Бензин — это алифатический углеводород. То есть состоит из молекул состоящих из из цепочек углерода и водорода. Каждое из этих соединений имеет от 7 до 11 атомов углерода. Такие элементы присутствуют в бензине.
Когда бензин горит в идеальной среде с достаточным количеством кислорода, он превращается в двуокись углерода, воду и большое количество тепла. В одном галлоне бензина присутствует примерно 132 миллионов Джоулей энергии, что примерно соответствует 125 тысячам британских тепловых единиц или 36 тысячам 650 ватт-часам.
Как получить бензин?
Бензин получается из сырой нефти — черной жидкости, которая добывается из недр Земли. Она состоит из углеводородных молекул разной длины, имеющих разные свойства. Наилегчайшая из них — состоящая из одного атома углерода (СН4) — называется метаном и представляет собой газ, легкий как гелий. Чем длиннее цепочка, тем тяжелее молекула.
Четыре первые цепочки
CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) — это газы с температурой кипения соответственно −107, −67, −43 и −18 градусов по Цельсию.
Цепочки до C18H32 при комнатной температуре представляют собой жидкость, а те выше C19 — твердые вещества.
Разделение на Кипящие Цепочки через Дистилляцию
Частицы разной длины имеют разные температуры кипения, следовательно, могут быть разделены путем дистилляции. Нефтеперерабатывающие заводы используют этот процесс с нефтью, при котором выделяются различные цепочки. Цепочки C5, C6 и C7 легкие и легко испаряющиеся жидкости, называемые дистиллатами. Они используются в качестве растворителей для химических чистящих средств и других быстро высыхающих продуктов.
Получение бензина:
От C7H16 до C11H24 смешиваются для того, чтобы получить бензин. Температура испарения этих соединений ниже, чем температура кипения воды, поэтому когда Вы прольете бензин на землю, он быстро исчезнет.
Другие виды топлива:
Дальше идут керосин (от C12 до C15), за которым следует дизельное и котельное топливо. Они используются для движения автомобилей и отопления домов.
Смазочные масла:
Смазочные масла представлены в диапазоне от очень легких (например, 3-в-1) до моторных масел различной плотности, плотных трансмиссионных масел и полутвердых смазок. Также включая вазелин. Они не испаряются при комнатной температуре, а моторное масло может работать даже при 250 градусах F (121 градус С).
Твердое вещество с длинными цепочками
Вещества, начиная с парафинов и заканчивая асфальтированным битумом, с длинными цепочками С20 и более, имеют твердую структуру. Они получаются из сырой нефти и отличаются друг от друга длиной углеродной цепочки.
Октановое число
В бензиновых двигателях используется такт сжатия, во время которого в цилиндре сжимается топливно-воздушная смесь до меньшего объема. На этот процесс влияет коэффициент сжатия двигателя — октановое число, которое в обычных случаях может принимать значения от 8 до 1.
Высокое Октановое Число: Предел Сжатия топлива до Самовоспламенения
Октановое число показывает, до какого максимального уровня сжатия топливо может достигнуть, прежде чем произойдет самовоспламенение. Если воспламенение происходит из-за сжатия топлива, а не из-за искры от зажигания, это может привести к поломке двигателя. Бензин с низким октановым числом (например обычный 92-й бензин) способен выдерживать минимальное сжатие перед воспламенением.
Влияние Коэффициента Сжатия на Заправку Автомобиля
Заправлять Ваш автомобиль можно октановым бензином, зависящим от коэффициента сжатия Вашего двигателя. Увеличение коэффициента сжатия без изм. его объема — один из способов повышения мощности. Высокий коэффициент сжатия приводит к большей мощности при неизменном весе, но при этом требует более дорогого бензина.
История названия «октановое число»
При обработке сырой нефти получаются несколько разных по длине цепочек углеводородов. Впоследствии их отделяют и смешивают для изготовления различных бензинов. Например, метан имеет один атом углерода, а пропан — три. В бутане и последующих цепочках углеводородов соответственно четыре, пять, шесть, семь и восемь атомов углерода. Это и привело к названию «октановое число».
Сжатие Гептана Ограничено
Даже при небольшом сжатии гептан не выдерживает и самовоспламеняется. В отличие от него, октан выдерживает даже сильное сжатие без воспламенения. Бензин 92-го октанового числа имеет соотношение 92% октана и 8% гептана (или, как альтернатива, другие горючие соединения с аналогичными пропорциями). При достижении определенного уровня сжатия данное топливо может воспламеняться, что делает его пригодным для двигателей с коэффициентом сжатия не превышающим определенный порог.
Добавление Тетраэтила к Бензину
Во время Первой мировой войны было отмечено, что придобавлении вещества называемого тетраэтил в бензин, октановое число значительно возрастало. Благодаря этому появились более дешевые марки бензина. Таким образом, появился так называемый «этиловый» или «этилированный» бензин. К сожалению, такое топливо имело свои причинные результаты.
Результат
Свинец в топливе может сразу же повредить каталитический конвертер, а также является весьма токсичным для людей и животных. Для избежания проблем с этиловым топливом было запрещено его использование, что привело к повышению стоимости бензина.
В самолетах по-прежнему используется этиловое топливо с октановым числом 115, применяемое в мощных поршневых двигателях, а в реактивных двигателях обычно используется керосин.
Использование МТБЭ после Закона о чистом воздухе в 1990 г.
Оптимальное количество МТБЭ в бензине составляет от 10 до 15%. Однако существует проблема применения этой добавки, поскольку она является канцерогенной и очень легко растворяется в воде. В случае протечки бензина с МТБЭ из подземного резервуара, такая ситуация приведет к загрязнению грунтовых вод. Несмотря на то, что не только МТБЭ, но и остальные присадки могут попасть в грунтовые воды, при протечке.
Негативные последствия сжигания бензина
При работе бензинового двигателя возникают две основные проблемы: загрязнение воздуха и выброс углеродосодержащих и парниковых газов. При сгорании бензина образуются побочные продукты — углекислый газ и водяной пар. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не совершенен и производит дополнительные загрязняющие вещества, такие как:
Загрязнение Воздуха — Серьёзная Проблема Городов
Ядовитый газ монооксид углерода, а также оксиды азота стоят у истоков загрязнения воздуха в городах. Несгоревшие углеводороды тоже вносят свою лепту в этот процесс. Каталитический конвертер помогает скорректировать выхлопы, но до идеала далеко. Загрязнение воздуха от автомобилей и станций является острой проблемой для многих больших городов.
Углерод — тревожная проблема
При сгорании углерода образуется большое количество углекислого газа. Основным компонентом бензина является углерод, поэтому при сгорании одного галлона (3,8 л) бензина в атмосферу выбрасывается 5–6 фунтов (2,5 кг) углерода. В США ежедневно в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.
Замена твердого углерода
Представим, что вы выбрали 1 кг сахарного песка за каждый литр бензина. Но то, что выбросилось из выхлопной трубы автомобиля — двуокись углерода — невидимый газ. Это может привести к критическим последствиям, таким как повышение уровня моря и затопление прибрежных городов. Поэтому для снижения уровня загрязнения предлагается использовать водородное топливо.