Бензин топливо для автомобильного двигателя

Бензин это алифатический углеводород, т. е. его состав представляет из себя молекулы, в которых присутствуют цепочки углерода и водорода. Каждая из этих цепей молекулы может содержать от 7 до 11 атомов углерода. Все эти молекулы составляют сам бензин.

Когда бензин горит в идеальных условиях и есть много кислорода, то из него получается двуокись углерода (в бензине атомы углерода), вода (атомы водорода) и много тепла. В 1 галлоне бензина примерно 132×106 Джоулей энергии, что соответствует 125.000 брт. тепловых единиц или 36.650 ватт-часам.

Получение бензина

Бензин производится из сырой нефти — черной жидкости, добываемой из недр Земли. Она состоит из углеводородов разной длины, которые имеют различные свойства. Самой легкой является метан — атом углерода (СН4), который по своей природе — газ. Чем длиннее цепочка углеводородов, тем большая плотность вещества.

Газы и Жидкости

Первые четыре цепочки CH4, C2H6, C3H8 и C4H10 представляют собой газы с температурой кипения в −161, −88, −46 и −1 градусах F соответственно (-107, −67, −43 и −18 градусов C). Молекулы с цепочками до C18H32 представляют собой жидкость при комнатной температуре, а старше C19 становятся твердыми.

Выделение различных Цепочек при процессе Дистилляции

Чем больше цепочка атомов, тем выше температура кипения. Нефтеперерабатывающие заводы используют этот принцип для получения дистиллятов — легких и испаряющихся жидкостей, таких как C5, C6 и C7. Они применяются в качестве растворителей для химических чисток, красок и быстросохнущих продуктов.

От C7H16 до C11H24 смеси используются для производства бензина, их испарение происходит на низких температурах, поэтому при пролитии на землю выпаривается быстро. Далее идут более крепкие соединения C12-C15, используемые для дизельного и котельного топлива. Затем применяются смазочные масла, не выпаривающиеся при нормальной температуре, от легких до плотных, и вазелин.

Твердые вещества с длиной цепочки более С20

Начиная от парафинов, гудрона и до асфальтового битума — все это получается из сырой нефти. Разница между ними в длине углеродной цепочки.

Октановое число:

В автомобильных двигателях используется четырехтактный бензин. Один из тактов — сжатие, во время которого топливно-воздушная смесь достигает намного меньшего объема, прежде чем воспламенится свечой зажигания. Это показатель называется коэффициент сжатия двигателя, значение которого от 8 до 1.

Октановое число

Октановое число показывает, какой объем топлива может быть сжат, прежде чем оно воспламенится. Если топливо воспламеняется из-за сжатия, а не от искры свечи зажигания, это может привести к осечкам в двигателе. Это может привести к повреждению двигателя. Низкооктановый бензин (например, обычный 92-й) выдерживает наименьшее сжатие до воспламенения.

Как повысить мощность двигателя?

Коэффициент сжатия Вашего автомобиля определяет октановое число бензина, которое нужно использовать. Увеличение коэффициента сжатия — это один из способов повышения мощности двигателя без изменения его объема. Таким образом, чем больше мощность двигателя, тем выше коэффициент сжатия и необходимо более высокооктановый бензин.

Преимуществом является то, что увеличение коэффициента сжатия приводит к повышению мощности двигателя, не изменяя его вес. Однако это приводит к повышению цены бензина.

Происхождение «Октанового Числа»

Изначально процесс переработки сырой нефти предполагал разделение поступающих углеводородов на цепочки различной длины. Затем эти цепочки смешивались для получения различных видов топлива. Среди них можно выделить метан с одним атомом углерода, пропан с тремя, бутан с четырьмя, пентан с пятью, гексан с шестью, гептан со семью и октан с восемью углеродными атомами. Именно отсюда взяло начало название октановое число.

Результат

Выдержка Сжатия

Гептан уступает перед октаном в выдержке сжатия. Когда действие сжатия незначительное, гептан самосборщикся. Октан выдерживает более сильное сжатие без воспламенения. Бензин октановое число 92 содержит 92% октана и 8% гептана. Такое топливо может использоваться в двигателях, с коэффициентом сжатия ниже данного уровня, так как смесь не воспламеняется.

Добавление присадок к бензину

Во время Первой мировой войны открыли, что введение тетраэтила в бензин позволило значительно увеличить его октановое число. Из-за этого были разработаны более дешевые марки бензина, известные как «этиловый» или «этилированный». Однако использование этого топлива привело к негативным последствиям.

Девастация Топлива со Свинцом

Когда топливо содержит свинец, оно может довести до полной поломки каталитического конвертера за несколько минут. Также тонкий слой данного токсичного вещества покрывал Землю и мог причинить вред многим живым существам, включая людей. В результате был принят запрет на этиловое топливо, что повлекло рост цен на бензин. В данный момент этиловое топливо все еще используется в самолетах, и для мощных двигателей используется горючее с октановым числом 115. На практике же в Реактивных двигателях используется Керосин.

Повышение Октанового Числа и Насыщение Кислородом: Выгоды МТБЭ

Methyl-tert-butyl Ether (МТБЭ) — сокращение для метил-трет-бутилового эфира, простой молекулы, получаемой из метанола — добавляется в бензин по двум причинам: чтобы повысить октановое число и чтобы растворить в смеси кислород. В идеале, оксигенат поможет снизить количество несгорающих углеводородов и испарений в выхлопе.

После принятия Закона о чистом воздухе в 1990 г. появилась возможность широкого использования МТБЭ, их содержание в бензине составляет от 10 до 15%. Возникает проблема в том, что МТБЭ являются канцерогенными и легко мешаются с водой. В случае просачивания из подземного резервуара на заправочную станцию, они могут попасть в грунтовые воды, что способствует их загрязнению. Однако, не только МТБЭ могут привести к загрязнению, но и другие присадки, входящие в состав бензина.

Опасности использования бензина

При запуске двигателя на бензине имеются две проблемы. Первая связана с загрязнением воздуха смогом. А вторая — с отделением парниковых и углеродных газов. В результате процесса сгорания получается двуокись углерода и вода. Двигатели внутреннего сгорания приводят к созданию других опасных продуктов.

Загрязнение Воздуха — Серьезная Проблема

Монооксид углерода — вредный газ, а оксиды азота — это основной источник смога в городах. Негативное влияние на окружающую среду от несгораемых углеводородов также недооценивается. Каталитический конвертер позволяет устранить значительную часть этих продуктов, но он не является решением для борьбы с загрязнением воздуха от автомобилей и электростанций, которое представляет собой серьёзную проблему в больших городах.

Углерод — это проблема

Углерод также представляет собой проблему. При его сгорании образуется большое количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому при сгорании одного галлона (3,8 л) в атмосферу выбрасывается 5–6 фунтов (2,5 кг). В США ежедневно в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.

Углерод из автомобильных выхлопов — катастрофа для планеты

Если бы это был твердый углерод, то это было бы очень заметно, представьтесь бросающим по 1 кг сахарного песка при каждом литре бензина. Однако, углерод разрешается в виде невидимого газа (углекислого), что делает его незаметным. Катастрофические долгосрочные последствия от такого выброса углерода неизвестны, но вероятность климатических изменений, повлиявших на все живое на планете, велика. Поэтому активно ищут альтернативу бензину в виде водородного топлива.