Газ — это алифатический углеводород. Другими словами, структура газа состоит из молекул, содержащих только углеродные и водородные цепочки. Каждая цепочка молекулы газа имеет от 7 до 11 атомов углерода. Молекулы газа используются в автомобильном двигателе.
Процесс сгорания бензина
Под идеальными условиями при наличии достаточного количества кислорода бензин превращается в двуокись углерода и воду. Кроме того, при процессе сгорания освобождается большое количество тепла. В одном галлоне бензина содержится примерно 132×106 Джоулей энергии, что соответствует 125.000 британским тепловым единицам или 36.650 ватт-часам.
Получение Бензина
Бензин получают из сырой нефти — черной жидкости, извлекаемой из земных глубин. В ее состав входят углеводороды, связывающиеся в разные по длине цепочки. Оказывается, что молекулы разной длины имеют различные характеристики. Например, для метана (СН4) — молекулы из одного атома углерода — выделяется газообразная структура, легкая как гелий. Чем длиннее цепочка, тем тяжелее молекула.
Газы
Первые четыре цепочки — CH4, C2H6, C3H8 и C4H10 — кипят при температурах −161, −88, −46 и −1 Фаренгейта (-107, −67, −43 и −18 Цельсия).
Жидкости
Цепочки до C18H32 при комнатной температуре имеют жидкую форму.
Твердые вещества
А цепочки выше C19 при обычной температуре имеют твердую форму.
Всё Выше и Выше
Чем длиннее участки в цепочке, тем выше температура кипения — соответственно можно их отделить применением дистилляции. Такое происходит на нефтеперерабатывающих заводах при нагревании сырой нефти и последующем отделении по температуре испарения.
Светлые Легкости
Цепочки C5, C6 и C7 очень легко испаряются и при этом очень легкие, поэтому их называют дистиллятами. Их используют в качестве растворителей для производства средств для химической чистки, растворителей для красок и других продуктов, которые быстро высыхают.
Получение бензина достигается смешиванием С7H16 и С11H24. Температуры испарения этих веществ намного ниже температуры кипения воды. Это объясняет, почему бензин испаряется так быстро после касания земли.
За бензином идут керосины, С12-С15, а также дизельное и котельное топливо. Затем следуют масла — легкие (такие как 3-в-1) и моторные, разной плотности, а также трансмиссионные масла и полутвердые смазки. В этот список также входит вазелин, который не испаряется при комнатной температуре.
Для получения бензина используются смеси C7H16 и C11H24, их испарение происходит при более низких температурах, чем температура кипения воды. Поэтому при касании с землей бензин испаряется быстро.
Далее идет керосин, С12-С15, а также дизельное и котельное топливо. Далее следуют масла — легкие и моторные, трансмиссионные масла и полутвердые смазки, а также вазелин, который не испаряется при нормальной температуре.
Резкое перефразирование текста
Цепочки больше C20 являются жёсткими материалами — от парафина до битума, из которого делают асфальтовые дороги. Всё это из нефти. Разница между ними только в длине углеродной цепочки! Что такое октановое число?
Как работает двигатель?
Четырёхтактные бензиновые двигатели в автомобилях. Тактом сжатия подразумевается сжатие топливно-воздушной смеси в цилиндре до минимального объёма для воспламенения свечой зажигания. Это и называется коэффициентом сжатия двигателя (8−1).
Оценка Октанового Числа
Октановое число дает представление об объеме топлива, которое можно сжать до момента воспламенения. Когда топливо не воспламеняется за счет искры из свечи зажигания, а благодаря сжатию, это вызывает проблемы с работой двигателя, а затем и к его поломке. Низкооктановый бензин (например, 92-й) выдерживает минимальное сжатие перед воспламенением.
Коэффициент сжатия Вашего двигателя
Октановое число бензина
Октановое число бензина, которое можно использовать для заправки Вашего автомобиля, зависит от коэффициента сжатия двигателя. Усилить производительность двигателя, не меняя его объем, можно, увеличив его коэффициент сжатия. Таким образом, для более мощного двигателя требуется более высокооктановый бензин.
Преимущества и недостатки
Высокий коэффициент сжатия позволяет увеличить мощность двигателя, сохраняя его вес, и тем самым повысить производительность. Однако имеется и недостаток: бензин, которым заправляется такой двигатель, будет дороже.
Происхождение термина «октановое число»
При переработке сырой нефти получаются цепочки углеводородов различной длины. Затем эти цепочки различной длины разделяют и смешивают, получая топливо различных типов. Например, метан, пропан и бутан — это углеводороды. Метан содержит только один атом углерода. В пропане три связанных атома углерода. В бутане — четыре связанных атома углерода. В пентане — пять, в гексане — шесть, в гептане — семь, а в октане — восемь связанных атомов углерода.
Октан Сопоставим Гептану
Исследования показали, что гептан не может справиться с значительным сжатием — при небольшом давлении он самовоспламеняется. Октан наоборот — выносит сильное сжатие и не самовоспламеняется. Бензин с октановым числом 92 содержит 92% октана и 8% гептана (или аналогичную смесь из других типов топлива). Смесь может быть использована в двигателях, при условии, что коэффициент сжатия не превышает данное значение.
Усиленная парафраза текста
Добавление присадок к бензину
В ходе Первой мировой войны было открыто, что при добавлении к бензину определенного вещества под названием тетраэтил, октановое число значительно растет. Таким образом, образовались дешевые марки «этилового» или «этилированного» бензина. Однако, использование такого топлива имело неприятные последствия.
Загрязнение Топлива Свинцом
Свинец, находящийся в топливе, может вывести каталитический конвертер из строя за несколько минут. Кроме того, тонкий слой свинца покрывал Землю, а этот металл оказался опасен для многих животных и людей. Когда прекратили производство этилового топлива, цены на бензин значительно выросли, так как нефтеперерабатывающие компании не могли дальше повышать октановое число дешевых бензинов. В самолетах продолжают использовать этиловое топливо с октановым числом 115, предназначенное для мощнейших поршневых двигателей (а для реактивных двигателей используется керосин).
Использование метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ)
МТБЭ это короткое название для метил-трет-бутилового эфира, простой молекулы, полученной из метанола. Она добавляется в бензин в двух целях: увеличение октанового числа и функция оксигената, осуществляющая насыщение смеси кислородом в процессе горения. В идеальном случае это снижает количество несгорающих веществ и угарный газ в отработанных газах.
Широкое применение МТБЭ после принятия Закона о чистом воздухе в 1990 году
Допустимое содержание МТБЭ в бензине составляет от 10 до 15%. Основная проблема использования МТБЭ заключается в том, что он является канцерогеном и легко смешивается с водой. Утечка бензина, содержащего МТБЭ, из подземного резервуара на АЗС может привести к загрязнению грунтовых вод. Очевидно, что в результате утечки в грунтовые воды может попасть не только МТБЭ, но и другие добавки, содержащиеся в бензине.
Проблемы использования бензина
Процесс сжигания бензина в двигателе далек от совершенства. Процесс сгорания приводит к двум основным проблемам — загрязнению воздуха и выбросу углекислого газа и парниковых газов.
При сжигании бензина в двигателях образуются вторичные продукты, такие как углекислый газ и вода. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не идеален, и в нем образуются дополнительные побочные продукты. К ним относятся:
Загрязнение воздуха — серьёзная проблема
Монооксид углерода — опасный газ, а оксиды азота — основной источник осадков в городах. Несгоревшие углеводороды — причина загрязнения воздуха. Каталитический конвертер помогает подавить часть этих веществ, но он не идеален. Автомобили и электростанции — существенный источник загрязнения воздуха в больших городах, представляющий серьёзную угрозу.
Углерод — это тоже проблема
При сгорании бензина выделяется большое количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому при сгорании одного галлона (3,8 л) в атмосферу выбрасывается от 5 до 6 фунтов (2,5 кг) углерода. Ежедневно в США в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.