фракционный состав бензина какой лучше

Фракционный состав автомобильного бензина

Бензин состоит из различных углеводородов, обладающих сложной и не одинаковой испаряемостью. Испаряемость зависит от химического состава топлива, а определяется по пределам температуры выкипания как его самого, так и отдельных его фракций. Качество бензина напрямую зависит от того, как соотносятся в нем фракции. Именно они влияют на легкость запуска двигателя и на приемистость, на время прогрева и прочие характеристики.

Различают пусковую, рабочую и концевую фракции. Первая это самые низкокипящие углеводороды, они занимают десятую часть дистиллята. Еще до 90 процентов объема составляет рабочая фракция, а оставшиеся 10 — фракция концевая, до конца кипения.

Соотношение фракций должно быть таковым, чтобы бензин мог обеспечивать хороший запуск двигателя, скорый его разгон, малый расход и распределение топлива по цилиндрам с минимальным износом их и поршней. При этом соотношение фракций должно быть идеальным. В противном случае жидким топливом будет омываться смазка, а моторное масло разжижится в картере. При недостатке низкокипящих фракций часть неиспарившегося топлива в не разогретом двигателе попадет в цилиндры жидким видом. Отсутствие смазки приведет к преждевременному износу деталей.

Чтобы этого всего не допустить, существует система контроля за содержанием низкокипящих углеводородов. В настоящее время она строится на трех показателях:

Прогрев двигателя стартует с пуском и продолжается до устойчивости в работе. В конце на холостом ходу происходит практически испарение топлива полностью во впускном трубопроводе. При минимальной температуре перегонки 50% и более легком составе двигатель греется быстрее. Топливо же низкой температуры скорее испаряется во впускном трубопроводе, горючая смесь лучше наполняет цилиндры и возрастает мощность двигателя.

Приёмистость улучшается тогда, когда цилиндры при дросселировании наполняются богатой смесью. Обедненная же смесь, когда системе питания частично не испаряется, приводит к остановке двигателя.

Температурой перегонки 50% летнего топлива обозначен верхний предел в 115°С, зимнего топлива – до 100°С. Это позволяет получить скорый прогрев и хорошую приёмистость двигателя.

Использование топлива высокой температуры на конце кипения повышает износ двигателя, увеличивает отложения на деталях солей, повышает топливный расход. Поэтому для летнего бензина температурой перегонки 90% топлива должна быть температура не выше 180°С, а для зимнего не более 160°С. Конец кипения летнего не должен превышать 195°С, а зимнего 185°С.

Источник

Производство бензина и его характеристики (часть 1).

В последнее время всё чаще стали встречаться персонажи твердо уверенные во вселенском заговоре и в частности в том, что бензина в России нет, а всё то, что есть это отходы хим. производств. Некие тёмные элементы поганят девственно чистый прямогонный бензин присадками и прочая ересь. Ну и как не затронуть всеми любимое октановое число, которое окутано не одной легендой и каждый мнит себя знатоком. В итоге по просьбе драйвовчан решил написать небольшую статейку про получение бензина и о некоторых его характеристиках. Сразу оговорюсь, что засунуть в интернет статью всё то чему 5 лет учат в институте не реально, так что не обессудьте, как смог. Букв будет много, не реально много (в один пост не поместилось), так что наливаем чашечку кофе. Те кто не готов вспомнить азы химии и заходит только поболтать и посмотреть картинки – не напрягаемся и проходим мимо. Итак заканчиваем с прелюдией и поехали.

То что нефть это смесь углеводородов я думаю все знают. Современные нефтеперерабатывающие заводы имеют установки первичной переработки нефти. Их задача – разделить нефть на отдельные фракции. Перегонка нефти (дистилляция, ректификация) – процесс разделения нефти на отдельные фракции в зависимости от температуры их кипения. Фракции, выкипающие до 330–350°С, выделяются на установках под атмосферным давлением. Отгонять из нефти фракции, выкипающие при более высокой температуре, при атмосферном давлении нельзя, так как в этих условиях разложение углеводородов начинается раньше, чем их выкипание. Для более глубокого фракционирования, т.е. выделения масляных фракций, давление в установках понижают до 4–6 кПа. При этом понижается температура кипения углеводородов, что позволяет продолжить перегонку и получить уже не только топливные, но и масляные фракции.
При атмосферном давлении и повышении температуры из нефти испаряются последовательно различные индивидуальные углеводороды. Фракцией называется группа углеводородов, выкипающая в определенном интервале температур. Бензиновая фракция 35 – 215°С (С5–С10); Дизельная 180 – 260°С (С9–С14); газойль 280 – 360°С (С15–С20). Кроме того, керосиновая 200 – 300°С (С12–С18) и топливо для реактивных двигателей 120–315 °С (С8-С16);
После отгона фракций, выкипающих до 350°С, остается вязкая темная жидкость, называемая мазутом. Разделить мазут на фракции можно только при пониженном давлении. Этот процесс позволил получить из мазута соляровые фракции (С12–С20), дистиллятные смазочные масла, в том числе и базовые масла для двигателей внутреннего сгорания, вазелин (С20–С50) и смесь твердых углеводородов – парафин (С19–С35). После отгонки из мазута масляных фракции остается гудрон. Гудрон уже при 30—40°С застывает, образуя твердую массу. Его используют как сырье для приготовления битума или остаточных масел очень высокой вязкости.

К основным процессам вторичной переработки относятся:
Каталитический крекинг на алюмосиликатных катализаторах – наиболее распространенный в нефтеперерабатывающей промышленности каталитический процесс, занимающий среди процессов переработки нефти по объему перерабатываемого сырья второе место после первичной перегонки. Основная цель процесса — получение высокооктанового бензина из сырья, выкипающего в пределах 200–500°С (чаще 300–500 °С). От термического он отличается применением катализаторов, в присутствии которых процессы деструкции идут в направлении образования изомерных, наиболее ценных для бензинов углеводородов. Процесс протекает при давлении 0,06–0,14 МПа и температуре 450–500°С. В качестве катализатора используют природные алюмосиликаты или синтетические цеолитсодержащие катализаторы.
Характерные особенности каталитического крекинга: избирательная активность к различным типам углеводородов, высокая скорость протекания реакций (значительно большая, чем при термическом крекинге), активное протекание процессов изомеризации. В результате каталитического крекинга получаются продукты, в которых содержание изоалканов и ароматических углеводородов достигает 55 %, цикланов 20–25 %; алкены и алкадиены, характерные для продуктов термического крекинга и являющиеся основной причиной их низкого качества, составляют всего 5–9 %. Общий выход бензиновых фракций достигает 50 % и более. Целевым продуктом каталитического крекинга является бензин высокой детонационной стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу). Недостатки процесса: 1) постоянное загрязнение катализатора смолистыми отложениями, требующее постоянной регенерации катализатора; 2) образование алкенов, понижающих химическую стабильность продуктов.

Гидрокрекинг – каталитический процесс деструктивной переработки нефтяного сырья под давлением водорода и при высокой температуре. Он заключается в расщеплении компонентов сырья с одновременным гидрированием образовавшихся «осколков».
Гидрокрекинг представляет собой разновидность каталитического крекинга в присутствии водорода. Гидрокрекинг, кроме увеличения выхода целевого продукта, используется для гидроочистки продуктов, в первую очередь, от серы и азота. Таким образом, гидрокрекинг сочетает в себе каталитический крекинг, гидрирование и гидроочистку.
Сырьем гидрокрекинга обычно служат тяжелые нефтяные фракции (350–500°С) и остаточные фракции – мазут, гудрон. В качестве катализаторов для гидрирования используют платину, никель, кобальт, а также сульфиды вольфрама и молибдена. В качестве катализатора для крекинга и изомеризации применяют синтетические алюмосиликаты.
Загрязнения катализатора не происходит, т. к. вследствие присутствия избыточного количества водорода полимеризация с образованием смол не происходит.
Гидрокрекинг осуществляют при температуре 300–425°С и давлении 7–20 МПа. Массу исходного сырья вместе с катализатором пропускают через реактор, в который под давлением подается водород. В результате первой стадии процесса при температуре 420°С, катализатор Al–Co–Mo, получается обычно широкая фракция с концом кипения 300—350 °С. Этот продукт подвергается дальнейшей обработке, при которой температуру снижают до 320—425 °С, давление водорода поддерживают на уровне 15 МПа, катализатор Ni или Pt.
Изменяя режим гидрокрекинга (давление, температуру и объемную скорость подачи реагентов), можно получать необходимые фракционный и групповой химические составы целевого продукта (бензина, реактивного или дизельного топлива). Остаточные продукты переработки можно вводить в процесс повторно.
Например, при гидрокрекинге гайзоля (350–500°С) получают 51% бензина с октановым числом 82, 10% – газовая фракция С3–С4, 25% – дизельная фракция, 8% – газойль.
Преимущества по сравнению с другими процессами переработки:
1) гибкость процесса, т. е получение из одного сырья разных целевых продуктов;
2) большой выход светлых продуктов;
3) высокое качество продуктов.

Риформинг в нефтеперерабатывающей промышленности используется для повышения октанового числа бензиновых фракций и для получения аренов (ароматических углеводородов). Если в качестве катализатора используют платину, то риформинг называют платформингом.
Сырьем для риформинга являются бензиновые фракции (85–180°С) первичной перегонки нефти. Каталитический риформинг осуществляют при температуре 470–530 °С и давлении 2–4 МПа в среде водородсодержащего газа. При реформинге алканы подвергаются изомеризации, дегидроциклизации
и гидрокрекингу. Бензин каталитического реформинга содержит 50–60% ароматических углеводородов, 30%–алканов, 10–15% циклоалканов. Экспериментально было доказано, что максимально допустимое содержание ароматических углеводородов в бензине не должно превышать 40-45% иначе это приводит к повышенному нагарообразованию. В связи с этим бензин каталитического реформинга не может использоваться в качестве топлива в чистом виде.
Бензин каталитического реформинга используется для выделения индивидуальных аренов, используемых в органическом синтезе.

Алкилирование – процесс получения высококачественного высокооктанового компонента автомобильного и авиационного бензинов – алкилата (алкилбензина), состоящего практически целиком из изоалканов С6 –С9, причем из них 69% приходится на изооктан (2,2,4–триметилпентан). Алкилбензин имеет октановое число 90–98 ед. Сырьем является бутан-бутиленовая смесь, выделяемая из газов каталитического и термического крекинга. Алкилирование изобутана алкенами (преимущественно бутиленами) проводится при давлении 0,3–1,2 МПа с использованием в качестве катализатора Н2SО4 или НF.

Получение топлив для двигателей внутреннего сгорания – сложный процесс, включающий получение первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок называется компаундирование.
Автомобильные бензины одной марки, изготовленные на разных предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации.
Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в таблице:

Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга или каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким
содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям.
Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90–93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30–40 %, олефиновых – 10–25 %. Они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800–900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов используется смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.

Небольшое архивное видео с приветом из молодости :))

Источник

Фракционный состав бензина

Бензин – это смесь углеводородов, которые обладают различной испаряемостью.

Испаряемость бензина обуславливается его химическим составом и характеризуется скоростью и полнотой перехода бензина из жидкого в газообразное состояние. Температура кипения бензина, как и всех сложных смесей различных углеводородов, не всегда постоянна – её диапазон составляет от 30 до 205 °С. Испаряемость бензина оценивают на основе температурных пределов его выкипания и выкипания его отдельных частей, называемых фракциями.

Фракционный состав бензина – это главный показатель его испаряемости, важнейшая характеристика качества топлива. Состав фракций влияет на то, насколько простым будет пуск мотора, на время, за которое он прогреется, приёмистость и другие показатели.

К основным фракциям автомобильного бензина относят пусковую, рабочую и концевую. Пусковая фракция состоит из низкокипящих углеводородов – это первые 10% всего дистиллята, рабочая фракция включает дистилляты от 10 до 90% объёма, а концевая – от 90%. ГОСТ устанавливает, что фракционный состав бензина нормируется пятью температурными характеристиками: началом перегонки, перегонкой 10%, 50%, 90% объёма и концом кипения.

Состав фракций бензина важен для качественного пуска двигателя и быстрого разгона машины, небольшого расхода топлива, равномерного качественного и количественного распределения топливной смеси по цилиндрам двигателя, а также минимального износа поршней и цилиндров.

Смежные материалы

Характеристики бензина

Как выбрать качественный бензин

Требования к бензину

Бензин – это вид топлива, получаемого при переработке нефти, которое обладает низкими детонационными свойствами. Бензин используется в двигателях внутреннего сгорания при принудительном воспламенении от искры. Существует два вида бензина – автомобильный и авиационный, которые по своим свойствам очень похожи.

Источник

Производство бензина и его характеристики (часть 3).

Для тех же кто еще не устал продолжим. За качество бензина отвечает много параметров, среди немаловажных — концентрация смол.

Основной показатель качества, характеризующий склонность бензина к образованию отложений в двигателях, – содержание в нем смолистых веществ. Интенсивность смоло- и нагарообразования зависит от качества используемого топлива и моторного масла. Кроме фактических смол, в бензине содержатся смолообразующие вещества. Это различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды, которые с течением времени, от повышенных температур, под действием кислорода воздуха и от других факторов окисляются, полимеризуются, конденсируются и переходят в смолы. Их количество зависит от химического состава сырья, способов его переработки и качества очистки. Недостаточной стабильностью обладают бензины, в состав которых входит большое количество продуктов крекинга с высоким содержанием непредельных углеводородов. Чем хуже условия транспортирования и хранения бензина, тем больше образуется смол. При увеличении содержания смол и смолообразующих веществ ухудшается полнота сгорания бензина, снижается его детонационная стойкость. Накапливающиеся вместе со смолами кислоты повышают коррозийность топлива.
Химическую стабильность бензина оценивают индукционным периодом, который характеризует способность бензина сохранять неизменным свой состав при правильных условиях транспортирования, хранения и применения.

Для автомобильных бензинов норма составляет не менее 360 минут для первой категории качества, для высшей категории 1200 минут. Для авиационных бензинов не менее 8 часов. Определяют этот показатель (ГОСТ 4039– 87) в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100°С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается.

Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода. После того как время окисления превысит индукционный период, начинается значительное накопление смол и других продуктов окисления, эксплуатационные свойства бензина недопустимо ухудшаются. Основное влияние на накопление смол оказывают условия хранения. В автомобильном бензине с начальным содержанием смол 7,5 мг/100 мл после месяца хранения при температуре 15°С образовывается 14 мг смол на 100 мл, а при 40°С – 558 мг/100 мл. Десять месяцев хранения того же бензина при температуре 15°С в темноте даёт 54 мг смол на 100 мл, а на свету – 76 мг/100мл. Кроме того, существенное значение имеет степень заполнения емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося 6 месяцев в полной (заполнение более 90 %) бочке, содержание фактических смол возрастает в 4 раза, а при заполнении 50 % – в 12 раз. Наличие в емкостях старых продуктов окисления, воды, механических примесей, окалины интенсифицирует процессы окисления и накопления смол.
Для предотвращения или замедления реакций окисления в условиях хранения и транспортировки применяют антиокислительные присадки.

Испаряемость, давление насыщенных паров и фракционный состав.
Давление насыщенных паров и фракционный состав определяют пусковые свойства бензинов, их склонность к образованию паровых пробок, физическую стабильность. Давление насыщенных паров зависит от температуры, от соотношения паровой и жидкой фаз и от состава смеси. Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров бензинов определяются конструкцией двигателя автомобиля и климатическими условиями его эксплуатации. С одной стороны необходимо обеспечить запуск двигателя при низких температурах, с другой стороны предотвратить образование паровых пробок при высоких температурах. Чем ниже температура окружающей среды, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Так при давлении насыщенных паров ниже 34 кПа концентрация паров бензина в рабочей зоне настолько мала, что запуск двигателя становиться невозможным.
От фракционного состава зависят такие показатели как скорость прогрева двигателя, его приемистость, износ цилиндро-поршневой группы. Наиболее существенное влияние на скорость прогрева двигателя, его приемистость оказывает температура перегонки 50 % бензина. Чем ниже температура воздуха, тем ниже должна быть температура перегонки 50 % бензина. С учетом климатических особенностей нашей страны автомобильные бензины по фракционному составу и давлению насыщенных паров подразделяют на два вида: зимний и летний. По показателям испаряемости ГОСТ Р 51866—2002 предусматривает шесть классов бензинов. Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров определены в зависимости от сезона и климатического района применения. В ГОСТе вы можете найти свой регион и выяснить с каким давлением насыщенных паров должен продаваться бензин на ваших АЗС. Это один из основных ГОСТов, совсем дотошным советую почитать и его 🙂

Есть и другие характеристики, но в повседневной жизни они не очень нужны.

В первом приближении думаю всё, теории хватит, дальше будет практика. Всех кто дочитал благодарю за терпение.
Продолжение следует…

Источник

Фракционный состав бензина какой лучше

Автомобильные бензины, свойства и показатели, влияющие на смесеобразование и подачу

Требования к качеству бензинов

Автомобильным бензином называют нефтяную фракцию, представляющую смесь углеводородов, которая выкипает при температурах от 40 до 200 °С.

К бензинам предъявляются следующие требования:

— обеспечение нормального и полного сгорания полученной смеси в двигателях (без возникновения детонации);

— образование горючей смеси необходимого состава;

— обеспечение бесперебойной подачи в систему питания;

— отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя;

— незначительное образование отложений в двигателе;

— сохранение качеств при хранении и транспортировке.

Каждое из перечисленных требований выражается одним или несколькими показателями, которые устанавливаются соответствующими ГОСТами.

Основными показателями качества бензинов являются детона­ционная стойкость, фракционный состав, давление насыщенных паров и химическая стабильность.

Рассмотрим систему питания карбюраторного двигателя, обес­печивающую образование топливовоздушной смеси определенно­го состава, схема которой представлена на рис 1.
Рис. 1 Схема питания карбюраторного двигателя:

1 — топливный бак; 2 — фильтр-отстойник; 3 — диафрагменный насос; 4 —по­плавковая камера карбюратора; 5 — жиклер; 6 — воздухоочиститель; 7 — смеси­тельная камера карбюратора; 8 — впускной трубопровод; 9 — впускной клапан; 10 — свеча зажигания; 11 — камера сгорания; 12 — выпускной клапан; 13 — рабочий цилиндр; 14 — выпускной трубопровод; 15 — выхлопная труба с глушителем и искрогасителем

Топливо заливают в бак 7 через горловину с сетчатым фильтром. Диафрагменный насос 3 подает топливо в фильтр-отстойник 2, где оно очищается от механических примесей и воды, а затем в по­плавковую камеру карбюратора 4.

Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси определенного состава, соответствующего режиму работы двига­теля. В такте всасывания топлива в смесительной камере 7 карбю­ратора создается разрежение и туда поступает воздух, предвари­тельно прошедший очистку в воздухоочистителе 6. Поток посту­пившего воздуха и захваченное им из жиклера 5 топливо переме­шиваются во впускном трубопроводе 8, образуя горючую смесь, которая через открывшийся в определенный момент впускной клапан 9 поступает в камеру сгорания 11. Здесь горючая смесь сме­шивается с небольшими остатками продуктов сгорания, в резуль­тате чего образуется рабочая смесь.

В такте сжатия давление и температура рабочей смеси в камере сгорания возрастают, и после воспламенения ее искрой свечи за­жигания 10 начинается такт рабочего хода поршня цилиндра, т. е. происходит преобразование тепловой энергии в механическую.

В последнем такте работы двигателя отработавшие газы из ка­меры сгорания выбрасываются в атмосферу через открывшийся выпускной клапан 12, выпускной трубопровод 14 и выхлопную трубу с глушителем и искрогасителем 15.

В карбюраторных двигателях процесс дозировки топлива, произ­водимый калиброванными отверстиями жиклеров, и его уровень в поплавковой камере зависят от плотности и вязкости бензина.

Свойства и показатели бензинов, влияющие на смесеобразование

Показателями бензинов, влияющими на смесеобразование, являются плотность, вязкость, поверхностное натяжение и испаряемость.

Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность бензинов (от 690 до 810 кг/м 3 при температуре 20 °С) наряду с поверхностным натяжением оказывает влияние на качество распыления топлива в карбюраторе, во впускном трубопроводе и цилиндрах двигателя вплоть до перехода его в парообразное состояние. Чем меньше плотность бензина, тем более мелкую структуру будет иметь распыленное топливо, что обеспечит лучшее перемешивание его с воздухом. Это, в свою очередь, улучшит полноту сгорания, т. е. повысит экономичность двигателя. Плотность бензина мало зависит от температуры; с понижением температуры на каждые 10 °С ее величина возрастает примерно на 1 %. Если значение плотности определено без учета температуры, то ее можно привести к значению плотности при температуре 20 ° С по формуле

где ρ_t, — плотность бензина при температуре t;

γ — температурная поправка;

t — температура при измерении.

Плотность различных марок бензина примерно одинакова и определяется с помощью ареометра (рис. 2 ). Методы определения плотности нефтепродкутов определяет ГОСТ 3900—85. Ареометр погружают в стеклянный сосуд, заполненный бензином. По глубине погружения (верхняя шкала) определяют значение плотности, а по нижней шкале устанавливают температуру, при которой определялась плотность.

Рис. 2 Измерение плотности бензина

С понижением температуры вязкость нефтяных топлив и их плотность повышаются. При понижении температуры уменьшится объемный расход бензина через жиклеры карбюратора, но при этом увеличится его массовый расход. Таким образом, влияние изменения вязкости и плотности бензина на работу жиклера противоположно, но в итоге при понижении температуры расход топлива через жиклеры уменьшится, что приведет к обеднению смеси.

В ГОСТах на нефтепродукты указывается кинематическая вязкость, которая равна отношению динамической вязкости вещества к его плотности ρ

Кинематическая вязкость измеряется в мм 2 /с. При температуре 20 °С вязкость бензина составляет от 0,5—0,7 мм 2 /с. С понижением температуры вязкость бензина повышается.

Поверхностное натяжение равно работе образования единицы площади (1м 2 ) поверхности жидкости при постоянной температуре и измеряется в Н/м. Для всех бензинов поверхностное натяжение одинаково и при температуре 20 °С равно 20—24 Н/м.

Испаряемость — это способность вещества к переходу из жидкого состояния в газообразное. От испаряемости зависит надежность поступления бензина из топливного бака в карбюратор и скорость образования топливно-воздушной смеси. Поэтому бензины должны обладать определенной испаряемостью, обеспечивающей легкий пуск двигателя, быстрый его прогрев, полное сгорание после прогрева, невозможность образования паровых пробок в топливной системе. Испаряемость бензина оценивается фракционным составом.

Фракционный состав бензинов — это содержание в них тех или иных фракций, выраженное в объемных или массовых соотношениях.

Фракционный состав топлив определяют на специальном приборе. Отмечают температуру начала перегонки t_НП, конца перегонки t_КП, температуры t₁₀, t₅₀, t₉₀, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бензина соответственно. На рис. 3 представлен график перегонки бензина, отражающий его фракционный состав, т. е. количество (q) перегоняемого топлива (в процентах) в зависимости от температуры перегонки (t).

В бензинах различают три основные фракции: пусковую, рабочую, концевую. Пусковая фракция представляет собой первые 10 % перегонки бензина. Чем ниже температура выкипания первых 10 % топлива, тем легче будет осуществлен пуск холодного двигателя. Однако при содержании особо низких фракций возникает опасность преждевременного испарения бензина и образование паровых пробок. По температуре t₁₀ можно определить минимальную температуру окружающей среды, при которой возможен пуск двигателя:

Температура выкипания 50 % бензина характеризует однородность состава смеси по отдельным цилиндрам, продолжительность и приемистость прогрева двигателя.

При снижении t₅₀ сокращается время прогрева, увеличивается приемистость автомобиля и срок службы двигателя. Повышение t₅₀ приводит к снижению ресурса двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды.

Показатели t₉₀ и t_КП определяют содержание в бензинах тяжелых трудноиспаряемых фракций. Чем выше t₉₀ и t_КП, тем вероятнее неполное испарение бензина и неполное его сгорание в цилиндрах, а это увеличивает расход бензина. Кроме того, несгоревшие частицы оседают на стенках цилиндра и смывают с них масло.

Давление насыщенных паров бензина характеризует испаряемость пусковой и рабочей фракций бензина, определяет его пусковые свойства и нормируется ГОСТом: для летних бензинов — до 67,0 кПа, зимних — 66,7—93,3 кПа.

Рис. 3. График перегонки бензина

Фракционный состав оказывает большое влияние и на полноту сгорания бензина: с увеличением в нем высококипящих фракций полнота сгорания заметно снижается.

При пуске холодного двигателя испаряемость бензина ухудша­ется из-за низкой температуры и плохого распыливания его при малых скоростях воздуха в диффузоре, поэтому в цилиндры при температуре 0°С попадает в испарившемся виде лишь около 10 % бензина; при более высокой температуре его количество несколь­ко возрастает, а при минусовой температуре — резко падает.

При высокой температуре перегонки 10 % бензина затрудняет­ся пуск холодного двигателя вследствие того, что рабочая смесь в этом случае будет слишком обедненной, так как основное количе­ство бензина попадает в цилиндры в жидком виде. Кроме того, бензин в жидком виде разжижает масло, смывает его со стенок цилиндров и вызывает повышенный износ деталей двигателя.

Однако если бензин имеет слишком низкие температуры нача­ла перегонки и перегонки 10 %, то при горячем двигателе в жар­кое время года в системе питания могут испаряться наиболее низко­кипящие углеводороды, образуя пары, объем которых в 150. 200 раз больше объема бензина. При этом горючая смесь обедняется, что вызывает перебои в работе или остановку двигателя, а также зат­рудняет пуск прогретого двигателя. Это явление внешне проявля­ется так же, как и засорение топливной системы, поэтому оно и получило название «паровая пробка».

Для характеристики фракционного состава в стандарте указы­ваются температуры, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бен­зина, а также температуры начала и конца его перегонки. Кроме того, ограничивается количество бензина, которое не перегоняет­ся (остаток в колбе), и количество бензина, которое улетучивает­ся в процессе перегонки.

По температуре перегонки 10 % бензина (t_10%) судят о наличии в нем головных (пусковых) фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя. Чем ниже эта температура, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель, так как большое ко­личество бензина будет попадать в цилиндры в паровой фазе.

После пуска двигателя интенсивность его прогрева, устойчи­вость работы на малой частоте вращения коленчатого вала и при­емистость (интенсивность разгона автомобиля при полностью от­крытом дросселе) зависят главным образом от температуры пере­гонки 50 % бензина (t_50%). Чем ниже эта температура, тем легче ис­паряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в непрогретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость.

По температуре перегонки 90% (t_90%) и температуре конца пере­гонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаря­емых фракций, интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси и мощности, развиваемой двигателем. Для обеспечения испарения всего бензина, поступающего в цилиндры двигателя, эти темпе­ратуры должны быть как можно более низкими.

Применение бензина с высокой температурой конца перегон­ки приводит к повышенным износам цилиндров и поршневой груп­пы вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разжи­жения в картере, а также неравномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам.

По потерям при перегонке бензина судят о склонности его к ис­парению при транспортировании и хранении. Повышенные поте­ри при перегонке свидетельствуют о большом количестве в бензи­не особо легких фракций, интенсивно испаряющихся в жаркое время года.

По давлению насыщенных паров можно судить о наличии легко испаряющихся фракций в бензине, способных образовывать паровые пробки, о его пусковых свойствах, а также о возможных потерях при хранении и огнеопасности. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше опасность образования паровых пробок при работе двигателя, но тем лучше пусковые свойства бензина.

Давление паров испаряющегося бензина на стенки емкости, называемое также упругостью паров, зависит от его химического и фракционного состава и температуры. Оно тем выше, чем больше содержится в топливе легкокипящих углеводородов, и уменьшается с понижением температуры.

При разгонке бензинов на стандартном аппарате невозможно оценить особо легкие фракции, наиболее опасные с точки зрения образования паровых пробок в топливопроводах. Поэтому давление насыщенных паров определяют в герметически закрытых приборах при температуре 38 °С.

Зная давление насыщенных паров можно правильно рассчитать объем, который может занимать сжиженный нефтяной газ при определенных максимальных температурах внешней среды, а также правильно обеспечить подачу жидкой и газовой фаз в систему питания двигателя.

Давление насыщенных паров летних бензинов 66,7 кПа, а зимних — 66,7. 93,3 кПа.

Свойства и показатели бензинов, влияющие на подачу топлива

К показателям бензинов, влияющим на подачу топлива кроме давления насыщенных паров относятся показатели содержания воды и механических примесей.

Механическими примесями являются твердые вещества, образующие осадок или находящиеся во взвешенном состоянии. Это может быть пыль, технологическая грязь, продукты коррозии, разрушения шлангов, прокладок, фильтров, окисления и разложения углеводородов, которые могут привести к засорению жиклеров в карбюраторе, распылителей форсунок и т. д., а также стать причиной повышенного износа деталей двигателя. Поэтому бензины и дизельные топлива не должны содержать механические примеси.

Наличие механических примесей определяется визуально путем осмотра пробы на свету в стеклянной емкости. В топливе не должно быть частиц, видимых невооруженным глазом.

Наличие воды в топливе вызывает коррозию деталей и осмоление непредельных углеводородов, содержащихся в бензине. Промышленное топливо практически не содержит воды. Однако зимой вода замерзает в топливных коммуникациях и может попасть в топливо при транспортировке, хранении и заправке. Поэтому топливо до заправки должно отстаиваться в складской таре, а при заправке фильтроваться. Наличие в топливе воды определяется также визуально.

Свойства и показатели бензинов, влияющие на процесс сгорания

Различают нормальное, детонационное и калильное сгорание рабочей смеси.

Сгорание смеси считается нормальным, если воспламенение топлива происходит от свечи зажигания, при этом оно полностью сгорает со средней скоростью распространения фронта пламени 15—25 м/с. Такое сгорание обеспечивает полное тепловыделение и плавное увеличение давления в цилиндрах.

Детонационным сгоранием называется такое сгорание рабочей смеси, при котором кроме воспламенения топлива от искры при определенных условиях происходит самовоспламенение отдельной его части. При этом фронт пламени распространяется со скоростью 1500—2500 м/с. Детонационное сгорание сопровождается звонкими металлическими стуками в зоне камеры сгорания, неполнотой сгорания (черный дым в отработавших газах), перегревом и снижением мощности двигателя.

Переход от нормального сгорания к детонационному обусловлен химическим составом топлива. Существует несколько теорий, объясняющих сущность детонационного сгорания, из них наиболее признанной является теория, по которой считается, что первыми продуктами взаимодействия углеводородов с кислородом являются перекиси и гидроперекиси. Они обладают большой избыточной энергией и при определенных условиях могут накапливаться с выделением большого количества тепла и активных частиц. При этом отмечено, что нормальные углеводороды легко образуют перекисные соединения, а разветвленные устойчивы к их образованию.

Так как каждая молекула гидроперекиси дает начало нескольким цепям, то скорость окисления резко возрастает. Таким образом, в конце такта сжатия при воспламенении смеси от свечи зажигания около нее формируется очаг пламени (рис. 5 ).

Образовавшийся фронт пламенного горения устремляется от свечи зажигания в противоположную часть камеры сгорания. Позади фронта пламени находятся продукты сгорания температурой 2000—2500 °С, а впереди — несгоревшая еще рабочая смесь. По мере нарастания давления в зоне сгоревших газов (0,35—0,5 МПа) сгоревшая часть смеси как бы поджимает несгоревшую, отчего температура последней повышается до 380—450 °С. Поэтому в несгоревшей части смеси ускоряются процессы окисления и повышается концентрация перекисей.

Если концентрация перекисей в несгоревшей части рабочей смеси окажется ниже критической, то фронт пламени горения без существенного изменения скорости достигнет противоположных стенок камеры сгорания, и процесс сгорания смеси пройдет нормально. Если же концентрация перекисей и активных продуктов их распада в несгоревшей части рабочей смеси достигнет критической величины, то начнутся цепные реакции окисления с образованием множества очагов горения.

Так как рабочая смесь уже подготовлена к горению (много перекисей), то она сгорает с большой скоростью и резким повышением давления, в результате чего формируется ударная волна, двигающаяся по камере сгорания со сверхзвуковой скоростью. Мгновенно воспламеняются соседние слои рабочей смеси, а сама ударная волна оказывается совмещенной с фронтом пламени, при этом образуется детонационная волна. Избавиться от этого вредного явления можно подбором для каждой марки двигателя бензина с соответствующей детонационной стойкостью. С другой стороны, известно, что самый простой способ форсирования мощности двигателя путем увеличения степени сжатия ограничен именно детонационной стойкостью бензинов.

Удар детонационной волны о стенки камеры сгорания вызывает отраженные волны, вибрацию стенок и порождает звонкие металлические стуки, характерные для детонации. Слои рабочей смеси, прилегающие к стенкам цилиндра, подвергаются сильному сжатию детонационной волной, в результате чего увеличивается их теплопроводность и усиливается отдача тепла стенкам, двигатель перегревается и его работа становится жесткой.

Калильное сгорание — это воспламенение рабочей смеси от перегретых деталей и нагара в камере сгорания, когда при выключении зажигания сгорание смеси не прекращается, а она воспламеняется на такте очередного сжатия. При этом процесс сгорания и расширения смеси может наступить до завершения такта сжатия с последствиями, аналогичными для детонационного сгорания.

Детонационная стойкость оценивается октановым числом.

1 — нормальное сгорание;

2 — детонационное сгорание; ВМТ — верхняя мертвая точка

На рис. 6 представлена развернутая индикаторная диаграмма, т. е. зависимость изменения давления Р в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала φ_ПВ, при нормальном и детонационном сгорании смеси.

Октановое число — условный показатель антидетонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана С₈Н₁₈, октановое число которого принято за 100, в его смеси с н-гептаном С₇Н₁₆, октановое число которого равно 0, эквивалентной по детонационной стойкости испытываемому бензину. Смеси изооктана и н-гептана различных соотношений будут иметь детонационную стойкость от 0 до 100. Например, октановое число бензина равно 80. Это значит, что данный бензин по детонационной стойкости эквивалентен смеси изооктана и н-гептана, в которой изооктана 80 %.

Существуют два метода определения октанового числа: моторный и исследовательский.

Так как определение детонационной стойкости по моторному методу проходит в более жестких условиях, то результат будет несколько ниже, чем он был бы получен при определении по исследовательскому методу (табл. 1). В обоих случаях после прогрева двигателя постепенно увеличивается степень сжатия до появления детонации определенной стандартной интенсивности, определяемой по шкале указателя детонации.

В последние годы стали использовать так называемое дорожное октановое число (ДОЧ), которое определяют методом дорожных детонационных испытаний и которое наиболее точно характери­зует эксплуатационные свойства высокооктановых бензинов.

ДОЧ бензинов, в ряде случаев существенно отличающееся от октанового числа по моторному и исследовательскому методу, определяют с помощью специально подготовлен­ного автомобиля. Организация таких испытаний сложна, так как при этом жестко регламентируются дорожные и метеорологиче­ские условия, поэтому они в основном проводятся летом и обыч­но только при отработке конструкций автомобильных двигателей новых моделей.

1 — пульт управления; 2 — аппаратура для измерения детонации; 3 — бак для подогрева всасываемого воздуха; 4 — конденсатор охлаждения; 5 — карбюратор; 6 — ресивер с водяным охлаждением; 7 — одноцилиндровый двигатель

Таблица 1. Октановые числа бензинов различных марок

Установлена примерная зависимость между требуемым октановым числом бензина, степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя:

где ОЧ — октановое число;

D — диаметр цилиндра.

Для увеличения степени сжатия на единицу необходимо повысить октановое число на 4—8 единиц.

Октановое число зависит не только от степени сжатия. Заметное влияние оказывают температура окружающей среды, атмосферное давление и влажность. Так, октановое число может быть снижено на единицу при уменьшении температуры воздуха на 10 градусов или атмосферного давления на 10 мм рт. ст. Например, если при температуре окружающей среды —20 °С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. двигателю был необходим бензин с октановым числом 90, то при температуре окружающей среды —10 °С и атмосферном давлении 700 мм рт. ст. достаточно использовать бензин с октановым числом 80.

Способы повышения детонационной стойкости бензинов

Методом прямой перегонки нефти можно получить бензин с октановым числом до 91 (А-76, АИ-80, АИ-91). Однако такое производство бензина нерентабельно: во-первых, из каждой тонны нефти его получится чуть ли не вдвое меньше, во-вторых, не из всякой нефти можно получить бензин АИ-91. Поэтому обычно бензин с необходимым октановым числом получают двумя способами.

Первый способ: бензин прямой перегонки подвергают вторичной переработке (каталитический риформинг, крекинг и др.), т. е. воздействуют на химический состав бензина, что требует значительных средств, но бензин при этом получается наименее вредным для окружающей среды.

Химический состав бензинов включает следующие основные углеводороды: н-алканы, циклоалканы, изоалканы, ароматические углеводороды. Самые устойчивые к детонации углеводороды — ароматические и изоалканы. Следовательно, увеличивая их содержание в бензине, можно повысить октановое число. Практически это достигается при применении бензинов риформинга и введением ароматических углеводородов, таких, как этилбензол. Октановое число высококачественных бензинов АИ-95, АИ-98 достигается этим путем.

Второй способ: введение в бензин прямой перегонки специальных присадок — антидетонаторов. Бензин получается существенно дешевле, но и значительно вреднее (табл. 2).

Антидетонаторы — металлоорганические соединения, незначительное количество которых в бензинах резко повышает их детонационную стойкость. В 1920 г. была найдена добавка — тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С₂Н₅)₄, резко подавляющая детонацию. До настоящего времени это самая эффективная добавка. Введение 0,3 % ТЭС в бензин приводит к повышению октанового числа на 15—25 единиц. Известно несколько марок этиловых жидкостей, которые содержат от 54 до 58 % ТЭС. Бензины, содержащие этиловую жидкость, ядовиты, поэтому окрашиваются в различные цвета.

Имеются заменители ТЭС, такие, как пентакарбонил железа Fe(CO)₅, декарбонил марганца Мn₂(СО)₁₀ и циклопентадиенилкарбонил марганца (ЦТМ) С₅Н₅Мn(СО)₃ с очень высоким анти-детонационным эффектом.

Наиболее приемлемой является присадка метилтребутилового эфира (МТБЭ). Добавка 10 % МТБЭ в бензин повышает октановое число на 5—6 единиц. МТБЭ хорошо совмещается с бензином и с его помощью получают неэтилированные бензины А-76 и АИ-93.

Повышение октанового числа с помощью ТЭС обходится в пять — девять раз дешевле, чем при использовании других антидетонаторов, но они экологически более вредные.

В России неэтилированные бензины составляют около 50 %, причем из них более 85 % с октановым числом 76.

Различают этилированные бензины по цвету: бензин А-76 окрашен в желтый цвет, АИ-93 — в оранжево-красный, экспортное исполнение бензинов АИ-80, АИ-92 и АИ-96 светло-желтого цвета.

Таблица 2. Антидетонаторы и их негативные воздействия

В зависимости от октанового числа по исследовательскому методу устанавливают четыре марки бензинов: «Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95» и «Супер-98» (см. табл. 3). Бензин «Нормаль-80» предназначен для грузовых автомобилей наряду с бензином АИ-80. Бензин «Регуляр-92» предназначены для эксплуатации автомобилей вместо этилированного А-93. Автомобильные бензины «Премиум-95» и «Супер-98» полностью отвечают европейским требованиям и конкурентоспособны на нефтяном рынке и предназначены в основном для зарубежных автомобилей, эксплуатируемых в СНГ.

Таблица 3 Классификация автомобильных бензинов по октановому числу

Источник