Бензин и его характеристики. Смесь, горючая, лёгких углеводородов с температурой кипения от 33 до 205 °C. Плотность около 0,71 г/см³. Теплотворная способность примерно 10 200 ккал/кг (46 МДж/кг, 32,7 МДж/литр). Температура замерзания −72 °C в случае использования специальных присадок. Бензин — продукт переработки нефти. Представляет горючее с низкими детонационными характеристиками. Существуют: природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации. Так же сжиженные нефтяные газы и все продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Бензин – это самое распространенное топливо для большинства видов транспорта.
Поршневых двигателях внутреннего сгорания
Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные. Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества. Их физико-химические и эксплуатационные свойства различны. Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований.
Они должны обеспечивать экономичную и надежную работу двигателя (Бензин и его характеристики). Требования эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава. При любых температурах; иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания. На всех режимах работы двигателя не изменять своего состава и свойств. При длительном хранении не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.
АИ 92 технические характеристики
Бензин марки АИ 92 предназначен для использования в легковых автомобилях. Имеет октановое число не ниже 82.5 по моторному методу исследования, и не ниже 91 по исследовательскому методу. Плотность продукта при температуре 15°С составляет 725-780 кг/м3. Индукционный период не менее 360 мин. Марганец, повышающий октановое число и отвечающий за антидетонационные свойства топлива, содержится в количестве не более 18 мг/дм3. Содержание свинца, регламентированное ГОСТ, не более 0.010 г/дм3. Однако для бензинов, выпускаемых на российский рынок и отвечающих стандарту ЕВРО 4, допустимое содержание марганца и свинца фактически сведено к нулю. Массовая доля серы не более 0.05 %. Содержание смол не более 5 мг /100 см3. Объемная доля бензола не более 5 %. По результатам испытания на медной пластине, определяющего коррозионную активность бензина, соответствует 1 классу. При зрительном наблюдении вид бензина чистый и прозрачный. Бензин этой марки характеризуется высокой стойкости к детонации и может применяться в большинстве автомобильных двигателей российского производства и многих иностранных моделях.
Состав бензинов
Бензин — представляет собой смесь углеводородов состоящих в основном из предельных 25-61 %, непредельных 13-45%, нафтеновых 9-71 %, ароматических 4-16 % углеводородов с длиной молекулы углеводорода от C 5 до C 10 и числом углеродных атомов от 4-5 до 9-10 со средней молекулярной массой около 100Д. Так же в состав бензина могут входить примеси — серо-, азот- и кислослородсодержащих соединений. Бензин — это самая легкая фракция из жидких фракций нефти (Бензин и его характеристики). Эту фракцию получают в числе разных процессов возгонки нефти. По этому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов определяется согласно ГОСТ 2177-99.
Легкие фракции бензина характеризуют пусковые свойства топлива — чем ниже температура выкипания топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55 градусов (зимний сорт) и 70 градусов (летний) по Цельсию. Зимние сорта бензина имеют более легкий (чем летние) фракционный состав. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя. Основная часть топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят: образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50% отгона. Минимальный интервал температур от 90% до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90% топлива иногда называют точкой росы.
Характеристики бензина
Такой нефтепродукт, как бензин, имеет массу характеристик. Есть одинаковые, на которые не влияет марка топлива. А есть и такие характеристики, которые присущи только какому-то одному виду бензина.
Это наглядно видно в таблице. Показатели приведены по классу экологичности бензина.
| Характеристики автомобильного бензина | Нормы в отношении | |||
| класса 2 | класса 3 | класса 4 | класса 5 | |
| Доля серы, не более, мг/кг | 500 | 150 | 50 | 10 |
| Доля бензола, не более, % | 5 | 1 | 1 | 1 |
| Доля кислорода, не более, % | — | 2,7 | 2,7 | 2,7 |
| Доля углеводородов, не более, %: | ||||
| ароматических | 42 | 35 | 35 | |
| олефиновых | 18 | 18 | 18 | |
| Давление паров, не более, кПа: | ||||
| в летний период | 45–80 | 45–80 | 45–80 | |
| в зимний период | 50–100 | 50–100 | 50–100 | |
| Доля оксигенатов, не более, %: | ||||
| метанола | — | — | — | |
| этанола | 5 | 5 | 5 | |
| изопропанола | 10 | 10 | 10 | |
| третбутанола | 7 | 7 | 7 | |
| изобутанола | 10 | 10 | 10 | |
| эфиров, содержащих 5 или более атомов углерода в молекуле | 15 | 15 | 15 | |
| других оксигенатов (с температурой конца кипения не выше 210 градусов Цельсия) | 10 | 10 | 10 | |
| Доля монометиланилина, не более, %: | 1,3 | 1 | 1 | |
Класс экологичности утверждён ГОСТами РФ, как и все другие показатели бензина. Обозначает, насколько топливо безвредно для окружающей среды.
К5 — полностью соответствует европейским стандартам. Иногда на заправках можно увидеть маркировку АИ–95 Евро или Евро–95. Самая используемая марка бензина на сегодняшний день.
Бензин имеет температуру воспламенения в пределах 250–300 °С при условии нахождения его в топливной системе. И это один из основных показателей стойкости топлива. Существует ещё ряд зависимостей бензина от температур, но при других условиях.
- Температура вспышки бензина. Обозначает она совершенно противоположное от температуры воспламенения. То есть ту температуру, при которой бензин загорится. Может произойти вспышка, то есть пожароопасная ситуация при температуре 20–40 °С вне топливной системы (в моменты хранения и перевозки).
- Температура испарения бензина. Неопределённая величина. Зависит от того, в каких условиях хранить бензин, как быстро его вырабатывать в дороге, какая температура воздуха и так далее.
- Температура кипения бензина. Как и температура вспышки, говорит о показателях на открытом воздухе и при взаимодействии с открытым огнём. Температура кипения бензина находится в пределах 30–200 °С. Настолько большой разбег между верхним и нижним порогом связан с разными условиями, при которых может возникнуть кипение бензина.
- Температура горения бензина. Самые высокие показатели, 900–1100 °С, говорят о воспламенении бензина в двигателе. При открытом же пламени температура горения будет ниже: 800–900 °С.
Все указанные температурные пороги подтверждают, что при нахождении бензина в топливной системе, он совершенно безопасен и не может привести к пожару. Если же заниматься его перевозкой бытовым способом, то это может привести к пожару. Именно по этой причине в багажнике автомобиля запрещено перевозить запас топлива в баклаге. Допускается транспортировка в металлической канистре. И то, что она будет герметично закрываться остаётся на совести самого владельца машины.
Октановое число и вид автомобиля
Нет такого варианта бензина, который был бы универсальным и подходил для двигателя любого вида транспорта. Главное, что необходимо понять: автомобильная промышленность подстраивается под нефтеперерабатывающую, а не наоборот.
Именно к топливу больше всего претензий: плохо пахнет, загрязняет атмосферу и землю. И именно его постоянно пытаются улучшить. И каждый раз, когда появляется кардинально новый вид топлива, под него начинают перестраивать и разработку двигателей.
Поэтому, для каждого вида бензина существует свой тип двигателя. Если говорить условно, то для грузовиков, у которых в приоритете не скорость, а тяговая сила, подойдёт бензин АИ–92 или вообще дизель. Для автомобиля, который легко стартует с места и разгоняется за секунды, необходим бензин АИ–98.
Чем выше октановое число, тем фракционный состав топлива легче. И тем быстрее бензин отдаёт свою энергию двигателю.
Ассортимент автомобильных бензинов
Помимо того, что топливо имеет разные марки, обозначающие октановое число, оно ещё имеет различия, в зависимости от производителя. Две одинаковые марки бензина могут иметь немного разный фракционный состав, но при этом будут полностью соответствовать ГОСТам РФ и ЕС.
Как мы говорили ранее, состав бензина зависит от множества факторов. И НПЗ — один из них. Например, бензин неэтилированный марки АИ-95-К5 Башнефть будет отличаться от бензина неэтилированного марки АИ–95–К5 Ярославского НПЗ. Только вот чем конкретно, сможет сказать только сотрудник лаборатории. При этом оба образца будут отлично себя вести: давать нужную двигателю мощность и ухаживать за его внутренними узлами.
Так что при покупке бензин для личного транспорта нет необходимости выяснять место производства топлива. Необходимо смотреть на марку, подходящую автомобилю.
Поделиться
Свойства бензинов
Бензины — легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м? Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания — ниже минус 60 градусов. При сгорании бензинов образуется вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70—120 г/м3 образуются взрывчатые смеси. Автомобильные бензины в силу своих физико-химических характеристик должны обладать следующими свойствами:
- Однородность смеси;
- Плотность топлива — при +20 °С должна составлять 690…750 кг/м2;
- Небольшую вязкость — с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20…30%;
- Испаряемость — способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;
- Давление насыщенных паров — чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом — до 670 ГПа и зимой — от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах;
- Низкотемпературные свойства — способность бензина выдерживать низкие температуры;
- Сгорание бензина. Под “сгоранием” применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500…2400 °С.
Основные свойства
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.
Автомобильные бензины
В России автомобильные бензины выпускаются по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002, а также по ТУ 0251-001-12150839-2015 Бензин АИ 92,95 (Альтернативный). Автомобильные бензины подразделяются на летние и зимние (в зимних бензинах содержится больше низкокипящих углеводородов). Основные марки автомобильных бензинов ГОСТ Р 51105-97: Нормаль-80 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 80; Регуляр-92 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 92; Премиум-95 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95; Супер-98 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 98
Маркировка бензина
На АЗС можно встретить самые разные наименования, не исключая и наиболее привычные для большинства автомобилистов. Обычно бензин маркируется литерами «А» и «АИ». Их расшифровка:
- «А» – это обозначение свидетельствует, что бензин автомобильный;
- «АИ» – буква «И» означает метод, которым было определено октановое число.
Существует 2 способа определения октанового числа – исследовательский (АИ) и моторный (АМ).
Исследовательский метод – он определяется путем тестирования топлива на одноцилиндровой силовой установке, при условии переменной степени сжатия, частоте вращения коленвала в 600 об/мин, угле опережения зажигания в 13° и температуре воздуха (всасываемого) в 52 °С. Эти условия аналогичны небольшим и средним нагрузкам.
Моторный метод – его определение осуществляется на аналогичной установке, однако прочие условия другие. Температура воздуха (всасываемого) составляет 149 °С, частота вращения коленвала равна 900 об/мин, а угол опережения зажигания переменный. Такой режим аналогичен высоким нагрузкам – езда в гору, работа мотора под нагрузкой и т. д.
Следовательно, число АМ всегда ниже, нежели АИ, а разница в показаниях свидетельствует о чувствительности горючего к работе силового агрегата в разных режимах. Примечательно, что в некоторых государствах на Западе октановое число определяется как среднее между значениями «АМ» и «АИ». В РФ же обозначается только более высокое значение «АИ», что и можно увидеть на всех АЗС.
Маркировка автомобильных бензинов
В соответствии с ГОСТ Р 54283-2010, автомобильные бензины маркируются тремя группами знаков, разделёнными дефисом (например, «АИ-92-4»):
- буквы «АИ» (бензин автомобильный с октановым числом, измеренным исследовательским методом ГОСТ 8226-82);
- октановое число, измеренное исследовательским методом (например, 80, 92, 95 или 98);
- число 2, 3, 4 или 5 — класс бензина; число совпадает с номером экологического стандарта серии «Евро», которому должен соответствовать бензин (2 для Евро-2, 3 для Евро-3 и т. д.).
Пример. Марка «АИ-92-4» расшифровывается как бензин автомобильный с октановым числом 92, измеренным исследовательским методом, соответствующий четвёртому экологическому классу (стандарту Евро-4). Поскольку с 2003 года в России официально прекращено производство вредного этилированного бензина, то все бензины считаются неэтилированными, и данный факт в маркировке никак не отображается.
Октановое число
Наименование марки топлива состоит из букв и цифр. Буквы А или АИ означают способ выявления октанового числа:
| № | Полезная информация |
| 1 | моторный (А) |
| 2 | исследовательский (ИА) |
А цифра означает октановое число (92, 95).
Наименование октанового числа показывает такое качество, как устойчивость топлива к возгоранию. Цифра эта условная. В качестве эталона используется изооктан, устойчивость к возгоранию которого очень высокая, и равняется 100. Разметка октанового числа была создана в начале прошлого века. Оно выявлялось составом изооктана в меси с нормальным гептаном.
Соответственно, топливо марки АИ 92 эквивалентно по своей устойчивости к возгоранию 92% смеси изооктана с гептаном, АИ 95 – 95%. Октановое число может быть выше 100, если антидетонационные качества бензина выше, чем у чистого изооктана.
Данное значение очень важное, так как возгорание приводит к быстрой деформации цилиндро-поршневой группы. Обусловлено это скоростью распространения языков пламени – до 2,5 км в секунду, тогда как в оптимальных условиях огонь распространяется со скоростью не больше 60 метров в секунду.
Чтобы увеличить антидетонационные качества, можно или добавить присадки, в которых содержится свинец, или поменять фракционный состав при получении. Первый вариант можно легко получить из топлива АИ 92, АИ 95 или 98, но на сегодняшний день от него отказались.
Так как, хотя такие присадки намного увеличивают эксплуатационные характеристики бензина и имеют низкую себестоимость, они также очень токсичны и оказывают пагубное влияние на экологию, чем чистое топливо.
А также разрушают каталитический нейтрализатор транспортного средства (температура сгорания этилированного топлива выше, чем у неэтилированного, в итоге керамические соединения нейтрализатора спекаются, и устройство подвергается поломке).
В качестве присадок могут быть применены и другие соединения, менее ядовитые, такие как ацетон или этиловый спирт. К примеру, если влить 100 мл спирта в литр топлива АИ 92, то октановое число возрастет до 95. Но использование таких средств экономически нецелесообразно.
Сырьё для получения бензина
Сырьём для получения бензина является нефть. Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ). Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87% углерода, 11–15% водорода, 0,01–6% серы, 0–2% кислорода и 0,01–3% азота. Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. (Бензин и его характеристики) Простейший из них – метан CH4 – является основным компонентом природного газа.
Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды. Обычная сырая нефть из скважины — это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. Химически нефти очень различны и изменяются от парафиновых, которые состоят большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновых или асфальтеновых, которые содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновые нефти по сравнению с нафтеновыми или асфальтеновыми обычно содержат больше бензина и меньше серы и являются главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырых нефтей, в общем, содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, и асфальта.
Методы добычи топлива
Процесс перекачивания нефти на российских нефтеперерабатывающих фабриках – трудоемкий и дорогой, при этом итоговая продукция не соответствует экологическим нормам Евросоюза. Вот почему топливо в России очень дорогое.
Для улучшения его свойств применяются разные методы, но все это сказывается на стоимости. «Черное золото» из Азербайджана и Персидского залива имеет в составе минимальное число тяжелых веществ, соответственно, и изготовление бензина из нее выходит дешевле.
В начале 20-го века топливо добывали методом ректификации – перегонки нефти. Другими словами, ее нагревали до конкретных температур, и нефть делилась на разные группы, одной из которых был бензин.
Такой метод получения был не самым дешевым и безопасным, так как все тяжелые компоненты из нефти попадали в воздух вместе с выхлопными газами автомобиля. В них было огромное число свинца и парафинов, из-за этого страдала окружающая среда и двигатели машин того времени.
Позже были найдены новые методы добычи топлива – крекинг и риформинг. Все эти химические процессы долго описывать, но примерно это выглядит так. Углеводороды – это самые длинные молекулы, главными компонентами которых считаются кислород и углерод.
Читать также:
Как изготавливается бензин Е85?
Во время разогревания нефти соединения этих молекул разрываются, и формируются более легкие углеводороды. Почти все группы нефти применяются, а не выбрасываются, как в начале прошлого века. Перекачивая нефть методом крекинга, мы получаем горючее, дизельное топливо, моторные масла. Из перекаченных отходов получается мазут, масла для моторов с высокой вязкостью.
Риформинг является более совершенным процессом перекачивания нефти, в результате которого можно получать бензин с более высокой октановой величиной, и устранение из конечного продукта всех тяжелых компонентов.
Чем чище топливо становится после всех этих процессов перекачивания, тем меньше токсичных веществ присутствует в выхлопных газах. Также при изготовлении топлива почти нет отходов, то есть, все составляющие нефти применяются по назначению.
Температура испарения бензина
Температура испарения – это тот тепловой порог, при котором начинается самопроизвольное перемешивание бензина с воздухом. Эта величина не может быть однозначно определена одной цифрой, так как зависит от большого количества факторов:
- базовый состав и пакет присадок – наиболее весомый фактор, который регулируется при производстве в зависимости от условий эксплуатации ДВС (климата, системы питания, степени сжатия в цилиндрах и т. д.);
- атмосферное давление – с повышением давления температура испарения незначительно снижается;
- способ исследования этой величины.
Для бензина температура испарения играет особую роль. Ведь именно на принципе испарения построена работа карбюраторных систем питания. Если бензин перестанет испаряться – он не сможет смешаться с воздухом и попасть в камеру сгорания. В современных авто с прямым впрыском эта характеристика стала менее актуальной. Однако после впрыска форсункой топлива в цилиндр именно испаряемость определяет, насколько быстро и равномерно туман из мелких капель перемешается с воздухом. А от этого зависит эффективность работы мотора (его мощность и удельный расход топлива).
В среднем температура испаряемости бензина находится в пределах от 40 до 50°C. В южных регионах эта величина часто бывает выше. Её не контролируют искусственно, так как в этом нет нужды. Для северных районов наоборот, её занижают. Обычно это делается не за счёт присадок, а за счёт формирования базового бензина из наиболее лёгких и летучих фракций.
