуха в смеси (в кг ), приходящегося на 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству, обеспечивающему полное сгорание 1 кг топлива.

Как указывалось в предыдущей статье, в зависимости от соотношения масс бензина и воздуха различают нормальную, обедненную, обогащенную и богатую горючую смесь.

Нормальной называют смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания бензина. Коэффициент α для нормальной горючей смеси равен единице.
Соотношение 1:15 является примерным (обычно системы питания бензиновых двигателей регулируются на нормальный состав 1:14,7 ), поскольку с точки зрения химии количество кислорода в смеси должно обеспечивать окисление водорода и углерода, содержащихся в данной марке бензина. В процессе сгорания участвует не только кислород воздуха, но и кислород, в том или ином количестве содержащийся в самом топливе. Если учесть этот факт, а также то, что в разных марках и сортах бензина может содержаться разное массовое количество водорода и углерода (основных теплотворных компонентов топлива), то можно понять, что состав нормальной смеси для разных сортов бензина будет несколько отличаться.

Обедненной (α = 1,1…1,15 ) называют смесь, в которой имеется незначительный избыток воздуха по сравнению с нормальной смесью, а бедной (α > 1,2 ) – смесь, в которой воздуха существенно больше, чем необходимо для полного сгорания бензина.

Обогащенная смесь (α = 0,85…0,9 ) имеет недостаток воздуха – до 13 кг на 1 кг топлива. Скорость сгорания обогащенной смеси возрастает, в результате чего давление газов в цилиндрах двигателя увеличивается. Такая смесь позволяет развить двигателю максимальную мощность, но при этом общий расход топлива увеличивается из-за неполноты его сгорания.

Богатая смесь имеет значительный недостаток воздуха (α < 0,85 ). В такой смеси из-за нехватки кислорода бензин сгорает не полностью, что вызывает снижение мощности двигателя при значительном расходе топлива.

В результате догорания несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе возникают хлопки, что является внешним признаком сильного обогащения рабочей смеси. При чрезмерно обогащенной смеси, когда содержание воздуха достигает 5 кг на 1 кг бензина (α < 0,4 ), смесь совсем не воспламеняется.

Анализируя свойства горючей смеси разных составов, можно сделать следующие выводы:

Если двигатель по условиям работы не должен развивать полно мощности (при средних нагрузках), то самой выгодной является обедненная смесь, поскольку расход топлива при этом значительно снижается. Некоторое уменьшение мощности двигателя в этом случае при его работе с неполной нагрузкой значения не имеет.

При больших нагрузках целесообразно работать на обогащенной смеси, так как двигатель при этом развивает наибольшую мощность. Несколько повышенный расход топлива вследствие кратковременности работы двигателя на данном режиме не вызывает заметного увеличения общего расхода топлива за большой период времени.

Работа двигателя на бедной или богатой смесях, вызывающих снижение мощности и экономичности двигателя, недопустима.

В качестве топлива для большинства легковых автомобилей применяется бензин. Это смесь углеводородов, имеющих температуру кипения от 30 до 205 градусов Цельсия. Помимо углеводородов в составе бензина имеются примеси, содержащие азот, серу и кислород.

В зависимости от количества тех или иных соединений автомобильный бензин делится на разные марки, имеющие несколько различные эксплуатационные свойства:

• АИ-92;
• АИ-95;
• АИ-98.

С ужесточением экологических требований бензины, имеющие более низкое октановое число, такие как А-76 или АИ-80, а, следовательно, более «грязный» химический состав, в настоящее время не производятся.

Основные свойства

Основные свойства бензина – его химический состав, способности к испарению, горению, воспламенению, образованию отложений, а также коррозионная активность и стойкость к детонации.

Физико-химические свойства бензина варьируются в зависимости от того, какие углеводороды и в каких пропорциях в нем содержатся. Температура замерзания бензина достигает –60 градусов по Цельсию, в случае применения специальных присадок можно понизить это значение до –71 градуса. Бензин активно испаряется при температуре выше 30 градусов, и с повышением температуры испарение происходит интенсивнее. Когда концентрация его паров в воздухе достигает 74 – 123 граммов на кубический метр, образуется взрывоопасная смесь.

Фракционный состав бензина напрямую влияет на эксплуатационные свойства. При производстве важно добиться правильного соотношения легких и тяжелых фракций, чтобы, с одной стороны, обеспечить достаточно высокую испаряемость при низких температурах, а с другой – не допустить перебоев в работе мотора из-за образования паровых пробок в топливопроводе, которые могут возникнуть вследствие интенсивного испарения большого количества легких фракций. В связи с этим бензины, применяющиеся в местах с жарким климатом и в районе полярного круга, имеют разный химический состав для того, чтобы обеспечить необходимые эксплуатационные свойства.

Получить бензин можно несколькими способами: прямой перегонкой нефти и отбором определенных фракций (такой способ применялся в начале эры автомобилизации), в середине прошлого века стали применять крекинг и риформинг. Основная составляющая бензина, полученного путем прямой перегонки, – цепочки алканов. При крекинге и риформинге они преобразуются в разветвленные алканы и ароматические соединения.

Два последних способа позволяют получить высокооктановое топливо марок АИ-92, 95 и выше.

Октановое число

Название марки бензина состоит из буквенно-цифрового обозначения. Буквы А или АИ указывают на метод определения октанового числа:

1. моторный (А)
2. исследовательский (АИ)

а цифра определяет октановое число (92, 95 и т.д.).

Значение октанового числа указывает на такое свойство, как стойкость бензина к детонации. Цифра эта относительная. В качестве эталона принимается изооктан, детонационная стойкость которого очень высока и принимается равной 100. Шкала октанового числа была предложена в начале прошлого века. Оно определялось содержанием изооктана в смеси с нормальным гептаном (его детонационная стойкость очень низкая и принимается равной нулю). Соответственно, бензин марки АИ-92 эквивалентен по своей устойчивости к детонации 92-процентной смеси изооктана с гептаном, АИ-95 – 95% и так далее. Октановое число может быть и больше 100, если антидетонационные свойства топлива еще выше, чем у чистого изооктана.


Это значение очень важно, поскольку детонация приводит к быстрому разрушению цилиндро-поршневой группы. Объясняется это скоростью распространения фронта пламени – до 2,5 км/с, тогда как в нормальных условиях пламя распространяется со скоростью не более 60 м/с.

Чтобы повысить антидетонационные свойства, можно либо добавить присадки, содержащие соединения свинца (тетраэтилсвинец), либо изменить фракционный состав при получении. Первый способ получает с легкостью получить из бензина АИ-92 АИ-95, или 98, однако в настоящее время от него отказались. Поскольку, хотя такие присадки значительно повышают эксплуатационные свойства топлива и имеют низкую себестоимость, они так же весьма ядовиты и на экологию оказывают куда более губительное воздействие, чем чистый бензин, а также разрушают каталитический нейтрализатор автомобиля (температура сгорания этилированного бензина выше, чем у неэтилированного, в результате керамические элементы нейтрализатора попросту спекаются, и устройство выходит из строя).

В качестве присадок могут быть использованы и другие соединения, менее токсичные, такие как этиловый спирт или ацетон. Например, если добавить 100 мл спирта в литр бензина АИ-92, то октановое число увеличится до 95. Однако применение таких присадок экономически невыгодно.

Химическая стабильность

Рассматривая химические свойства бензина, следует основной упор сделать на то, насколько долго состав углеводородов останется неизменным, поскольку при длительном хранении более легкие соединения испаряются, и эксплуатационные свойства сильно ухудшаются. Особенно остро эта проблема стоит в том случае, если из топлива с меньшим октановым числом (например, АИ-92) получили бензин более высокой марки (АИ-95) путем добавления в его состав пропана или метана. Их антидетонационные свойства выше, чем у изооктана, но и испаряются они очень быстро.

Государственный стандарт требует, чтобы химический состав бензина любой марки, будь то АИ-92, 95 или 98 оставался неизменным не менее пяти лет при соблюдении правил хранения. Однако на деле зачастую даже только что купленное горючее уже имеет октановое число ниже заявленного (например, не 95, а 92). Виной тому недобросовестность продавцов, добавляющих сжиженный газ в резервуары с топливом, срок хранения которого истек, и состав не соответствует ГОСТу. Как правило, к одному и тому же бензину добавляют разное количество газа, чтобы получить октановое число, равное 92 или 95. Очевидным подтверждением подобных ухищрений служит сильный запах газа на АЗС. Вполне вероятно, что эксплуатационные свойства такого бензина заметно ухудшатся прямо на глазах, до того времени, как опустеет топливный бак.

Практически каждый житель нашей страны знает, что такое бензин. Это известно даже детям школьного возраста, однако все эти знания слишком обобщенные. Многим известно лишь то, что эта жидкость необходима автомобилю для того, чтобы ехать. Но из чего делают бензин, какие виды бывают и как его получают - все это знают немногие. Давайте попытаемся разобраться в этих вопросах.

Что такое бензин?

Это горючее (топливо), использующееся для работы двигателей внутреннего сгорания, которыми оснащено большинство автомобилей (есть также машины на электрических моторах, где данное топливо не используется). Если говорить подробнее, то это смесь определенных углеводородов легкого типа, которые имеют температуру кипения в диапазоне 30-200 градусов по Цельсию. Плотность горючего составляет 0.7 г/см 3 , а его теплопроводность - 10500 ккал/кг. Это его основные характеристики. Есть также и такие параметры как марка и детонационная стойкость, но об этом немного позже.

Технология производства бензина

Нефть - основное сырье для изготовления этого топлива. Его получают посредством перегонки нефти, гидрокрекинга и дальнейшей ароматизации. Специальные бензины дополнительно очищаются от ненужных компонентов в составе, а также обогащаются разными добавками, которые в народе называют присадками.

Также известны такие случаи, когда при изготовлении бензина используется другое углеводородное сырье. К примеру, в Эстонии во время существования СССР бензин изготавливали из горючих сланцев, следовательно, его можно произвести из смол коксования и полукоксования с последующей очисткой. Синтез-газ также может быть сырьем для изготовления данного топлива (синтез-газ - это конверсии метана и газификации угля) - есть соответствующие технологии с применением когазина и синтина.

Классическая технология

Чаще всего при изготовлении бензина применяется стандартная технология на нефтеперерабатывающих заводах, которая предполагает смешивание определенных составляющих:

1. Легкая нафта - прямогонный бензин (нафта - это легкая фракция углеводородов, которую получают при перегонке нефти).
2. Изомеризат (продукт изомеризации нафты).
3. Риформат (продукт риформинга тяжелой фракции углеводородов).
4. Бензин, полученный в результате разложения тяжелых фракций первичной перегонки.
5. Бензин гидрокрекинга (продукт разложения тяжелых фракций, который уцелел после вакуумной и атмосферной перегонки).
6. Специальные присадки.

Самый простой способ получить автомобильный бензин - отобрать легкие фракции при перегонке нефти и повысить октановое число с помощью добавления большого количества присадок.

Разновидности

Теперь вы понимаете, что такое бензин - это самая легкая жидкая фракция нефти, получаемая при перегонке этого черного сырья. В стандартный углеводородный состав этого топлива входят молекулы длиной от C 5 до C 10. Однако важно понимать, что есть разные типы этого топлива, поэтому состав и свойства бензинов могут существенно отличаться. Все зависит от того, как именно было получено горючее. Ведь его можно произвести не только посредством грубой перегонки нефти. Его получают даже из тяжелых фракций нефти (так называемый крекинг-бензин) и из попутного газа.

Газовый бензин

Интуитивно понятно, что данный продукт получают путем переработки нефтяного газа. В его составе содержатся предельные углеводороды, число атомов углерода в которых более трех. Существует стабильные и нестабильный газовый бензин. Стабильный может быть легким и тяжелым - он применяется в нефтехимии как сырье. Чаще всего используется на заводах органического синтеза, но также может использоваться для изготовления автомобильного бензина. При этом его просто смешивают с другими типами топлива.

Крекинг-бензин

Его получают путем дополнительной перегонки нефтепродукта. В среднем перегонка нефти дает всего лишь 10-20% бензина. Для увеличения этого числа тяжелые фракции нефти нагревают, что позволяет разорвать большие молекулы в их составе на мелкие. Это и есть крекинг, хотя технологический процесс в данном случае описан примитивно. С помощью данной технологии при перегонке нефти удается получить до 70% топлива от объема обрабатываемого сырья.

Пиролиз

Данная технология является очень похожей на крекинг. Есть лишь одно отличие - более высокая температура нагрева исходного сырья (700-800 градусов). Пиролиз позволяет довести выход бензина из сырья в объеме до 85%.

Октановое число и детонационная стойкость

Одной из самых важных характеристик бензина является его детонационная стойкость, которая определяется октановым числом. Существует топливо разных марок: Аи-92, Аи-95, Аи-98. Все эти марки бензина получают путем смешивания компонентов, которые были получены в результате разных технологических процессов. Естественно, существует ГОСТ, который регламентирует пропорции смешивания компонентов, что в итоге позволяет получить топливо с определенным октановым числом. Так, марка бензина Аи-98 имеет октановое число 98, марка Аи-95 - 95.

В данном случае октановое число 95 говорит о том, что в составе бензина содержится 95% изооктана и 5% гептана. Для разных стандартов двигателей (Евро-4, Евро-5) рекомендуют использовать тот или иной бензин. Разница между ними заключается в степени сжатия, при которой происходит детонация топлива (микровзрыв).

После первичной перегонки нефти обычно получают бензин с октановым числом 70. Такое топливо является низкосортным и ненужным, поэтому к нему добавляют разные добавки для повышения октанового числа (самой распространенной является тетраэтилсвинец, но также могут использовать и другие антидетонаторы).

Так, с помощью смешивания определенных компонентов и добавки присадок получают нужное топливо с конкретным детонационным числом. Производители автомобилей на базе двигателей стандарта Евро-5 рекомендуют заливать в бензобак определенное топливо. Бензин Аи-95 показан именно для таких моторов. Двигатели стандарта Евро-4 хорошо работают с топливом с более низким октановым числом - 92. Если же в мотор стандарта Евро-5 залить бензин Аи-92, при его работе возможна так называемая преждевременная детонация. Она случается из-за того, что бензин в цилиндрах воспламеняется раньше времени, из-за чего двигатель работает немного неправильно. При этом может наблюдаться потеря тяги и повышенный расход бензина. Если же в мотор стандарта Евро-4 добавить топливо Аи-95, то там взрывы бензина могут происходить с запозданием, что тоже плохо. Поэтому желательно использовать только тот бензин, который рекомендует производитель двигателя.

Определение октанового числа

Есть разные способы определить октановое число. Самый простой - измерить его с помощью портативного прибора. Его достаточно вставить в емкость с топливом, и он покажет значение октанового числа.

Второй способ - исследовательский. Его проводят с помощью однопоршневого двигателя без имитации напряженной езды. Также могут применять и моторный метод. При нем используется однопоршневый мотор с имитацией напряженной езды.

Применение

Бензин в основном используется для работы двигателей внутреннего сгорания. Также его могут использовать в качестве растворителя. Существует авиационный и автомобильный бензин. Первый, что следует из названия, используется в авиации, и его основное отличие заключается в более высоком октановом числе. В его составе гораздо больше легких фракций.

Автомобильный бензин можно разделить на 2 категории: летний и зимний. Последний производится с повышенным содержанием углеводородов, и его температура кипения - ниже. Это необходимо для того, чтобы при отрицательных температурах он эффективно взрывался в камере сгорания двигателя. Такое топливо в основном продается в северных регионах России, а в южных регионах оно появляется на автозаправках в конце осени и не исчезает до начала весны.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего делают бензин, а, главное - как. Нефть была и остается основным сырьем для изготовления топлива, поэтому потребность человечества в ней сейчас просто огромна. Пока что не существует серьезных (кроме урана) конкурентов среди энергоносителей, которые бы могли конкурировать с нефтью. Что касается самого бензина, с каждым годом он усовершенствуется, что сказывается на детонационной стойкости. Автомобильные двигатели также совершенствуются, и уже сегодня есть моторы, работающие на бензине с октановым числом 100 и 102. Однако основная масса современных двигателей потребляет топливо марки Аи-92 (более старые силовые установки) или Аи-95 (новые), но многие новые машины оснащаются двигателями, которые лучше работают с бензином Аи-98.

Говорилось об основных свойствах бензина и технике безопасности при работе с ним. В этой статье рассказывается об основных классификациях бензина, видах и способах его применения.

По составу бензины делятся на:

— прямогонные (получают прямой перегонкой нефти);
— крекинг-бензины (получают переработкой высококипящих фракций);
— газовые (получают переработкой сопутствующих газов);
— пиролизные (получаемые в результате термического крекинга);
— этилированные (в готовый продукт добавляют этилированную жидкость, увеличивающую детонационную стойкость).

С 2003-го года в РФ этилированный бензин не производится.

По сфере применения бензины можно разделить на:

— автомобильные;
— авиационные;
— бензины-растворители;
— бензины как сырье для химпрома (нафта).

Автомобильные бензины выпускают нескольких марок. В названии бензина указывается его тип («А» — автомобильный, «Б» — авиационный), метод определения октанового числа («И» — по исследовательскому методу), само октановое число , экологический класс по нормам «Евро». Например, АИ-95-3 расшифровывается, как автомобильный бензин с октановым числом 95, определенным по исследовательскому методу, соответствует стандарту Евро-3. Если октановое число определяется по моторному методу, то после буквы «А» ничего не пишется: А-76.

Автомобильные бензины выпускают для зимы и лета. Для лета бензин содержит меньше легких фракций, которые активным испарением могут вызывать паровые пробки, мешающие работе двигателя.

Авиационные бензины более высокооктановые и более качественные. Они должны обеспечивать идеальную работу двигателя на любой высоте. Бензин для авиации содержит меньшее количество легких фракций, чтобы полностью исключить риск возникновения паровых пробок. Большое значение имеет химическая стабильность и небольшое наличие примесей, вызывающих коррозию деталей и трудноудалимый нагар.

Бензины-растворители применяются в различных областях производства. Очень востребованы бензины для экстрагирования, использующиеся для извлечения из сырья таких веществ как канифоль , растительные масла, озокерит.

Высококипящие (с температурой кипения до +180 °С) фракции бензина используются как сырье в химической индустрии.

Применение

— В качестве топлива, в том числе для двигателей внутреннего сгорания.
— В химпроме — сырье для производства этилена, парафина ; в процессах органического синтеза; для блендинга (смешивания).
— Как растворитель лаков, красок, антикоррозионных покрытий; в резиново-технической индустрии.
— Для обезжиривания и чистки тканей, электрооборудования, мехов, кож.
— Для промывки металлических деталей, арматуры, печатных плат, авиационных двигателей, очистки деталей после расконсервации и перед консервацией.
— При изготовлении резиновых клеев, масляных и типографских красок, мастик, электроизоляционных лаков; пленкообразующих защитных составов; искусственного меха, монолитных конденсаторов.
— Как растворитель для экстрагирования канифоли, никотина, растительных масел из растительного сырья; жира из костей; озокерита из руды.
— Пятновыводитель для жирных пятен.
— Для получения таких популярных в быту