Бензин — алифатический углеводород, состоящий из молекул, которые имеют цепочки углерода и водорода. Каждая цепочка молекулы может включать от 7 до 11 атомов углерода. Эти молекулы называются Бензином и они служат для автомобильного двигателя.
Сожжение бензина при высоком содержании кислорода приводит к выделению двуокиси углерода, воды и большого количества тепла.
Энергия галлона бензина
Один галлон бензина может освободить примерно 132×106 Джоулей энергии, что эквивалентно 125.000 британских тепловых единиц или 36.650 ватт-часам.
Получение бензина
Бензин получают из сырой нефти — это черная жидкость, добываемая из недр Земли. В нутри нефти содержатся углеводороды, где атомы углерода соединены в цепочки с различной длиной.
Разное поведение молекул
Молекулы углеводородов разной длины имеют различные свойства. Например, цепочка, состоящая из одного атома углерода (СН4), является самым легким и называется метан. Он выделяется в виде газа, такого легкого, как гелий. Чем длиннее цепочка, тем более тяжелая будет молекула.
Четыре первые цепочки
CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан)
Будут в газообразном состоянии, их точка кипения составляет −161, −88, −46 и −1 градусов Фаренгейта (-107, −67, −43 и −18 градусов Цельсия). Цепочки до С18Н32 будут жидкими при нормальной температуре, а те, выше С19, станут твердыми веществами при рассматриваемых условиях.
Отделение цепочек при их температурах кипения через дистилляцию происходит на нефтеперерабатывающих заводах. С повышением длины цепочки температура кипения увеличивается. Легкие цепочки C5, C6 и C7 испаряются быстро и называются дистиллятами. Они используются для производства красок, средств для хим. чистки и других быстросохнущих продуктов.
Из C7H16 и до C11H24-ых соединений получают бензин, который при комнатной температуре мгновенно испаряется. За бензином следуют керосин от С12 до С15, дизельное и котельное топливо, а также различные смазочные масла. От очень легких (3-в-1) до моторных масел различной плотности, плотных трансмиссионных масел и полутвердых смазок. Также в список входит и вазелин.
Твердые Вещества Из Сырой Нефти
Цепочки длиной более C20 превращаются в твердые вещества — от парафинов, гудрона до асфальтового битума, используемого для создания дорог. Различие между ними в длине углеродных цепей. Что же такое Октановое Число?
Четырехтактные Двигатели
В большинстве авто используются четырехтактные бензиновые двигатели. Один из тактов — такт сжатия, при котором топливно-воздушная смесь сжимается до малого объема до ее зажигания свечой. Эту величину называют Коэффициентом Сжатия Двигателя и обычно он варьируется от 8 до 1.
Октановое Число — Предельно Сжатие Топлива
Октановое число — это максимальное допустимое сжатие топлива, прежде чем оно начнет самовоспламеняться. Если топливо загорается из-за сжатия, а не искры из свечи зажигания, то это может привести к перебоям в работе двигателя и даже его поломке. Низкооктановый бензин (например, простой 92-й) способен выдерживать наименьшее сжатие перед своим воспламенением.
Октановый Коэффициент Сжатия Автомобиля
Для заправки Вашего авто необходимо выбрать бензин с октановым числом, зависящим от коэффициента сжатия двигателя. Увеличение его позволяет повысить мощность двигателя без увеличения его объема, улучшая производительность авто. Однако такой бензин оказывается более дорогим.
Происхождение понятия «октановое число»
При переработке сырой нефти образуются углеводородные цепи различной длины. Затем эти цепочки разделяются и смешиваются между собой, образуя различные виды топлива. Например, метан, пропан и бутан являются углеводородами. Метан имеет один атом углерода, пропан — три связанных атома, бутан — четыре. Пентан имеет пять, гексан — шесть, гептан — семь и, наконец, октан — восемь связанных атомов углерода.
Итог
При изучении поведения гептана и октана при сжатии установлено, что последний прочнее. Даже при большом давлении, он не воспламеняется. Бензин с октановым числом 92 состоит из 92% октана и 8% гептана (или других подобных по свойствам смесей). Такое топливо может быть использовано в двигателях с ограниченным коэффициентом сжатия, при котором не возникает самовоспламенения.
Результат: Присадки к Бензину
Во время Первой Мировой Войны было обнаружено, что при добавлении вещества, известного под названием тетраэтил, к топливу происходит значительное увеличение октанового числа. Из-за этого появились более дешевые марки бензина, называемые «этиловым» или «этилированным». К сожалению, этот вид топлива имел свои побочные результаты.
Октановый число в запретном топливе
Свинец водящийся в топливе приводит к полной неработоспособности каталитического конвертера в течение нескольких минут. Это привело к покрытию Земли тонким слоем свинца, который является опасным для многих видов жизни, включая человека. Запрет на этиловое топливо привел к высоким ценам на бензин, в связи с невозможностью повышения октанового числа дешевых марок бензина. В авиационном транспорте до сих пор разрешено использование этилового топлива с октановым числом 115, которое часто применяется в мощнейших поршневых двигателях самолетов, а в реактивных двигателях стандартом является керосин.
Повышение Октанового Числа и Насыщение Кислородом: МТБЭ
МТБЭ — это аббревиатура для Метил-трет-бутилового Эфира, простой молекулы полученной из метанола. Она добавляется в бензин для двух целей: увеличить октановое число и предоставить оксигенат для насыщения смеси кислородом. Оксигенат помогает снизить количество несгорающих углеводородов и угарного газа в выхлопе.
МТБЭ широко использовался после 1990 г. Закон о чистоте воздуха
Допустимое содержание МТБЭ в бензине составляет от 10 до 15%. Основная проблема использования МТБЭ заключается в том, что он является канцерогеном и легко смешивается с водой. В случае утечки бензина с МТБЭ из подземного резервуара на заправочной станции он может попасть в грунтовые воды, что приведет к их загрязнению. Разумеется, при утечке в грунтовые воды может попасть не только МТБЭ, но и бензин с другими присадками.
Аварийные Последствия Топливного Сгорания
Использование бензина приводит к двум основным проблемам. Первая косвенная проблема заключается в загрязнении воздуха и образовании смога. Вторая — в выделении углеродных и парниковых газов. Сгорание бензина приводит к выделению двуокиси углерода и воды в выхлопе. Но двигатель внутреннего сгорания не идеален и в процессе также происходят прочие негативные последствия.
Оксиды Углерода — Отравляющие Газы
Оксиды Азота — Главный Источник Дыма в Городах. Несгораемые Углеводороды — Основная Причина Загрязнения Воздуха. Каталитическое Оборудование помогает устранить большую часть этих веществ, но не является идеальным. Загрязнение от Автотранспорта и Электростанций — Серьезная Проблема в Больших Городах.
Особенно проблематично выявляется сгорание углерода.
На практике целый галлон бензина сгорает и создаёт при этом до 5–6 фунтов (2,5 кг) углекислого газа.
Углерод в США
В Соединённых Штатах ежедневно в атмосферу выбрасываются почти 2 миллиарда фунтов (900 миллионов килограмм) углерода.
История о углероде
Если бы это был жесткий углерод, то было бы заметнее, чем выброшенные 1 кг сахарной пудры за литр бензина. Но т. к. этот килограмм углерода выделяется в виде невидимого газа — углекислого газа, многие позабыли об этом. Двуокись углерода, исходящая из выхлопных труб автомобилей — это парниковый газ. Долгосрочные последствия этого неизвестны, но высока вероятность климатических перемен, касающихся живых существ на планете (например, подъём уровня моря, в результате чего наводнения уничтожат прибрежные города). Поэтому пробуют заменить бензин на водородное топливо.