Состав бензина: химический, фракционный, ГОСТ автомобильных бензинов

Бензин начали использовать в качестве топлива в конце XIX века. Повсеместное распространение этого вида горючего связано с изобретением двигателя внутреннего сгорания – и бензин подходил на роль «питания» такого моторного узла лучше всего. Выделенный впервые в 1825 году в качестве быстро воспламеняемой смеси углеводородов, бензин сегодня остается самым востребованным типом топлива для транспортных средств различной мощности.

Состав бензина

Корректно ответить на вопрос, что такое бензин, может только детальное рассмотрение состава бензина и способов его получения.

Бензин получают из нефтяного сырья на нефтеперерабатывающих заводах. После того, как ископаемое транспортировано к месту переработки с соблюдением всех технических условий, нефть подвергается первоначальному термическому воздействию. При нагревании продукт распадается на фракционные составляющие – именно из них в дальнейшем будут изготовлены и выпущены на рынок различные виды горючего – бензин, дизель, керосин. Прямая перегонка нефти позволяет выделить легкие углеводородные смеси, которые как раз и служат для производства бензина. Затем отделяют более тяжелую фракцию и, наконец, будущий дизель. Процесс нагревания с целью выделения фракций называется ректификация нефти.

Любопытно, как производят бензин на НПЗ, оснащенных современным оборудованием. Такие предприятия предпочитают осуществлять процессы крекинга и каталитического риформинга. Это так называемая вторичная обработка добытого нефтяного пласта. Во время крекинга нефтяное сырье подвергается воздействию экстремально высоких температур, одновременно вводя в производство различные катализаторы, уменьшающие время образования углеводородных веществ с небольшой молекулярной массой.

Прямое воздействие на молекулы углеводорода оказывает риформинг. Он не расщепляет молекулы на более мелкие, а наоборот, меняет саму конструкцию соединения. Сопровождается процесс дегидроциклизацией и изомеризацией – образованием ароматических водородов с модификацией их строения. Это наиболее сложный, но самый эффективный способ обработки нефти для получения бензина, в ходе которого на выходе появляется качественный продукт с высоким октановым числом.

Химический состав

Химический состав бензина зависит от того, как получают бензин на НПЗ. Не существует и фиксированной формулы вещества – она может варьироваться в зависимости от того, какое количество атомов углерода содержит каждая молекулярная цепочка жидкости. Для удобства принято определять химическую формулу бензина как формулу соединения изооктана - C8H18.

В бензине большую часть объема занимают углеводородные соединения в различных вариациях: предельные соединения (циклического типа – циклоалканы и линейного типа – алканы), ненасыщенные углеводороды, циклические насыщенные циклоалканы (близкие к алканам, не относящиеся к группе ароматических веществ) и ароматические углеводороды. В процентном соотношении больше всего – предельных и нафтеновых (третья группа в перечне) углеводородов.

В процессе производства сырья образуются механические и другие примеси; как правило, бензиновые жидкости содержат примеси азота, серы, а также кислоты. Химические реакции между элементами приводят к образованию новых связей – диоксида серы, оксида углерода, альдегидов. Для повышения октанового числа в почти готовые смеси добавляют специальные присадочные компоненты.

Фракционный состав

Фракционный состав – один из показателей качества топлива; он демонстрирует «поведение» горючего относительно мотора – насколько эффективно и безопасно для внутренних узлов будет сгорать бензин.

Каждая температура выкипания бензина в фракционном составе свидетельствует о свойствах бензина на разных этапах запуска и работы мотора. Температура закипания пусковой фракции (для примера – в бензине АИ-92 это значение равно +75 С) определяет быстроту впрыска, прохода по топливным магистралям и последующего запуска моторного узла; эти 10% жидкости от рабочего состава содержат самые легко воспламеняемые углеводороды. 90% объема той же марки бензина кипит при значении в +190 С – определяется стабильность подачи топливной смеси, КПД работы мотора, плавность и расход по сгоранию вещества в рабочей камере. Концевая фракция – самые тяжелые соединения – выкипают при температуре +215 С.

Фракционный состав бензина также нестабилен и зависит от температурных условий и марки вещества.

Температуру выкипания не стоит путать с температурой вспышки бензина. Последняя характеристика определяет момент, когда бензин воспламеняется, находясь непосредственно рядом с искрой. Допустимый показатель равен -40 С. То есть при такой низкой температуре бензин способен моментально загореться, стоит только поднести к нему любой источник открытого огня. Поэтому данный фактор учитывается при организации безопасности условий перевозки и хранения оптовых объемов горючего.

ГОСТ автомобильных бензинов

В России действуют обязательные правила транспортировки, хранения, отпуска и контроля качества бензинов различных марок.

• ГОСТ 2084-77 регулирует технические условия испытаний образцов бензина, хранения и транспортировки его объемов, правила проверки горючего при приеме непосредственно на АЗС. ГОСТ содержит числовые значения концентраций различных веществ в этилированных и неэтилированных бензинах и другие числовые характеристики, влияющие на качество горючего.
• ГОСТ Р 51105-97 полностью посвящен топливам для двигателей внутреннего сгорания и в частности – бензину неэтилированному, то есть не содержащему тетраэтилсвинец. Именно и только такие бензина разрешены для заправки транспортных средств на территории Российской Федерации.
• ГОСТ Р 51866-2002 охватывает требования к моторным топливам, в том числе пределы объемной доли различных структур углеводородов, содержание серы и других примесей; вследствие ужесточения требований к составу бензинов и постепенного снижения количества примесей в его составе ГОСТ своевременно редактируется.

Общие технические требования, отраженные в ГОСТ, к бензинам автомобильным различных марок можно представить в виде следующей таблицы.

Общее свойство – бензины имеют прозрачный, слегка желтоватый оттенок, резкий выраженный запах; мутнеют очень медленно, что делает безопасным их заливку в ТС в морозную погоду.

Автомобильный бензин

Как известно, ключевое свойство бензинов – это стойкость к детонации горючего объема внутри двигателя внутреннего сгорания. По этому параметру определяют, насколько хорошо будет топливо при постоянном питании им мотора. Детонационная стойкость определяется октановым числом бензина – именно по этим цифрам отличаются популярные марки бензинов для ДВС.

Коротко говоря, октановое число – это соотношение в стабильной смеси изооктана и н-гептана, и чем выше в веществе первого компонента, тем больше октановое число. А чем больше число, тем меньше вероятность возникновения самовозгорания жидкости в рабочей камере.

Процесс детонации автолюбители могут отследить по появлению характерных звуков во время движения ТС, по резкому падению мощности двигателя и изменению его расхода.

АИ 92

Бензин АИ 92 – востребованное топливо для отечественных легковушек и грузовых машин малой мощности, оснащенных бензиновым двигателем внутреннего сгорания. По исследовательскому методу, октановое число жидкости составляет 91 пункт, что отражается в маркировке продукта как 92. Это достаточно высокий показатель. Кроме того, к марке АИ 92 предъявляются следующие требования:

• доля серного компонента в общем объеме не более 0,05%
• плотность при температуре +15 С – не менее 725 кг/м3 и не более 770 кг/м3.

Плотность бензина демонстрирует, какая масса смеси входит в одну единицу объема этой смеси. Для одного и того же объема (1 м3) масса разных нефтепродуктов будет варьироваться; будет она различной и для одной и той же марки бензина, но находящейся в отличающихся температурных условиях. Это связано с тем, что бензин, с повышением температурных значений, становится более «разреженным», то есть менее плотным.

АИ 92 следует использовать как горючее для карбюраторов; маркировка подходит для заливки в моторы с инжекторным впрыском, установленные на устаревших версиях иностранных автомобилей.

АИ 95

Казалось бы, всего 3 пункта – это не большая разница в октановом числе двух марок бензина – АИ 92 и бензина АИ 95. Однако, последний отличается не только большей стойкостью к детонации – это в принципе горючее повышенного качества.

Главное, что отмечают владельцы транспортных средств – экономичность расхода марки АИ 95. Работает мотор более плавно, а значит, управлять автомобилем комфортнее. Запуск двигателя происходит быстрее (в среднем на семь процентов).

Повышен и нижний порог плотности продукта при температуре +15…+20 С – он составляет 740 кг/м3. Среднее значение для марки – плотность бензина в 755 кг/м3. Это означает, что АИ 95 за счет своей плотности расходится более экономично – тот же объем вещества, что и у АИ 92, выделяет больше тепла и обладает более высоким КПД. Экономия на топливных тратах может составить 6% ежемесячно.

АИ 95 подойдет для отечественных авто новых марок, а также для большинства легковушек иностранного производства, в том числе китайского выпуска. Для устаревших моделей топливо неэффективно – за счет наличия в составе мощных присадок будет «изнашивать» и так «уставшие» внутренние узлы и забивать проводящие магистрали.

АИ 98

Начиная с АИ 98, можно уже говорить о премиальных марках горючего. Это топливо будет очень экономичным и за счет содержания в смеси специальных присадок (смазывающих, защитных) изменит качество эксплуатации транспортного средства в лучшую сторону.

Показатель плотности бензина для АИ 98 может достигать значения 780 кг/м3, что делает продукт самым «плотным» из рассмотренных нами ранее.

Несмотря на все достоинства АИ 98, не рекомендуется бездумно лить это горючее в любую машину, чтобы сэкономить или просто поездить на «крутом» горючем. Уместно использовать смесь только для тех автомобилей, для которых оно создано – то есть для высокофорсированных. Это внедорожники импортного изготовления, а также некоторые машины с «универсальными» двигателями, хорошо работающие во всем диапазоне маркировок от АИ 92 и АИ 98 – несколько моделей отечественного и зарубежного выпуска.

АИ 100

Октановое число бензина в 100 единиц характерно для высокофорсированных ДВС, комплектующих автомобили не массового производства, выпущенные для определенных задач. Например, бензин АИ 100 является топливом для спорткаров, способных за секунды разгоняться до гигантских скоростей.

Это самый настоящий премиальный бензин с высокой стоимостью, но минимальным воздействием на окружающую среду. Реализуется на АЗС в розничной торговле, но не массово.

Может использоваться как питание для мощных внедорожников или тюнингованных автомобилей – то есть достаточно редких экземпляров на дорогах. АИ 100 – отличное горючее для турбомоторов и подходящее – для ТС, в паспортах которых указано использовать смеси с октановым числом не ниже 98.

Присадки

Вариабельность маркировок бензинов для ДВС обуславливается методами, как получают бензин, и используемыми на производстве присадками для бензина. Чем большее октановое число требуется получить, тем более комплексную присадку используют.

Разрешенные присадки для бензина – соединения МТЭБ и ММА.

Присадочные компоненты обеспечивают повышение итогового октанового числа на 4-10 пунктов. Очень хорошо, если дополнительно они обеспечивают защиту внутренних механизмов от оседания продуктов горения или имеют моющие свойства, чтобы очистить узлы от уже образовавшихся отложений. Безусловно, такие функции также отразятся на итоговой стоимости литра данной марки бензина.

Владельцы транспортных средств могут приобрести присадки в розничной продаже – так называемые октан-корректоры. Это маленькие тары, в которых находится жидкая присадка – добавить вещество в бензиновую смесь можно самостоятельно. Отзывы о продуктах разнятся – кому-то покупка помогла, а кто-то предпочитает все же заливать более дорогую марку бензина на АЗС, больше доверяя поставщикам нефти, чем сопутствующим товарам.

Авиационный бензин

Хотя лучшим топливом для летательных судов традиционно считается керосин, авиационный бензин может использоваться на аппаратах с поршневым двигателем и впрыском принудительного типа. Достоинством авиационного бензина является собственно наличие октанового числа – составы имеют максимально высокую стойкость к самовоспламенению (что очень важно на высоте в условиях работы горячего мотора – жидкость дополнительно выполняет охлаждающие функции), а также отличную теплотворность.

Авиационные бензины имеют высокое октановое число (от 92 пунктов) и обогащаются смазочными компонентами, важными для обеспечения бесперебойной работы всего воздушного механизма при наборе высоты и стабильном длительном полете. Основные маркировки авиатоплива: Б-92, Б-91/115, Б-95/130, 100 LL и Avgas 100.