Бензин является самым востребованным в мире топливом. Обладая конкретными физическими и химическими характеристиками, он может быть использован в любом климатическом поясе, для питания двигателей различных машин до малолитражек до грузовых автомобилей.
Технически, бензин – это смесь углеводородов, получаемая из определенных нефтяных фракций. Имеет светлый желтый цвет, не замутненный, прозрачный. Смесь обладает высокой воспламеняемостью и используется не только для питания карбюраторов, но также для обеспечения функционирования другой техники – например, для обеспечения работы летательных аппаратов производится специальный авиационный бензин.
Формула бензина
Химическая формула бензина - C8H18. Это – обозначение изооктана, которое условно принимается за стандартную формулу бензина. Условно – потому что изооктан в составе бензина обязательно содержит добавочные компоненты, прежде всего н-гептан (C7H16). Также примесями могут служить нонан и декан.
Углеводороды алифатического ряда, определяющие состав бензина, имеют достаточно простое строение, так как включают в себя только атомы водорода и углерода. Молекулярная цепочка автомобильных бензинов содержит от семи до одиннадцати углеродных атомов. По максимальному количеству данных атомов можно составить «предельную» формулу горючего - C11H24.
Поскольку объем н-гептана в составе топлива меняется, то изменению подлежит и финальная химическая формула состава. Так, для марок бензина АИ-80, АИ-98, АИ-100 углеводородная формула будет различной. Но поскольку изооктан остается базовым компонентом горючего, результирующая химическая формула вычисляется по его строению - C8H18.
Неэтилированный бензин
К производству и реализации марок бензина на АЗС существуют жесткие требования, определяемые ГОСТ. Мировое сообщество также ответственно относится к выпуску данной топливной продукции, стараясь минимизировать вредное влияние выбросов, неизбежно появляющихся в процессе сжигания горючего внутри рабочей камеры.
Неэтилированный бензин
Научно обосновано, что разрушительной как для экологии, так и для здоровья человека добавкой в бензин является свинец. Да, он быстро повышает октановое число до требуемых значений, но взамен представляет опасность для всего окружающего. Поэтому практически везде в мире запрещены присадки на основе тетраэтилсвинца.
Чтобы избежать контакта с токсичными компонентами, нужно использовать неэтилированный бензин 92 или неэтилированный бензин 95. Октаноповышающие присадки в его составе произведены на основе спиртов и эфиров, поэтому безопасны для человека. В России можно заправиться только неэтилированных бензином, а подавляющая часть иномарок работают на двигателях, которые просто не смогут работать на этилированном бензине.
Этилированный бензин
Единственный плюс этилированного бензина (имеющего в составе ТЭС) – это быстрое повышение антидетонационных свойств горючей жидкости. Но минусы значительно перевешивают плюсы:
- свинец быстро «забивает» внутренние магистрали и выводит из строя системы впрыска;
- такая добавка негативно влияет на работу катализатора;
- каждые сто километров пути автомобили, заправленные этилированным бензином, оставляют четыре грамма вещества в воздухе;
- при вдыхании паров такого бензина возможны головные боли, рвота, общая интоксикация организма; при стойком воздействии возможно развитие болезней легких.
Минимум полвека прошло, пока было доказано вредоносное действие свинца на организм человека и недопустимость его использования как присадки к автомобильному топливу. Это невероятно, но иногда все еще можно встретить поставщиков, которые добавляют составы ТЭС и реализуют в таком виде потребителю. Как правило, это одиночные поставщики, не вызывающие доверия. В любом случае, любая лаборатория подтвердит или опровергнет наличие ТЭС в составе даже с минимальной пробой бензина.
Как делают бензин
Итак, нефтяные объемы добыты и доставлены к месту переработки. Что происходит с исходным сырьем далее и сколько этапов пройдет до того, как автомобильный бензин попадет на АЗС?
Первое, что необходимо сделать, провести очистку сырья от молекул воды. Происходит это благодаря воздействию электрического тока на нефть, расположенную в специальных емкостях. Во время процесса также выделяются и оседают на стенки емкостей соли.
Далее имеется два варианта, каким образом из нефтяной жидкости может быть получен бензин.
Как делают бензин
Первый – это прямая перегонка. Прямогонный бензин является результатом процесса ректификации – разделения фракционного состава нефти. Атмосферно-вакуумная перегонка при высоких температурах обеспечивает выявление светлых (легких) фракций продукта – в будущем это будут как раз бензины, керосин и некоторые сорта дизеля, а также более тяжелых компонентов – мазута, газойля и гудрона, которые будут использоваться для других промышленных нужд. Прямогонный состав имеет недостаток – он обладает низким октановым числом, ко всему прочему зависимым от температуры обрабатываемого состава. Часть дистиллятов после завершения процессов направляют на дополнительную изомеризацию (видоизменение структуры атомов в веществе), что способствует повышению ОЧ.
Каталитический крекинг и риформинг – второй путь обработки нефти. Эти процессы более сложные и требуют установки соответствующего оборудования, однако они эффективны и позволяют получать «чистые» фракции. Во время крекинга и риформинга возможно провести видоизменение самой цепочки ациклических углеводородов, получив на выходе циклические непредельные соединения. Каталитический крекинг позволяет получать бензин с повышенным октановым числом, устойчивый к окислительным процессам.
Отдельным видом обработки нефтепродуктов стоит выделить алкилирование – получение горючего, пригодного не только для заправки авто, но и для авиации. Алкилаты имеют октановое число от 90 пунктов. Провести алкилирование можно только после завершения крекинга, так как процесс происходит с участием бутана и бутилена, получаемых при предыдущем этапе обработки нефти.
Состав бензина
Как понятно из предыдущего абзаца, химический состав бензина во многом определяется путем обработки изначального полезного ископаемого. Учитывая, что некоторые промышленные процессы способны изменять структуру соединений, у различных нефтяных фракций состав будет значительно отличаться, а значит, разными будет и октановое число, и плотность бензина. Однако возможно определить базисные компоненты готового продукта. Это:
- углеводороды предельные, ароматические, нафтеновые или непредельные в различных процентных соотношениях, от 71% нафтеновых до 61% предельных, от 4% ароматических до 9% тех же нафтеновых;
- примеси (азот, серный компонент, соединения, включающие в себя кислород, и другие).
Состав бензина
Что касается примесей, то в последнее время активно снижается объем остатка таких элементов, как сера и зола, не говоря уже о свинце. Современные установки позволяют получать конечный продукт, очищенный от жидкостей и компонентов, препятствующих эффективному использованию автомобильных бензинов. Кстати, за испаряемость вещества отвечает фракционный состав бензина. ГОСТ определяет несколько ключевых фракций:
- начальная (пусковая) фракция с углеводородными соединениями, имеющими низкую температуру кипения (составляет не более 10%);
- рабочая фракция (разделяется на три этапа – перегонка 10%, половины и 90% объемов жидкости);
- завершающая (концевая) фракция – окончание кипения.
Виды бензина
Бензин – это, прежде всего, автомобильное топливо. Использование этого горючего как растворитель – это больше побочное свойство обработанного нефтяного источника, причем полученное вследствие прямой перегонки.
Автомобильный
Качество автомобильного бензина определяется по ряду факторов.
Автомобильный бензин
- Самое важное – октановое число. Этот показатель демонстрирует, какова детонационная стойкость состава. Чем выше ОЧ, тем комфортнее управлять автомобилем и тем безопаснее бензин для внутренних узлов машины. Высокое октановое число, когда детонация сведена к минимуму, позволяет двигателю работать в полную мощь, не увеличивая износ агрегата.
- Плотность бензина – соотношение массы вещества к занимаемому им объему. Вычисляется в кг/м3. Средняя плотность бензина колеблется от 735 до 780 кг/м3 при +20 С. Эта характеристика сильно зависит от температуры – чем холоднее горючее, тем выше плотность, и наоборот. Высокая плотность при стандартной температуре говорит о том, что состав будет расходоваться экономно, в нем нет нежелательных примесей.
- Давление насыщенных паров – это свойство важно для правильного распределения жидкости внутри топливных магистралей и стабильного питания двигателя. Высчитывается в замкнутом объеме, демонстрирует уровень давления, создаваемое испарениями углеводородов, при этом находясь в равновесии по термодинамическим процессам относительного самого бензина. Иными словами, это испаряемость состава. Чем выше давление (в рамках допустимого для конкретного нефтепродукта), тем быстрее будет происходить запуск двигателя и тем быстрее он будет проходить через топливные магистрали.
Авиационный
Последний рассмотренный показатель – давление насыщенных паров – важен при производстве авиационного бензина. Такое горючее, предназначенное для летательных аппаратов, должно обладать большей температурой кипения, а следовательно, испаряться значительно медленнее, чем автомобильные марки бензина. Авиационные бензины могут быть заправлены в легкие гражданские судна, оснащенные поршневыми двигателями внутреннего сгорания. Обычно такие составы имеют зеленый или голубоватый цвет.
Авиационный бензин
Автомобильный бензин, даже марки АИ-95 и выше, не может заменить специальный авиационный (Б-70, Б-92, Б-91/115, Б-95/130), так как он не предназначен для питания мощных двигателей, работающих на предельных оборотах в течение длительного времени. Справедливо и обратное – авиационное топливо не подойдет для питания наземных транспортных средств.
Марки бензина
Марки бензина отличаются между собой по ключевому параметру – октановое число. Чем больше число в наименовании состава, тем выше детонационная стойкость. АИ-92, АИ-95, АИ-98 и высокооктановый состав для мощных авто АИ-100 – массово реализуемые в России марки.
Бензин АИ 92
Определенное моторным методом, октановое число бензина АИ 92 составляет не менее 82 пунктов (по исследовательскому – 91 пункт). Как и все автомобильные бензины, имеет прозрачный цвет. Плотность при температуре +15…+20 С составляет 735 кг/м3.
Бензин АИ 92 имеет низкую температуру замерзания и даже при морозах в -35 градусов способен стабильно питать двигатель транспортного средства.
Марка имеет невысокую стоимость и при этом обладает хорошим химическим составом с минимальным содержанием серного остатка. Подходит для заправки большинства отечественных легковых автомобилей, бюджетных иномарок и старых выпусков премиальных авто. Большинство производителей китайских легковушек оснащают модели двигателями, совместимыми с бензином АИ 92.
Бензин АИ 95
Несмотря на небольшую разницу в октановом числе с бензином АИ 92, марка АИ 95 демонстрирует улучшенные показатели расхода, эффективности и КПД.
Во-первых, очевидно, что состав определяется повышенной стойкостью к самодетонации. Второе – состав более плотный, имеет номинальную плотность от 745 кг/м3 при температуре +15…+20 С, а значит, расходуется более экономно и сохраняет свои химические свойства в течение более длительного времени.
Бензин АИ 95
Процесс замерзания состава начинается только при опускании температуры ниже -60 С.
Большинству легковушек и грузовых машин средней мощности как отечественного, так и зарубежного производства подходит бензин АИ 95. Стабильная мощность мотора для данного топлива – не менее 150 л.с. При этом горючее не подойдет для форсированных моторных узлов, выдающих высокое давление (степень сжатия – более 12).
Очень многие производители в техническом паспорте к моделям ТС рекомендуют заправлять свои машины именно бензином АИ 95.
Что касается АИ 98 и АИ 100, они подходят для авто с мощным, форсированным двигателям или отдельным типам машин, работающих на предельных оборотах (например, спортивные автомобили).
Присадки для бензина
Состав бензина, точнее его «чистота», во многом зависит от выбранных присадок для увеличения октанового числа.
Официально разрешенные компоненты для использования в автомобильных бензинах в качестве октаноповышающих добавок:
- МТБЭ – эфирное соединение на основе метила и бутила, эффективно повышает октановое число до соответствия марке АИ-95;
- ММА (или N-метиланилин) – один из вторичных ароматических аминов, производных ароматических углеводородов.
Присадки для бензина
Российские заводы, обрабатывающие нефть и выпускающие бензины, отдают предпочтение МТБЭ, хотя его объем в конечном продукте приходится ограничивать из-за низкой температуры кипения (что способствует снижению антидетонационных свойств при нарастании температуры). Если бензин – продукт каталитического крекинга, содержащий фракции с изначально высоким ОЧ, то достаточно использования МТБЭ с целью повышения ОЧ еще максимум на 4 пункта.
Автолюбители ищут способы, как улучшить ОЧ, используя присадки, находящиеся в массовой продаже. Это жидкости – октан-корректоры – способны увеличить показатель на 2-5 пунктов, по крайней мере, согласно коммерческой информации. При этом заявляется, что составы также обладают защитными свойствами, увеличивающими износостойкость внутренних механических узлов и препятствующих росту отложений углеродного происхождения. Главные критерии использования такой продукции – надежность поставщика и приемлемая цена в соотношении к эффективности (иногда цена присадок эквивалентна переходу на другую марку горючего, например, с АИ 92 на АИ 95).
Нефтяные компании и поставщики топливной продукции находятся в постоянном поиске, как улучшить присадки для увеличения ОЧ, и часто выпускают собственные наработки в виде фирменных добавок в автомобильное горючее.