Бензин — это алифатический углеводород. То есть, его состав представляет из себя молекулы, состоящие из цепочек углерода и водорода. Каждая молекула может содержать от 7 до 11 атомов углерода. В бензине присутствуют разные молекулы.
Горение топлива в идеальных условиях
При сгорании бензина в идеальных условиях при обилии кислорода образуется углекислый газ (благодаря содержащимся в топливе атомам углерода), вода (благодаря атомам водорода) и большое количество тепла. В одном галлоне бензина содержится около 132×106 джоулей энергии, что эквивалентно 125 000 британских тепловых единиц или 36 650 ватт-часов.
Из сырой нефти получают бензин
Нефть — это черная жидкость, добываемая из недр Земли. В ней содержатся углеводороды, атомы углерода составляют цепочки разной длины. Все они имеют различные свойства. Например, метан (состоящий из одного атома углерода) — это газ, легкий как гелий. Чем длиннее цепочка углеводородов, тем более тяжелым становится молекула. Бензин является результатом обработки сырой нефти.
Первые четыре цепочки
CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) представляют собой газы, их точки кипения составляют −107, −67, −43 и −18 градусов по Цельсию (-161, −88, −46 и −1 градус по Фаренгейту). Цепочки до C18H32 имеют жидкую форму при комнатной температуре, а те, выше C19, при обычных условиях являются твердыми.
Парафразирование текста
Длина цепочки определяет температуру испарения, что позволяет их отделять посредством дистилляции. Так происходит на нефтеперерабатывающих заводах, где нагревают сырую нефть и получают различные цепочки в зависимости от их температуры. Цепочки C5, C6 и C7 являются легкими и легко испаряющимися жидкостями, которые используются для производства растворителей для химической чистки, красок и других быстросохнущих продуктов.
Чем длиннее цепочка, тем выше температура кипения. Это дает возможность отделять компоненты при помощи дистилляции на нефтеперерабатывающих заводах. Цепочки C5, C6 и C7 являются легкими и легко испаряющимися жидкостями, называемыми дистиллятами. Они используются в качестве растворителей для химической чистки, красок и других быстросохнущих продуктов.
Получение бензина
От C7H16 до C11H24 цепочки мешаются и используются для производства бензина. Температуры испарения этих веществ ниже температуры кипения воды, поэтому при выливании на землю они быстро исчезают.
Дизельное и котельное топливо
Далее идут керосин и дизельное и котельное топливо (например, для отопления домов), за которыми последуют смазочные масла. Масла не проявляют испарения при комнатной температуре, так что моторное масло может работать весь день при 250 градусах F (121 градус С) и не потеряется. Это перечисление включает множество видов масел, от легких (например, 3-в-1) до моторных масел различной плотности, плотных трансмиссионных масел и полутвердых смазок, а также вазелина.
Твердые материалы длиной более С20
От парафинов и гудрона до асфальтового битума используемого для асфальтирования дорог — все они происходят из сырой нефти. Разница между ними заключается в длине углеродной цепочки.
Что такое октановое число?
В автомобильных двигателях, применяемых во многих автомобилях, один из тактов — это такт сжатия. Во время которого топливно-воздушная смесь нажимается в цилиндре до меньшего объема до воспламенения свечой. Величина называется коэффициентом сжатия и обычно составляет от 8 до 1.
Октановое число: Объем Топлива До Самовоспламенения
Октановое число оценивает сколько топлива может быть сжато, прежде чем произойдет самовоспламенение. Если сжатие вызывает запуск двигателя а не искры от свечи зажигания, то это может привести к проблемам и поломкам двигателя. Низкооктановый бензин (например, 92-й бензин) способен выдержать минимальное сжатие перед воспламенением.
Высокий Коэффициент Сжатия Двигателя
Октановое число бензина, необходимое для заправки Вашего автомобиля, зависит от коэффициента сжатия двигателя. Увеличение коэффициента сжатия позволяет повысить мощность двигателя без изменения его объема. Таким образом, у более мощных двигателей более высокое октановое число бензина. Высокий коэффициент сжатия увеличивает производительность двигателя, но дороже бензин для него.
Начало перефразированного текста
Название «октановое число» имеет свое происхождение. При обработке сырой нефти получаются цепочки углеводородов различной длины. Эти цепочки выделяются, а затем смешиваются, чтобы получить разные виды топлив. Например, метан, пропан и бутан — представляют собой углеводороды. У метана один атом углерода. В пропане — три. В бутане — четыре. В пентане — пять. В гексане — шесть. В гептане — семь. В октане — восемь.
Результат
Исследования показали, что гептан выдерживает только мало давления. При малом давлении, он воспламеняется. Октан справляется с давлением лучше — даже при сильном, он не вспыхивает. Бензин с октановым числом 92 содержит в себе 92% октана и 8% гептана или другие типы топлива с аналогичными свойствами. Воспламенение такого топлива при определенном уровне давления позволяет использовать его в двигателях, коэффициент сжатия которых не превышает данную отметку.
Присадки к бензину
В первую мировую войну было выяснено, что при добавлении тетраэтила к бензину октановое число значительно возрастает. Благодаря этому появились доступные по цене марки бензина, которые назывались «этиловым» или «этилированным». К сожалению, использование такого вида топлива привело к негативным последствиям.
Токсичный Свинец
Встреча свинца с топливом обычно выводит каталитический конвертер из строя за несколько минут. До катастрофических последствий свинца в топливе приводит тонкий слой этого токсичного металла, который угрожает жизни многих форм жизни (включая людей).
Запрет на Этиловое Топливо
Для того, чтобы избежать проблем из-за свинца в топливе, был введен запрет на этиловое топливо. В результате цены на этот вид бензина стали выше, т. к. нефтеперерабатывающие заводы не могли повышать октановое число более дешевых марок бензина. Хотя в самолетах до сих пор разрешено пользоваться этиловым топливом, горючее с октановым числом 115 обычно используется в мощнейших поршневых двигателях самолетов (а керосин в реактивных двигателях).
Использование МТБЭ
Метил-трет-бутиловый эфир — простая молекула, получаемая из метанола — рассматривается как популярная добавка к бензину. Она повышает октановое число и является оксигенатором, предоставляющим дополнительный кислород для смеси при горении. В результате, идеально должно быть снижено содержание несгоревших углеводородов и угарного газа в выхлопе.
МТБЭ введены в обращение с принятия Закона о Чистом Воздухе в 1990 г. Содержание МТБЭ в бензине может колебаться от 10 до 15%. Однако, проблема с использованием МТБЭ в том, что он канцерогенен и легко взаимодействует с водой. При утечке бензина с МТБЭ из подземного резервуара на заправочной станции, это может привести к загрязнению грунтовых вод. Очевидно, что при утечках не только МТБЭ, но и бензин с другими присадками может оказаться в водах.
Проблемы горения бензола
Сжигание бензола в двигателе создает две проблемы. Первая — это загрязнение и заражение воздуха. Вторая — выделение углеродсодержащих и парниковых газов. При сгорании бензола в двигателе образуются побочные продукты, в результате чего в выхлопных газах присутствуют углекислый газ и вода. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не идеален. В процессе сгорания образуются и другие побочные продукты, такие как оксиды азота и твердые частицы.
Серьезная проблема загрязнения воздуха
В больших городах загрязнение воздуха является очень серьезной проблемой, основанной на выбросах из автомобилей и электростанций. В воздухе присутствуют такие ядовитые газы, как монооксид углерода, а также углеводороды и оксиды азота. Каталитический конвертер помогает уменьшить количество выброшенных веществ, но все же не предотвращает проблему полностью.
Углерод — это проблема
Углерод является распространенной проблемой. При его сгорании образуется большое количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому при сжигании одного галлона (3,8 л) газа в атмосферу выбрасывается 5–6 фунтов (2,5 кг) углерода. В США ежедневно в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.
Взрыв Углекислого Газа
Если бы это была твердая форма углерода, мы бы заметили гораздо больше, представьте себе, что Вы просто выбросите по одному килограмму сахарного песка за каждый литр бензина.
Однако, углекислый газ выделяется частичками, поэтому многие это просто забывают. Двуокись углерода, исходящая из выхлопной трубы автомобиля, является парниковым газом. Дальнейшие последствия пока неизвестны, но возможно, что это может привести к катастрофическим изменениям климата, влияя на все живое.
Замена Бензина
Из-за этого, люди пытаются найти альтернативу бензину и переходят на водородное топливо.