Бензин топливо для автомобильного двигателя

Бензин представляет собой алифатическое соединение углерода и водорода. Другими словами, каждая молекула бензина, которая состоит из от 7 до 11 атомов углерода, содержит только цепочки углерода и водорода. Таким образом бензин является основным компонентом молекул.

Энергия в Галлоне Бензина

При идеальном распалении при большом объеме кислорода, результатом будет двуокись углерода, вода и много тепла. Существует примерно 132×106 Джоулей энергии в галлоне бензина, равнозначно 125.000 британским тепловым единицам или 36.650 ватт-часам.

Как получают бензин?

Начиная с нефти

Сырая нефть, или просто нефть, это темно-черная жидкость, добываемая из недр Земли. В ней сосредоточены углеводороды, атомы которых соединены в цепочки разной длины. В результате молекулы углеводородов разной длины приобретают разнообразные свойства. Например, метан — молекула, которая состоит из одного атома углерода (СН4) и является наилегчайшей, он оказывается газообразным, легким как гелий. Чем длиннее цепочка углеводородов, тем более тяжелыми становятся молекулы.

Превращение в бензин

Для получения бензина из нефти производят разнообразные процессы рефинирования, используя методы отбора и переработки, чтобы сохранить легкие молекулы и убрать тяжелые. В результате такой очистки получают бензин.

Газы и жидкости

Первые четыре цепочки алканов — CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) кипят при температурах −161, −88, −46 и −1 градусов F, а до C18H32 они будут жидкими при комнатной температуре. Но цепочки, начиная с C19 и выше, при комнатной температуре будут твердыми.

Горячая нефть на нефтеперерабатывающих заводах подвергается дистилляции, благодаря которой с помощью разных температур испарения можно отделить легкие цепочки. У С5, С6 и С7 малая молекулярная масса, и они превращаются в дистилляты, которые полезны для производства химических растворителей, красок и других средств с быстрым высыханием.

Получение Бензина с Помощью Смешивания Цепочек C7H16 — C11H24

Бензин, изготовленный из цепочек смеси C7H16 и C11H24, имеет температуру испарения ниже температуры кипения воды, что объясняет быстрое испарение бензина при проливании на землю. Далее идут керосины C12 — C15, дизельное и котельное топливо, а также смазочные масла, начиная от легких до моторных и трансмиссионных масел. Кроме того, вазелин также присутствует в этой группе. Масла при комнатной температуре не испаряются, например, моторное масло может работать при температуре 250°F (121°C) в течение дня.

Твердые предметы длиной более С20

Начиная от парафина и гудрона и заканчивая битумом, из которого создают асфальтированные дороги, все это получается из сырой нефти. Отличительной характеристикой для всех этих веществ является длина углеродной цепочки.

Что такое октановое число?

Напомним, что во всех автомобильных двигателях используется четырехтактная схема. Один из тактов — такт сжатия, в результате которого смесь топлива и воздуха сжимается до малого объема для воспламенения свечой зажигания. Эта величина называется коэффициентом сжатия двигателя, который, как правило, составляет от 8 до 1.

Высокое Октановое Число — Важный Фактор для Двигателя

Октановое число свидетельствует о том, насколько много бензина может быть сжато для самовоспламенения без риска перебоев в двигателе. При превышении данного параметра могут возникнуть проблемы с двигателем, которые могут стать причиной поломки. Низкооктановый бензин, например, 92-й, может выдержать минимальное сжатие перед воспламенением.

Значение Коэффициента Сжатия Вашего Двигателя

Октановое число бензина, которым заправляется авто, зависит от коэффициента сжатия двигателя. Увеличить мощность двигателя без изменения объема можно путем повышения коэффициента сжатия. Таким образом, более мощные двигатели имеют более высокий коэффициент сжатия, требующий использования более высокого октана бензина.

Преимущества Высокого Коэффициента Сжатия

Преимущества увеличенного коэффициента сжатия: повышается мощность двигателя при постоянном объеме, увеличивая производительность. Недостатком такого решения является более высокая цена бензина.

Происхождение термина «октановое число»

При переработке сырой нефти образуются цепочки углеводородов различной длины. Затем эти цепочки различной длины разделяются и смешиваются для получения различных видов топлива. Например, метан, пропан и бутан являются углеводородами. Метан имеет только один атом углерода. Пропан имеет три соединенных атома углерода. Бутан имеет четыре взаимосвязанных атома углерода. Пентан имеет пять, гексан — шесть, гептан — семь, а октан — восемь связанных атомов углерода.

Октан Более Устойчив К Сжатию

Оказалось, что гептан не справляется с незначительным давлением. При небольшом сжатии он воспламеняется. Октан держится лучше — даже при большом сжатии он не вспыхивает. Бензин с октановым числом 92 состоит из 92% октана и 8% гептана (или других видов топлива, подобных в пропорции 92/8 октан/гептан). Смесь может самовоспламеняться при определённом давлении, поэтому данное топливо может быть использовано в двигателях, где коэффициент сжатия не превышает допустимый уровень.

Новые Возможности для Бензина

Во время Первой мировой войны было открыто, что при добавлении тетраэтила к бензину происходит увеличение октанового числа. За счет этого были произведены дешевые марки топлива, известные как «этиловый» или «этилированный» бензин. Однако это использование было не безо всяких последствий:

Влияние Свинца в Топливе на Каталитический Конвертер и Цены Бензина

Свинец в топливе приводит к полному перебою каталитического конвертера в течение нескольких минут. Также он токсичен для многих форм жизни, включая людей. Поэтому запретили использовать этиловое топливо, что привело к увеличению цены на бензин.

Однако до сих пор разрешено использовать этиловое топливо с октановым числом 115 в мощных поршневых двигателях самолетов, а в реактивных используется керосин.

Используя МТБЭ в Бензине

МТБЭ было придумано как сокращение от метил-трет-бутилового эфира и является простой молекулой, получаемой из метанола. Добавляют его в бензин по двум причинам: повышает октановое число и активирует добавку кислорода в смесь во время реакции горения. Оно помогает снизить количество несгорающих углеводородов и содержание угарного газа в выхлопе.

Introduction of MTBE

После Закона о чистом воздухе, в 1990 г., МТБЭ стали активно использовать в бензине, с допустимым содержанием до 15%.

Problem

Однако, его основная проблема в том, что это канцероген и легко растворяется в воде. В случае утечки с заправочной станции, он может попасть в грунтовые воды, портя чистоту последних. Также, бензин содержит и присадки другого рода.

Негативные Последствия Использования Бензина

Использование бензина связано с двумя проблемами: загрязнение воздуха и выделение углеродсодержащих и парниковых газов. Сгорание бензина в двигателе оставляет побочные продукты, включая двуокись углерода и воду. К несчастью, двигатель внутреннего сгорания не совершенен. В то же время сгорание бензина также приводит к выработке других шлаков.

Загрязнение воздуха больших городов

Загрязнение воздуха в больших городах является серьезной проблемой, включающей в себя Монооксид углерода, а также оксиды азота и несгоревшие углеводороды. Каталитический конвертер может помочь устранить большую часть этой проблемы, но он не даст полного результата. Автомобили и электростанции также привносят свою долю в эту проблему.

Carbon: Основная проблема

При сгорании углерода образуется огромное количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому при сгорании одного галлона (3,8 л) бензина в атмосферу выбрасывается 5–6 фунтов (2,5 кг) углерода. Только в США ежедневно в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.

Эффект Твердого Углерода

Представьте, если бы каждый литр бензина выбрасывал по 1 кг сахарного песка — то это было бы куда заметнее. Но так как углерод выделяется в виде невидимого газа, многие это игнорируют. Двуокись углерода в выхлопных газах автомобилей влияет на климат Земли, и долгосрочные последствия неизвестны. Возможно, это приведет к серьезным последствиям — наводнениям и поднятию уровня моря, которые уничтожат близлежащие города. Поэтому упор делается на замену бензина водородным топливом.