Бензин топливо для автомобильного двигателя

Бензин это алифатический углеводород. То есть состоящий из молекул углерода и водорода. Каждая молекула бензина имеет от 7 до 11 атомов углерода. Составляющие бензина — это молекулы, состоящие из цепочек водорода и углерода.

Выходная Энергия при Сгорании Бензина

Когда бензин сгорает при идеальных условиях, при наличии достаточного количества кислорода, получается двуокись углерода, вода и большое количество тепла. Галлон бензина содержит примерно 132×106 Джоулей энергии, что эквивалентно 125.000 британских тепловых единиц или 36.650 ватт-часов.

Получение бензина

Бензин производится из сырой нефти. Это черная жидкость, добываемая из недр Земли. Из неё состоит из углеводородных цепочек разной длины. Они имеют разные характеристики. Например, цепочка из одного атома углерода (СН4) называется метан и буквально легка, как гелий. Чем длиннее цепочка, тем больше вес молекулы.

История Первых Четырех Углеводородных Цепочек

Основные Характеристики

Для начала, CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) имеют газообразное состояние, а их температура кипения составляет соответственно −107, −67, −43 и −18 градусов Цельсия.

Остальные

Все остальные углеводородные цепочки до C18H32 при комнатной температуре будут представлять жидкости, а при температуре выше C19 будут представлять твердые вещества.

Разделение Нефти По Температуре Кипения

Чем длиннее цепочка молекул в нефти, тем выше температура ее кипения. Это позволяет их разделить путем дистилляции. На нефтеперерабатывающих заводах сырая нефть нагревают, и цепочки C5, C6 и C7 отделяются при их температурах испарения. Эти легкие и легко испаряющиеся жидкости называются дистиллятами. Они широко используются для производства химчистки, растворителей для красок и быстросохнущих продуктов.

От C7H16 до C11H24, бензин создается путем смешивания цепочек. Температура их испарения ниже температуры кипения воды, что объясняет быстрое испарение бензина при выливании его на землю. Далее идут керосины от С12 до С15, за ними — дизельное и котельное топливо. Следующие по списку — смазочные масла, которые не испаряются при комнатной температуре. Варианты масел: от 3-в-1 до моторных, трансмиссионных и полутвердых смазок. В их число входит вазелин.

Твердые вещества с длиной цепочек более С20

От парафина до асфальтированных дорог, эти вещества происходят из сырой нефти. Различием между ними является уровень длины углеродной цепочки!

Что такое октановое число?

Четырехтактные бензиновые двигатели используются практически во всех автомобилях. Во время такта сжатия, двигатель сжимает смесь до меньшего объема и воспламеняет ее свечой зажигания. Этот показатель называется коэффициент сжатия двигателя и обычно варьируется от 8 до 1.

Октановое число: Ключ к Работе Двигателя

Октановое число представляет объем топлива, которое может быть сжато перед самосжиганием. Если воспламенение происходит из-за давления, а не из-за искры от свечи зажигания, двигатель теряет перебои в работе. Поэтому, он может получить поломку. Топливо с низким октановым числом (например, обычный 92-й) может выдержать минимальное сжатие до воспламенения.

Влияние Коэффициента Сжатия на Двигатель

Коэффициент сжатия Вашего двигателя определяет октановое число бензина, необходимого для заправки автомобиля. Увеличивая коэффициент сжатия, можно повысить мощность двигателя без изменения его объема. Поэтому более мощные двигатели имеют более высокие коэффициенты сжатия, которые требуют более высококтанового бензина. Высокий коэффициент сжатия позволяет увеличить мощность двигателя без изменения его веса, что повышает его производительность. Однако бензин для таких двигателей дороже.

Происхождение понятия «октановое число»

При переработке сырой нефти получаются 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 содержит только один атом углерода. В пропане три связанных атома углерода. В бутане четыре связанных атома углерода. В пентане — пять, в гексане — шесть, в гептане — семь, а в октане — восемь связанных атомов углерода.

Результат

Гептан при небольшом сжатии взрывается, но октан выносит сильное сжатие без воспламенения. Бензин с октановым числом 92 содержит 92% октана и 8% гептана. Эта смесь может быть использована в двигателях, в которых показатель сжатия не превышает данное значение, т. к. при определенном уровне сжатия смесь не воспламеняется.

Добавление Тетраэтила к Бензину

Во время Первой Мировой Войны было открыто, что добавление вещества называемого тетраэтил к бензину значительно увеличивает октановое число. Это привело к появлению дешевых марок бензина. Таким образом, приобрел популярность «этилированный» бензин. К сожалению, это использование привело к негативным последствиям.

Эффект Свинца на Каталитический Конвертер

Свинец, входящий в состав топлива, может в течение нескольких минут повредить каталитический конвертер. Это вещество составляло единую пленку на поверхности Земли и являлось опасным для многих живых существ, включая человека. Запрещение этилового топлива привело к увеличению цен на бензин, так как нефтеперерабатывающие заводы не могли дальше увеличивать октановое число более дешевых бензинов. В самолетах до сих пор позволено использовать этиловое топливо октанового числа 115, которое применяется для мощных поршневых двигателей и керосина в реактивных моторах.

Добавление МТБЭ в бензин

Для повышения октанового числа и увеличения количества кислорода в смеси при горении, МТБЭ (аббревиатура для метил-трети-бутилового эфира) добавляют в бензин. Эта молекула проста в изготовлении и получается из метанола. Идеально, это позволяет уменьшить количество несгорающих углеводородов и концентрацию угарного газа в выхлопе.

Introduction of MTBEs

После принятия Закона о чистом воздухе в 1990 г. МТБЭ начали широко применяться. Допустимое содержание МТБЭ в бензине составляет от 10 до 15%.

Challenges

Основная проблема с МТБЭ состоит в том, что он является канцерогенным и легко растворяется в воде. Если бензин с МТБЭ утечет из подземного резервуара на заправочной станции, то это может привести к загрязнению грунтовых вод. Однако, не только МТБЭ, но и другие присадки в бензине также приводят к загрязнению.

Негативные последствия сжигания газа

Сжигание бензина в двигателях приводит к двум основным проблемам. Первые две проблемы связаны с загрязнением воздуха и выделением углекислого газа и парниковых газов. При сгорании газа в выхлопных газах образуются побочные продукты, такие как углекислый газ и вода. К сожалению, двигатели внутреннего сгорания далеки от совершенства. Кроме того, в процессе сгорания образуются и другие побочные продукты, в том числе:

Оксиды Углерода и Азота — Основные Причины Загрязнения Воздуха

Монооксид углерода — опасный газ, несгоревшие углеводороды — основная причина загрязнения. Каталитический конвертер помогает снизить эти продукты, но не является идеальным решением. Загрязнение воздуха от авто и электрических станций — это крайне серьёзная проблема для больших городов.

Проблема углерода

Углерод, содержащийся в топливе, представляет собой серьезную проблему. При его сжигании образуется большое количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому на каждый сожженный галлон (3,8 л) в атмосферу выбрасывается 2,5 кг (5–6 фунтов) углерода. В США общий ежедневный выброс углерода в атмосферу оценивается в 900 млн. кг (2 млрд. фунтов).

Существует потенциальная опасность серьезных климатических изменений

Если бы это был твердый углерод, то выбросы были бы гораздо более заметными — ведь каждый литр бензина отходит в виде по 1 кг сахарного песка. Однако, т. к. высвобождается невидимый газ (углекислый), многие просто не задумываются об этом. Это двуокись углерода, выходящая из выхлопной трубы автомобиля, является парниковым газом.

Дальнейшие последствия подобных выбросов пока неизвестны, но риск возникновения серьезных изменений в климате, которые будут повлиять на все живое на планете, достаточно высок. Например, повышение уровня моря, в результате которого могут произойти наводнения, поглощающие прибрежные города. По этой причине усилия направлены на замену бензина водородным топливом.