Бензин топливо для автомобильного двигателя

Бензин представляет собой алифатический углеводород. Другими словами, в его состав входят молекулы, состоящие только из цепочек углерода и водорода. Каждая цепь молекулы бензина содержит от 7 до 11 атомов углерода. Составляющие бензина — молекулы состоят только из простых элементов Солнечной системы — углерода и водорода.

Горение бензина

При сгорании бензина в идеальных условиях, при наличии большого количества кислорода, образуется углекислый газ (благодаря атомам углерода в бензине), вода (благодаря атомам водорода) и большое количество тепла. В одном галлоне бензина содержится примерно 132×106 джоулей энергии, что эквивалентно 125 000 британских тепловых единиц или 36 650 ватт-часов.

Получение Бензина

Бензин получается из сырой нефти — черной жидкости, которая добывается из недр. Она состоит из углеводородов разной длины, но самыми легкими являются те, которые состоят из одного атома углерода (СН4) — метан, который имеет свойства газа. Чем длиннее цепочка, тем тяжелее молекула.

Первые четыре Алканы

CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) представляют собой газы с температурами кипения −107, −67, −43 и −18 градусов по Цельсию. Алканы до C18H32 превращаются в жидкости при комнатной температуре, а те, которые выше C19, превращаются в твердые вещества.

Разделение Цепочек по Температуре Испарения

Чем длиннее цепочка атомов в молекуле, тем больше ее температура кипения. Это позволяет отделить их путем дистилляции, что происходит на нефтеперерабатывающих заводах. Цепочки C5, C6 и C7 — легкие и легко испаряющиеся жидкости. Они называются дистилляты и используются в качестве растворителей: для химической чистки, красок и других быстросохнущих продуктов.

Производство Бензина

Различные последовательности атомов от C7H16 до C11H24 сольются для получения бензина. Температуры их испарения ниже температуры кипения воды, поэтому бензин сразу же исчезнет при пролитии на землю. Дальше идут керосин и дизельное топливо от С12 до С15, а также топливо для отопления домов. И масла — от очень легких (например, 3-в-1) до моторных, трансмиссионных и полутвердых смазок, не испаряющихся на комнатной температуре. Даже вазелин входит в список.

Твердые Вещества из Сырой Нефти

Вещества, которые состоят из цепочек длиной больше С20 — парафины, гудрон, асфальтированные дороги и битум — получаются из сырой нефти. Различие между ними заключается в длине углеродной цепочки.

Что такое Октановое Число?

Во всех автомобилях обычно используются четырехтактные бензиновые двигатели. Один из тактов — сжатие, во время которого двигатель сжимает топливно-воздушную смесь до малого объема. Степень сжатия называется Октановым Числом, оно принимает значения от 8 до 1.

Октановое число

Октановое число — это объем топлива, который может быть сжат до того, как происходит самовоспламенение. Если сжатие произойдет до того, как искра попадет от свечи зажигания, то это может привести к непредвиденным перебоям в работе двигателя, а также к поломкам двигателя. Низкооктановый бензин (например, простой 92-й) способен выдерживать минимальное сжатие перед самосгоранием.

Влияние Коэффициента Сжатия на Двигатель

Октановое число бензина, необходимое для заправки автомобиля, определяется соответствующим коэффициентом сжатия двигателя. Увеличение этого показателя позволяет повысить мощность двигателя без изменения его объема. Таким образом, более мощные двигатели требуют более высокооктанового бензина. Одной из преимуществ высоких коэффициентов сжатия является увеличение мощности двигателя при прежнем весе, а следовательно, и производительности. Но при этом есть и минус: цена бензина для таких двигателей выше.

Происхождение «октанового числа»

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

При сжатии гептан показывает слабость — взрывается при незначительном сжатии. Октан стабильнее, не пострадает даже при большом сжатии.

В бензине с октановым числом 92 присутствует октан — 92%, а гептан — 8%. Данная миксура может использоваться в двигателях с ограниченным коэффициентом сжатия.

Добавление Тетраэтила к Бензину

В период Первой мировой войны пришлось открыть, что добавление к бензину вещества под названием тетраэтил приводит к значительному повышению октанового числа. Благодаря этой реакции были произведены более дешевые виды бензина. Таким образом, стал популярен специфический «этиловый» или «этилированный» бензин. К сожалению, использование такого топлива имело негативные последствия:

Токсичный Свинец испортит Конвертер

Топливо, содержащее свинец, может забить каталитический конвертер и сломать его в течение нескольких минут. Затем по всему миру появлялся тонкий слой токсичного свинца, который может причинить вред многим формам жизни, включая человека. После запрета топлива с этиловым составом, цены на бензин значительно выросли, так как нефтеперерабатывающие заводы больше не могли производить дешевые бензины с большим октановым числом. В самолетах этиловое топливо с октановым числом 115 по-прежнему используется в мощных поршневых двигателях. Однако в реактивных двигателях используется керосин.

Поднятие Октанового Числа и Оксигенат: почему добавляют МТБЭ в Бензин

МТБЭ — это аббревиатура от метил-трет-бутилового эфира, и его получают из метанола. Люди добавляют его в бензин по двум причинам: на первом месте, он повышает октановое число в смеси, а затем, он является оксигенатом, который также улучшает свойства бензина, из-за чего количество несгораемых углеводородов и угарного газа в выхлопе значительно уменьшается.

После принятия Закона о чистом воздухе в 1990 г. использование МТБЭ стало привычным. Допустимое содержание в бензине составляет 10–15%.

Проблемы с МТБЭ

В основном проблема применения МТБЭ заключается в том, что он является канцерогенным и легко растворяется в воде. При утечках бензина с МТБЭ из подземных резервуаров, например, на заправочных станциях, он может попасть в грунтовые воды, что приведет к существенному загрязнению. Однако и бензин, который содержит и другие присадки, может нести похожие риски.

Проблемы вызванные использованием бензина

Использование бензина приводит к двум проблемам: порча окружающей среды и выброс парниковых газов. Сгорание бензина вырабатывает летучие продукты, которые включают двуокись углерода и воду. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не является идеальным: при сгорании бензина образуются еще и другие вредные продукты.

Газ-преступник: Монооксид углерода

Атмосфера превращается в заточение для ядовитого монооксида углерода. Оксиды азота и несгоревшие углеводороды являются причиной загрязнения воздуха в населенных пунктах. Хотя каталитические конверторы помогают снизить уровень концентрации этих веществ, они далеки от идеала. Все еще автомобили и электростанции приносят существенный вклад в загрязнение воздуха в больших городах.

Проблема Углерода

Сгорание углерода приводит к созданию большого количества углекислого газа. Основная часть бензина представлена углеродом, поэтому один галлон (3,8 л) приводит к выбросу в атмосферу до 6 фунтов (2,5 кг) углерода. В США каждый день атмосферу загрязняют почти 900 миллионов килограммов углерода.

Замена бензина на водородное топливо

Если бы мы использовали твердый углерод, это было бы заметно: представьте, что каждый литр бензина заменяется на килограмм сахарного песка. Но т. к. углерод представлен в виде невидимого газа, люди просто забывают о нем.

Двуокись углерода, выбрасываемая из автомобильных двигателей, является парниковым газом. Последствия его выбросов пока неизвестны, однако существует высокая вероятность серьезных изменений климата, скажем, поднятия уровня моря и наводнения прибрежных городов. Поэтому предлагается перейти на использование водорода в качестве топлива.