Бензины

Топливо

Лекция 17

Горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии. Наиболее широко используются природные виды топлива: угли, нефть, газы, горючие сланцы, торф, древесина, растительные отходы. В них углерода содержится до 90%.

Топливо по агрегатному состоянию бывают твердые, жидкие, газообразные, По происхождению это природное топливо (сланцы, газ, нефть, уголь), искусственной (кокс, моторные топлива для двигателей внутреннего сгорания, газ коксовый и генераторный). Свойства топлива определяются составом, отмечая наличие С, Н, О, N, S. Для содержания золы и влаги обозначают А и W. Основным свойством топлива является теплота сгорания Q (теплотворная способность) – количество тепла, которое можно получить из единицы массы или объема топлива.

Существенное значение для топлива является энергоемкость, т.е. количество потенциальной тепловой энергии, заключающейся в единице объема данного топлива. Наиболее энергоемкие жидкие топлива. Твердое топливо (уголь, сланцы, торф) включает

1) горючую органическую массу;

2) минеральную часть, состоящую из различных минералов – алюмосиликатов, сульфатов, карбонатов, кремнезема, пирита. При горении минеральная часть переходит в золу, но при этом состав ее изменяется;

3) негорючая часть – влага.

В органической части твердого топлива окислению подвергаются С, Н, S. От содержания этих элементов зависит основная характеристика топлива – его теплота сгорания. Влага и минеральная часть – балласт топлива. Сера переходит в сернистый газ и является отравляющим фактором для окружающей среды. Жидкое топливо (бензин, керосин, дизельное топливо, лигроин и др.). Углерода содержится 82-86%, водорода 8-13%. Чем выше отношение водорода к углероду и больше их суммарное содержание, тем выше теплотворная способность. При определении фракционного состава топлива проводят разгонку при стандартных условиях, в которой устанавливают: а) температуру начала кипения; б) температуры при которых отгоняется 10;5;90;97,5 объемных % от загрузки; в) % остатка; г) температура конца кипения. Фракционный состав моторных топлив имеет очень важное эксплуатационное значение, так как характеризует их испаряемость в двигателях и давление паров при различных температурах.

Процессы крекинга очень важны для получения бензина. Без них 70% моторного транспорта не сможет работать. Изобретателем крекинга является отечественный ученый В.Г.Шухов. Главным требованием, предъявляемым к бензинам, является высокая детонационная стойкость, поэтому непрерывно улучшается их качество.

Детонационная стойкость – это способность моторного топлива противостоять самовозгоранию при сжатии в двигателе. Слишком быстрое, неправильное сгорание, т.е. детонация топлива, вызвано неравномерным распределением пламени в топливновоздушной смеси и сопровождается стуком в моторе. Это приводит к уменьшению мощности мотора и его износу.

Одним из методов повышения детонационной стойкости топлив является каталитический риформинг, т.е. крекинг в более мягких условиях (500^оС, 2*10⁵ - 4*10⁵Па) в присутствии платины или других подходящих катализаторов. Протекающие при этом химические реакции заключаются в том, что из нафтенов (циклических углеводородов) и парафинов (предельные углеводороды) образуются ароматические углеводороды, а также углеводороды с разветвленной цепью, что повышает качество бензина, оцениваемое «октановым числом», т.е. долей (%) изооктана в его смеси с н-гептаном. Это объясняется тем, что стойкость к детонации н-гептана принята за нуль, а изооктана (2,2,4 - триметилпентана) – за 100 единиц, что позволило ввести такую шкалу оценки главного свойства бензинов – его стойкости к детонации.

Детонационная стойкость бензинов и других видов моторного топлива может быть повышена при добавлении к нему антидетонаторов, например тетраэтилсвинца (ТЭС) Pb(C₂H₅)₄ или более эффективного карбонильного соединения С₅Н₅Mn(СО)₃. Последнее не является токсичным и не загрязняет атмосферу.

Бензины – сложные смеси легких углеводородов, применяемые как топливо в двигателях с искровым зажиганием, а также в качестве растворителя в различных отраслях промышленности, для экстракции. Различают автомобильные, авиационные и бензины-растворители. По методам получения их делят на бензины прямой перегонки, термического и каталитического крекинга и бензины риформинга.

Автомобильные бензины – смесь продуктов прямой перегонки и крекинга нефти, выкипающую не выше 205^оС. Основные параметры автомобильного бензина: антидетонационная характеристика, выражаемая октановым числом; испаряемость, характеризуемая фракционным составом и давлением насыщенных паров. Кроме того регламентируются: кислотность, содержание смол, серы, механических примесей, воды. В зависимости от степени сжатия зависит октановое число 72-98. Самая низкая степень сжатия 6 для Аи-72, Аи-74, Аи-76. Для Аи-92 степень сжатия 8; для Аи-95 9 и Аи-98 10,5.

В состав бензинов входят а) парафиновые углеводороды (алканы): н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан; 2,2-диметилбутан; 2,3-диметилбутан; 2,2,3 –триметилбутан; 2,2,4-триметилбутан б) ароматические углеводороды: бензол, толуол, этилбензол, изопропилбезол

в) нафтеновые углеводороды: циклопентан, метилциклопентан, циклогексан, метилциклогексан г) олефины: пентен-1, циклогексен.

Характеристики автомобильного бензина

	Аи-72	Аи-92	Аи-95
Октановое число
ТЭС г/кг	-	1,17	1,93
Кислотность мгКОН на 100мл бензина
Смол мг/100мл
Серы%	0,15	0,10	0,10

Фракционный состав автомобильного бензина

Начало кипения	37-57^оС
10%	62-91^оС
50%	119-139^оС
90%	161-169^оС
Конец кипения	191-200^оС
Содержание ароматических углеводородов %	50-60^оС
Октановое число

Авиационные бензины – смесь бензиновых фракций и высокооктановых углеводородных компонентов с добавкой антидетонаторов и антиоксидантов для предохранения тетраэтилсвинца (ТЭС) от разложения кислородом воздуха. Октановые числа колеблются от 91 до 100. Марки авиационного бензина: Б-100/130; Б-95/130; Б-91/115; Б-70.

Для авиационных бензинов, предназначенных для двигателей с зажиганием от искры и работающих с поддувом, помимо октанового числа введен еще один показатель детонационной стойкости на богатой смеси, так называемая сортность. Сортность топлива на богатой смеси – это характеристика, показывающая величину мощности двигателя в % при работе на испытуемом топливе по сравнению, полученной на эталонном изооктане, сортность которого принята за 100. Если, например, при стандартных условиях испытания на богатой смеси и при работе двигателя с поддувом на испытуемом топливе двигатель развил мощность на 35% большую, чем при работе на чистом изооктане, то сортность равна 135. Сортность авиабензинов колеблется от 115 до 160.

Наиболее ценными антидетонатонационными свойствами являются изопарафиновые, ароматические и нафтеновые углеводороды. К авиабензинам относят бензины прямой перегонки отборных нефтей и бензины каталитического крекинга, а также риформинга. Риформинг – способ переработки бензиновых и лигроиновых фракций с целью получения высокооктановых сортов, увеличения ароматических углеводородов. Выход бензина 79-90%. Авиабензины должны обладать плавной кривой выкипания, низкую температуру застывания (не выше -60^оС).

В реактивной авиации в качестве топлива применяют дистилляты примой перегонки нефти – это широкая бензино-лигроиновая фракция (топливо Т-2, авиационный керосин Т-1, для самолетов со сверхзвуковой скоростью полета Т-5, утяжеленного фракционного состава с пределами кипения 195-315^оС.

Дата добавления: 2014-01-07