Бензин и изучение его свойств

Научная статья

Тема: «Бензин и изучение его свойств»

Бешлиева Марал Алиевна

Таразский региональный университет имени М.Х.Дулати

Бензин - это смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30°С до 200°C. Плотность бензина составляет около 0,7 г/см³. Теплотворная способность горючего вещества примерно соответствует 10500 ккал/кг.
Получается бензин путём перегонки нефти, гидрокрекингом и, при необходимости дальнейшей ароматизации — каталитическим крекингом и риформингом. Для специальных бензинов характерна дополнительная очистка от нежелательных компонентов и смешение с полезными добавками [3]

В конце XIX века бензин не находил лучшего применения, чем антисептическое средство (бензин продавался в аптеках) и топлива для примусов. Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки. Хотя по мере более широкого распространения дизельных двигателей на первый план выходит дизельное топливо благодаря более высокому КПД этих двигателей. Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).
История бензина в Казахстане началось в составе Российской империи.  Первый завод для очистки нефти был построен в России на Ухтинском нефтяном промысле в 1745 г. В те времена в Москве и в Петербурге для освещения использовали свечи, а в маленьких городах, деревнях и селах – лучинки.
Но уже и тогда во многих церквях горели лампады, в которые наливалась смесь очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов единственный поставлял очищенную нефти соборам и монастырям. В конце XVIII столетия была изобретена лампа, с появлением которой увеличился спрос на керосин.
Братья Дубины построили в Моздоке нефтеперегонный завод, в котором получали керосин, бензин и другие нефтепродукты выпариванием нефти, и отправляли их.
Он был очень прост: состоял из котла, печки, трубки и двух бочек. В печь ставили котел с трубкой, которая через бочку с водой вела в пустую бочку. Бочка с водой играла роль холодильника, а пустая бочка – была емкостью для топлива.
Бензин в качестве горючего был использован только в конце XIX века, когда Г. Даймлер создал бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Бензиновый мотор заменил лошадь в первых автомобилях. Популярность машин быстро росла, поэтому их производство постоянно набирало обороты.
Следствием этого стало увеличение объемов производства бензина. Получаемое при перегонки нефти топливо не могло удовлетворить все возрастающий спрос. Перед нефтеперерабатывающей промышленностью встала серьезная задача – найти дополнительные источники получения бензина.
В 1891 г. русский инженер Шухов изобрел крекинг (от англ. cracking – расщепление). Это процесс разложение углеводородов нефти на более летучие вещества. Крекинг дает возможность значительно повысить выход бензина из нефти. Способность этого топлива противостоять детонации характеризуют так называемым октановым числом: чем оно выше, тем бензин лучше. Этот параметр определяет сорт бензина.

Характеристика качеств автомобильных бензинов

Во время работы двигателя бензин подается к карбюратору, где испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндры двигателя, где и происходит быстрое сгорание рабочей смеси, длящееся десятые доли секунды.

В связи с данными процессами к бензину предъявляется ряд требований, основными из которых являются:

- быстрое образование топливно-воздушной (горючей) смеси необходимого состава;

- сгорание рабочей смеси с нормальной скоростью (без детонации);

- минимальное коррозирующее воздействие на детали системы питания двигателя;

- небольшие отложения смолистых веществ в системе питания двигателя;

- минимальное отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду;

- сохранность первоначальных свойств в течение длительного времени.

Соответствие бензина перечисленным требованиям зависит, прежде всего, от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей, в качестве которых выступают давление насыщенных паров, фракционный состав, теплота испарения, вязкость и плотность. Основные показатели физико-химических свойств бензинов указываются в стандарте или в технических условиях на бензин данной марки [1]

От них зависят также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, возможность работы двигателя на наиболее экономичных режимах.

При использовании некачественных бензинов, не соответствующих требованиям двигателя, может возникать детонация. Это широко известное явление проявляется в звонком металлическом стуке, дымлении отработавших газов и резком перегреве двигателя.

Для каждого типа карбюраторного двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом (ОЧ). Октановое число определяют моторным и исследовательским методами, суть которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов – изооктана (С₈Н₁₈) и нормального гептана (С₇Н₁₆). Октановое число первого принимают равным 100 единицам, второго – нулю. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном соотношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 92 % изооктана и 8 % гептана будет равноценна бензину с октановым числом 92.

Значительное влияние на износ двигателя и затраты по уходу за автомобилем оказывает содержание в бензине минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее соединений.

Минеральные (водорастворимые) кислоты и щелочи, а также активные сернистые соединения отличаются сильным коррозионным воздействием: в связи с чем их содержание в бензинах не допускается.

Наличие воды в топливе вызывает сильную коррозию топливных баков, элементов системы питания двигателя и др. Кроме того она опасна прежде всего при температуре ниже 0 °С, так как, замерзая, образует кристаллы,

которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя, а также она способствует осмолению бензина. Поэтому товарные бензины воду содержать не должны.

В автомобильном бензине исключается наличие механических примесей, ведущих к засорению жиклеров карбюратора и форсунок, абразивному износу топливной аппаратуры и деталей двигателя, отложениям и др.

Наличие в бензине непредельных углеводородов ведет к их химическому превращению вследствие окисления. В результате бензины приобретают желтовато-коричневый цвет, а на стенках емкости при хранении появляется

слой смолистых веществ. При использовании такого бензина смолы интенсивно отлагаются на деталях топливной системы, ухудшая тем самым смесеобразование и снижая наполнение двигателя

В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Способы повышения качества бензинов

Для повышения детонационной стойкости, во-первых, в состав бензинов включают более стойкие углеводороды, которые не образуют перекисные соединения, и во-вторых, вводят в состав бензина антидетонаторы, препятствующие образованию перекиси

Среди антидетонационных присадок наиболее распространенной является тетраэтилсвинец (ТЭС) – РЬ(С₂Н₅)₄ (в связи с ужесточением норм по выбросам отработавших газов осуществляется отказ от данных присадок). Это бесцветная жидкость, тяжелее воды (плотностью 1,65), отличающаяся высокой токсичностью. ТЭС в воде не растворяется, но хорошо растворяется в бензине и других органических растворителях.

Использование ТЭС в чистом виде невозможно, так как основной продукт его сгорания – окись свинца – отлагается в значительных количествах в двигателе. Поэтому к ТЭС добавляются вещества, образующие при сгорании

соединения со свинцом и его окислами, которые не конденсируются и вместе с отработавшими газами выносятся из двигателя. Такие вещества получили название выносителей, а смесь ТЭС с выносителем и некоторыми другими добавками – этиловой жидкостью. Бензины с добавками этиловой жидкости называются этилированными, а ее добавление повышает октановое число на 8…12 единиц.

Основным недостатком этилированных бензинов является их токсичность. Ядовитость этилированных бензинов во много раз меньше, чем

этиловой жидкости, тем не менее для их безопасного применения требуется

соблюдение ряда мер предосторожности. С этой целью этилированные бензины различных марок окрашиваются в различные цвета. . В связи с этим с 1 июля

2008 года согласно законопроекту, принятому законом РК, в России запрещаются производство и оборот этилированного бензина. В качестве альтернативы алкилсвинцовым антидетонаторам для повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов в Казахстане допущены и используются при производстве бензинов органические соединения марганца, железа, ароматические амины. Широкое распространение в Казахстане за рубежом при производстве высокооктановых бензинов получил метил-третбутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ имеет октановые числа смешения: 115-135 по исследовательскому методу и 98-110 по моторному.

Ассортимент и маркировка бензинов

Нефтеперерабатывающей промышленностью выпускается несколько марок бензинов, каждая из которых предназначена для определенных моделей автомобилей и соответствующих условий эксплуатации.

Каждая марка бензина имеет свое условное обозначение, которое включает одну или две буквы и цифру: буква ''А'' говорит о том, что бензин автомобильный; ''И'' – октановое число для данной марки бензина определено исследовательским методом (если ''И'' нет, то – моторный метод определения), а цифра указывает октановое число [3]

Основные марки автомобильных бензинов вырабатываются в соответствии с действующим ГОСТ 2084–77, а именно: А–76, АИ–91, АИ–93, АИ–95 и дополнениями в виде технических условий (ТУ), которые предусматривают выпуск бензинов: АИ–80, АИ–92, АИ–96 и АИ–98. Допускается выпуск бензинов А–76, АИ–80, АИ–91, АИ–92 и АИ–96 с использованием этиловой жидкости.

В зависимости от испаряемости бензины могут быть: летними, зимними и всесезонными. Бензины А–76, АИ–91, АИ–93, АИ–95 изготавливают летних и зимних видов. Все оставшиеся являются всесезонными.

В обозначении бензинов с улучшенными экологическими свойствами и присадками содержится аббревиатура ЭКп (например, АИ–95 ЭКп).

В целях повышения конкурентоспособности бензинов и доведения их качества до европейских стандартов введен ГОСТ Р 51105–97, который предусматривает выпуск бензинов «Нормаль–80», «Регулятор–91», «Регулятор–92», «Премиум–95», «Супер–98». Бензин «Нормаль–80» предназначен для использования наряду с бензином А–76. Неэтилированный бензин «Регулятор–91» можно применять вместо этилированного бензина АИ–93. Бензины «Премиум–95» и «Супер–98» отвечают европейским стандартам и предназначены для современных импортных автомобилей.

Настоящий стандарт для указанных выше марок бензина разработан с учетом рекомендаций европейского стандарта ЕN 228.