Бензин: химический состав и свойства

В качестве топлива для большинства сельскохозяйственной техники применяется бензин. Это смесь углеводородов, имеющих температуру кипения от 30 до 205 градусов Цельсия. Помимо углеводородов в составе бензина имеются примеси, содержащие азот, серу и кислород.

В зависимости от количества тех или иных соединений автомобильный бензин делится на разные марки, имеющие несколько различные эксплуатационные свойства:

• АИ-92;

• АИ-95;

• АИ-98.

С ужесточением экологических требований бензины, имеющие более низкое октановое число, такие как А-76 или АИ-80, а, следовательно, более «грязный» химический состав, в настоящее время не производятся.

Основные свойства бензина – его химический состав, способности к испарению, горению, воспламенению, образованию отложений, а также коррозионная активность и стойкость к детонации.

Физико-химические свойства бензина варьируются в зависимости от того, какие углеводороды и в каких пропорциях в нем содержатся. Температура замерзания бензина достигает –60 градусов по Цельсию, в случае применения специальных присадок можно понизить это значение до –71 градуса. Бензин активно испаряется при температуре выше 30 градусов, и с повышением температуры испарение происходит интенсивнее. Когда концентрация его паров в воздухе достигает 74 – 123 граммов на кубический метр, образуется взрывоопасная смесь.

Фракционный состав бензина напрямую влияет на эксплуатационные свойства. При производстве важно добиться правильного соотношения легких и тяжелых фракций, чтобы, с одной стороны, обеспечить достаточно высокую испаряемость при низких температурах, а с другой – не допустить перебоев в работе мотора из-за образования паровых пробок в топливопроводе, которые могут возникнуть вследствие интенсивного испарения большого количества легких фракций. В связи с этим бензины, применяющиеся в местах с жарким климатом и в районе полярного круга, имеют разный химический состав для того, чтобы обеспечить необходимые эксплуатационные свойства.

Получить бензин можно несколькими способами: прямой перегонкой нефти и отбором определенных фракций (такой способ применялся в начале эры автомобилизации), в середине прошлого века стали применять крекинг и риформинг. Основная составляющая бензина, полученного путем прямой перегонки, – цепочки алканов. При крекинге и риформинге они преобразуются в разветвленные алканы и ароматические соединения.

Два последних способа позволяют получить высокооктановое топливо марок АИ-92, 95 и выше.

Октановое число

Название марки бензина состоит из буквенно-цифрового обозначения. Буквы А или АИ указывают на метод определения октанового числа:

1. моторный (А)

2. исследовательский (АИ)

а цифра определяет октановое число (92, 95 и т.д.).

Значение октанового числа указывает на такое свойство, как стойкость бензина к детонации. Цифра эта относительная. В качестве эталона принимается изооктан, детонационная стойкость которого очень высока и принимается равной 100. Шкала октанового числа была предложена в начале прошлого века. Оно определялось содержанием изооктана в смеси с нормальным гептаном (его детонационная стойкость очень низкая и принимается равной нулю). Соответственно, бензин марки АИ-92 эквивалентен по своей устойчивости к детонации 92-процентной смеси изооктана с гептаном, АИ-95 – 95% и так далее. Октановое число может быть и больше 100, если антидетонационные свойства топлива еще выше, чем у чистого изооктана.

Это значение очень важно, поскольку детонация приводит к быстрому разрушению цилиндро-поршневой группы. Объясняется это скоростью распространения фронта пламени – до 2,5 км/с, тогда как в нормальных условиях пламя распространяется со скоростью не более 60 м/с.

Чтобы повысить антидетонационные свойства, можно либо добавить присадки, содержащие соединения свинца (тетраэтилсвинец), либо изменить фракционный состав при получении. Первый способ получает с легкостью получить из бензина АИ-92 АИ-95, или 98, однако в настоящее время от него отказались. Поскольку, хотя такие присадки значительно повышают эксплуатационные свойства топлива и имеют низкую себестоимость, они так же весьма ядовиты и на экологию оказывают куда более губительное воздействие, чем чистый бензин, а также разрушают каталитический нейтрализатор автомобиля (температура сгорания этилированного бензина выше, чем у неэтилированного, в результате керамические элементы нейтрализатора попросту спекаются, и устройство выходит из строя).

В качестве присадок могут быть использованы и другие соединения, менее токсичные, такие как этиловый спирт или ацетон. Например, если добавить 100 мл спирта в литр бензина АИ-92, то октановое число увеличится до 95. Однако применение таких присадок экономически невыгодно.