Температура кипения бензин: Температура кипения бензина

Содержание

Температура кипения бензина

Бензин в двигателе автомобиля ведет себя совсем не так, как любая другая жидкость на его месте, потому что бензин – это смесь множества жидкостей. Поэтому сгорание и испаряемость бензина в топливном баке происходят иначе, чем это было бы с водой, или, например, сжиженным водородом: каждый элемент вступает в реакцию в определенный момент. Разбираясь в этих тонкостях, можно максимально точно определять, какой именно бензин нужен автомобилю и как продлить срок службы двигателя.

Физико-химические свойства бензина

Какие физические и химические свойства топлива нужно знать автолюбителю? Жидкости в составе бензина называются фракциями и различаются температурой кипения, плотностью, вязкостью, скоростью вступления в реакцию с воздухом и так далее. Помимо углеводородных фракций, в нем содержатся природные соединения серы, водорода, кислорода, со своими свойствами. Какой окажется доля разных фракций в конкретном бензине чаще всего определить нельзя.

Есть и разные прибавки, которые нужны для улучшения качества топлива, его хранения, устойчивости к детонации. Большую часть этих характеристик важно знать скорее инженерам, которые проверяют качество бензина перед тем, как он попадет на заправку.

Для обывателя важно понимать, на что влияет температура кипения бензина и октановое число. Для разных марок бензина это будут разные показатели.

Октановое число входит в название марки бензина. Так, название АИ-92 означает, что бензин тестировался исследовательским способом (АИ), который показал, что его октановое число 92. Эта цифра показывает, насколько бензин устойчив к детонации, или взрыву. За точку отчета, то есть 100, принят изооктан – очень устойчивый к детонации углеводород; октановое число показывает, каков процент изооктана в смеси с гептаном, у которого детонационные свойства низкие. Фактически октановое число 92 означает, что бензин этой марки устойчив к детонации так же, как смесь изооктана и гептана 92:8; в бензине АИ-95 эта пропорция 95:5, то есть детонационная устойчивость выше, и так далее.

Число может быть и выше 100, если свойства топлива выше, чем у изооктана.

Температура кипения бензина

Какое значение имеет кипение бензина в двигателе? Производители отдельно отслеживают температуру начала кипения бензина, а также точки, когда перегоняются 10, 50 и 90% объема, а потом температуру конца кипения.

Точка начала кипения и сгорание первых 10% горючего – это зона ответственности легких фракций. От нее зависят пусковые характеристики, испаряемость и, что особенно важно, вероятность образования паровых пробок в двигателе. Конечно, паровые пробки образуются не только за счет легких фракций, но и вообще из-за состава бензина, доли и свойств тех его фракций, которые способны переходить из жидкого в газообразное состояние. Чтобы бензин запускал холодный двигатель, температура кипения первых 10% топлива должна быть не выше 55°С зимой, и 70°С летом. Зимние сорта бензина содержат больше легких фракций, чем летние.

Половина объема топлива кипит при температуре легких фракций бензина. Эти 50% называют рабочей фракцией бензина. От нее зависит продолжительность прогрева, переход на разные режимы двигателя.

Точки конца кипения и перегонки 90% бензина – это показатель тяжелых фракций. При высоких температурах конца кипения тяжелых фракций бензина он распределяется по двигателю неравномерно. Часть бензина вообще не успевает сгореть, конденсируется на стенках цилиндра, смывает с них масло, отчего образуется нагар и снижается срок эксплуатации цилиндров и поршневых колец. Потом эти остатки сползают в картер и там смывают масляную пленку, разжижая масло и ухудшая его качество. Увеличивается расход бензина, падает экономичность двигателя и его ресурс. Оптимальная температура, при которой неравномерность распределения бензиновой смеси по цилиндрам двигателя самая низкая, составляет 110-115°С. Такой показатель нужен в авиации, а для обычных автомобилей госстандарт конца выкипания бензина – 180°С.

В целом снижение температуры конца кипения бензина и перегонки 90% повышает его качество, но снижает ресурс, потому что чем она ниже, тем выше детонационная стойкость и склонность к конденсации, и тем ниже химическая стойкость, то есть тем больше вероятность, что по ходу хранения и использования бензин поменяет свои свойства.

Температуру кипения 90% топлива называют также точкой росы.

Температура испарения бензина

Какая температура нужна, чтобы превратить бензин в пар? Процесс этот начинается, когда теплее 30°С, а для тяжелых фракций достигает 205°С. Тут бензин начинает смешиваться с воздухом и попадает в камеру сгорания, запуская движение автомобиля. Чем холоднее на улице, тем больше энергии затрачивается на испарение, и тем сложнее запустить двигатель и продолжать движение. Поэтому зимние сорта бензина включают фракции, которые легко испаряются при низких температурах.

Современные автомобили имеют систему прямого впрыска, поэтому температура испарения бензина уже не так важна, но до сих пор только она определяет, насколько быстро и равномерно бензиновые пары смешиваются с воздухом в цилиндре, а значит, насколько эффективно будет работать мотор. Эту величину занижают с помощью присадок или с помощью повышения доли высоких фракций.

Имеет значение, как долго во время хранения и транспортировки химический состав бензина сохраняется неизменным. Если в бензин добавлять сжиженный газ, он превращается в пар при достаточно низкой температуре и возможно еще до того, как будет израсходован бак. На практике даже только что купленный бензин уже может иметь свойства ниже марочных. Такое бывает, если продавец к топливу, у которого истек срок хранения, добавил пропан или метан (именно от этого на заправках сильно пахнет газом), получив из 92 бензина 95.

Температура вспышки бензина

испарения бензина могут вспыхнуть при наличии открытого огня. Это происходит, когда концентрация бензиновых паров превышает 70-120 грамм на куб. В момент детонации скорость пламени в тысячу раз выше, чем обычно, что постепенно разрушает цилиндро-поршневую группу двигателя. Чем выше октановое число, тем выше температура вспышки, поэтому в бензин добавляют присадки или меняют его фракционный состав.

Температура горения бензина

Температура сгорания бензина не зависит от октанового числа: оно влияет на стойкость к возникновению детонационных процессов.

У автомобильных бензинов А-72, А-76, АИ-92, АИ-95 фракционный состав и все характеристики кипения, испаряемости и горения почти одинаковы. Современные бензины с высоким октановым числом даже менее экологически безопасны, чем устаревшие, потому что в них добавляют множество присадок, например тетраэтилсвинец, который ядовит и разрушают каталитический нейтрализатор автомобиля.

Сгорание бензина зависит от того, где он горит. В двигателе бензин горит в среднем при температуре 900-1100 градусов, может гореть и при более низких температурах. Она зависит в том числе от давления в цилиндрах. Открытым пламенем бензин горит при более низких температурах – 800-900 градусов.

что это? Виды, состав, применение, производство

Бензин — это  горючая смесь углеводородов, а не моновещество, имеющее четкую структуру. Существует немало разновидностей данной жидкости, отличающихся не только названием, но и молекулярным строением и составом. В зависимости от вида бензина, его химические и физические свойства меняются. Это расширяет сферу применения бензина. Правильный выбор топлива является залогом длительной службы двигателя.

Применение

Бензин в основном используется в качестве топлива. Некоторые виды бензина предназначены только для заправки машин. Сейчас выпускают несколько марок топлива, качество которых различается в зависимости от октанового числа и включения присадок. Есть специальный автобензин для зимнего и летнего периода.

Производятся специальные разновидности топлива, использовать которые можно только для заправки самолетов. Осуществляется выпуск бензина, который применяется в качестве растворителя и как сырье для химической промышленности.

Бензин используется в качестве сырья для производства парафина и этилена. Применяется эта жидкость для блендинга и проведения процессов органического синтеза. Используется он для чистки и обезжиривания поверхностей и кожи. Данное вещество применяется для очищения металлических элементов. Он используется для изготовления:

  • красок;
  • лаков;
  • растворителей;
  • мастик;
  • резиновых клеевых составов;
  • конденсаторов;
  • защитных составов, образующих пленку.

Кроме того, этот продукт может применяться даже для выведения жирных пятен с разных поверхностей.

Производство

Получение топлива возможно путем перегонки, высокотемпературной обработки, т.е. крекинга, а также низкотемпературного воздействия, т.е. риформинга и т.д. Существует еще несколько методов получения бензина из сырья. После первичной обработки проводится очистка сырья и введение в состав специальных присадок, повышающих качество продукта.

Нефтеперерабатывающий завод

Из чего делают бензин?

Главным сырьем, из которого изготавливается топливо, выступает сырая нефть. Возможно производство данного вещества путем сложной переработки каменного угля и природного газа, но данные методы используются крайне редко из-за высокой стоимости процесса.

Технология производства

Производство бензина — это технологически сложный процесс. Сначала берутся пробы сырья для определения включения в них примесей солей и серы. Измеряется объем включения легких фракции.

Наиболее простой метод получения топлива — это атмосферно-вакуумная перегонка. Она позволяет отделить легкие фракции. После этого выполняется очищение сырья от примесей солей и серы, т.к. эти вещества ухудшают качество готового продукта. Включение данных веществ в нефти, добываемой по всему миру, неоднородно. На большинстве месторождений России нефть содержит большое количество серы, поэтому ценится даже ниже, чем сырье, которое добывается в Азербайджане.

Процедуры очищения позволяют получить достаточно большое количество топлива из сырья, но оставшихся нефтяных фракций, незадействованных в процессах, сохраняется немало. Их отправляют на вторичную перегонку. Кроме того, во время данной процедуры выполняется частичный каталитический крекинг. После этого переработанное сырье подвергается каталитическому риформингу.

Подготовленное сырье подвергается крекингу. При данной процедуре в тяжелых фракциях при их нагреве до 700°C наблюдается разрыв молекулярный цепочек. Это способствует формированию вторичного продукта. При низкотемпературной обработке сырья выход конечного продукта составляет не более 20%, но при обработке при высоких температурах объем полученного готового продукта возрастает до 70%.

После этого полученный продукт обрабатывается в газофракционирующей установке. В него добавляют дополнительные компоненты, которые подразделяются на классы и сорта. После этого готовый бензин поступает на АЗС.

Разновидности

Сейчас выпускается множество разновидностей бензина, различающихся составом и характеристиками. Важнейшим параметром для определения качества продукта выступает октановое число. Большую роль играет и количество примесей. Главными компонентами этого продукта выступают гептан и изооктан. Данные вещества имеют разные возможности к детонации в камерах сгорания двигателя. От соотношения их включения в готовый продукт зависит октановое число.

Марки бензина

Для того чтобы бензин мог использоваться в качестве топлива, он должен обладать рядом характеристик. Для определения качества продукта исследуются такие параметры, как:

  • способность к образованию нагара;
  • испаряемость;
  • воспламеняемость;
  • способность к детонации;
  • коррозийная активность.

В зависимости от типа, продукт подразделяется на автомобильный, который маркируется буквой «А», а также авиационный, отмечающийся буквой «Б». Кроме того, при маркировке часто добавляется буква «И», которой отмечается октановое число, полученное исследовательским методом. Числовым значением отмечается октановое число.

АИ-98 отличается не только высоким октановым числом, но некоторыми особенностями производства. При изготовлении данного продукта используется ряд компонентов, в т.ч. толуол, алкилбензин, изопентан и т.д.

Экстра АИ-95 отличается высоким качеством из-за присутствия антидетонационных присадок. Он изготавливается из дистиллятного сырья с включением изопарафиновых элементов. Кроме того, при производстве используется газовый бензин. Благодаря особой технологии изготовления, в готовом продукте крайне низкое содержание свинца.

В бензине марки АИ-95, по сравнению с бензином экстра, концентрация свинца выше на 30%. Высокое содержание этого элемента понижает качество продукта.

Под маркой АИ-92 скрывается бензин среднего качества. В нем высоко содержание антидетонационных присадок. Плотность данного продукта достигает 0,77г/смА-923.

Автомобильный бензин

На АЗС сейчас можно приобрести стандартные марки АИ-92, АИ- 95 и АИ-98. Кроме того, в продаже имеется автомобильный бензин для грузовиков — А-72 и АИ-80. Более очищенными считаются продукты, которые изготавливаются по европейским стандартам. Они отмечаются как евро 3, евро, 4, евро 5 и суперевро. При покупке бензина обязательно нужно обращать внимание на его маркировку, т.к. использование некачественного продукта приводит тому, что двигатель быстро выходит из строя.

Авиационный бензин

Бензины, предназначенные для заправки самолетов, отличаются более высоким октановым числом и лучшими качественными характеристиками. Продукт содержит минимальное количество легких фракций, что снижает риск формирования паровых пробок. Кроме того, авиационный бензин отличается низким включением примесей, способствующих активизации коррозийных процессов и формированию нагара на деталях. Продукт также отличается высокой химической стабильностью.

Бензин-растворитель

Данный класс продукта используется в химическом производстве. Эти продукты широко применяются для экстрагирования, т.е. извлечения необходимых веществ из растительных масел, канифоли и озокерита. Растворители на основе этого продукта активно применяются для разведения различных красок и лаков, устранения жировых пятен и т.д. Сфера использования данной разновидности бензинов крайне широка.

Нафта

Нафта — это специфическая группа, которая отличается высокой температурой кипения, достигающая +180°C. Данный продукт используется как сырье для химической промышленности.

Топливо для бензиновых двигателей и его характеристики

Большинство людей обращают внимание только на октановое число, но это далеко не единственный важный параметр. У углеводородов имеется разная скорость закипания. Качество продукта зависит от данных параметров.

Бензины АИ и Евро различаются процентным соотношением трудно- и легко- закипаемых фракций. От данного параметра зависит способность перегорания. В топливе, применяющемся для бензиновых моторов, содержится сразу несколько фракций.

Некоторые из них могут закипать при 27°C. Таким образом, первичное воспламенение возможно даже при пуске холодного двигателя. Другие фракции закипают при 100°C. Они подходят для поддержания стабильной работы двигателя. Кроме того, в состав топлива входят фракции, закипающие при 200 °C. Одни необходимы для поддержания процесса выключения мотора.

Сезонный бензин

Сейчас выпускается бензин для зимнего и летнего периода. При выборе топлива следует обращать внимание на такой параметр как давление паров.

Лучше, чтобы топливо для зимней езды имело данный показатель в пределах от 90 до 100 кПа. Для производства зимнего продукта в смесь добавляется бутан. Благодаря этому, он хорошо закипает даже в сильный мороз.

Летний вариант отличается более низким показателем давления насыщенных паров. В теплое время года допускается бензин с параметром 80 кПа.

Экологические требования к топливу

С каждым годом происходит ужесточение требований в экологичности топлива. Это обусловлено тем, что продукты сгорания крайне негативно отражаются на состоянии окружающей среды и способствуют возникновению парникового эффекта.

В топливе марок АИ высоко содержание дополнительных присадок и компонентов, которые способствуют снижению экологических параметров данных продуктов. Высокий выброс отравляющих веществ при сгорании обусловлен устаревшими технологиями производства.

Большей экологичностью отличается топливо класса евро. При сгорании выделяется примерно на 10-12% меньше отравляющих газов. Из-за применения более технологичных методов производства в выхлопах меньше оксида азота, ароматических углеводородов, серы и бензола. Благодаря этому, снижается общий вред, наносимый продуктами сгорания окружающей среде.

В ряде стран запрещена продажа топлива, не соответствующего стандартам экологичности. Меры по ужесточению требований к экологичности топлива стали предпринимать из-за повышения численности людей, которые ежедневно используют личные автомобили. Это спровоцировало повышение количества парниковых газов, усугубляющих состояние атмосферы.

Химическая формула бензина, состав бензина

Бензин – это продукт, полученный в результате перегонки нефти. Он представляет собой горючее с пониженными детонационными составляющими. Из сырого нефтепродукта получается пятьдесят процентов бензина, который предназначен для двигателей, а конкретно при внутреннем сгорании. Он бывают двух типов: авиационный и автомобильный. В зависимости от применения различаются физико-химические свойства бензина.

Нас сегодняшний день бензины должны соответствовать следующим критериям:

  • оптимальная испаряемость элементов;
  • групповой состав углеводородов, который обеспечивает бездетонационное образование на каждом этапе действия двигателя;
  • стабильность состава в условиях долгого хранения;
  • отсутствие побочных эффектов, оказываемых на детали.

Физико-химические свойства бензина

Свойства бензина различаются по количеству углеродов и водородов в составе. Он замерзает при шестидесяти градусах ниже нуля, но можно добиться цифры ниже (- 71). Испаряется при тридцати градусах, а повышение температуры лишь ускоряет этот процесс. Бензин производится с помощью перегонки нефтепродукта путем выборки отдельных фракций. Это самый старый способ. В двадцатом веке появились такие методы как крекинг и риформинг (преобразование в алканы и другие соединения).

Бензины легко воспламеняются, не имеют конкретного цвета, а также обладают летучестью. Кипение достигается на отрезке от тридцати до двухсот градусов. Застывает при температуре ниже шестидесяти градусов. В процессе сгорания появляется диоксид углерода и вода. Формула бензина это подтверждает (C3h21O2). Характеристики бензина, относящегося к автомобильному виду, следующие:

  • смесь должна быть однородной;
  • плотность равная 690-750 кг.м2 при плюс двадцати градусах;
  • малая вязкость, не препятствующая протеканию топлива;
  • способность испаряться. Соединение может осуществлять переход в газообразное состояние из жидкого. В автомобиле это обязательно, так как обеспечивает облегченный запуск двигателя, особенное в зимнее время года;
  • состояние давления паров. Высокие показатели давления обеспечивают интенсивность конденсации. Слишком высокое давление способно образовывать паровые пробки, которые приводят к утере мощности транспорта;
  • низкотемпературные качества, то есть свойство выдержки при низких температурах;
  • процесс сгорания смеси. Понимается скоростная реакция углеводорода и кислорода.

Химический состав бензина

Состав бензина имеет в себе соединения углерода и водорода. Но этим не ограничивается. Популярное топливо включает в себя и другие молекулы бензина. Химический состав бензина дополняют: кислород, сера, азот и свинец. Сырье дополняется присадками, которые повышают конечный продукт. Количественные составляющие этих микроэлементов определяют видовое разнообразие топлива: 92 марка, 95 марка, 98.

Нефть является основополагающим сырьем для выработки бензина. Нефть добывается из природы, содержит примеси углеводородов и других соединений. Считается ценным ископаемым. Углеводород – важный компонент нефтепродукта и природного газа. Химические составляющие нефти разнообразные и постоянно изменяются в зависимости от парафиновых. В природе известные промежуточные и смешанные типы.

Парафиновые отличаются тем, что имеют большее содержание бензина, а сера, наоборот, в меньшем количестве. Нафтеновый вид сырого нефтепродукта разительно отличается от предыдущего типа. Он содержит бензин в ограниченном количестве, а сера, мазут и асфальт превалируют.

Определение фракционного состава бензина

Физические свойства бензина имеют зависимость от такого понятия как фракционный состав. Под этим подразумевается испарительная возможность, которая считается главным показателем, учитывающимся при использовании топлива в разном климате. Производство должно получить пропорциональное соотношение фракций как тяжелых, так и легких. Полученное топливо при нагревании испаряется без проблем – это хороший показатель. За это отвечают легкие, а тяжелые способствуют оптимальной интенсивности этого испарения. Нарушение баланса приведет к паровым пробкам, и двигатель столкнется с перебоями в работе. Испарение намечается, когда происходит нагревание при высоких температурах внутри прибора.

Фракционные свойства бензинов влияют на параметры пользования. Грамотное соотношение вышеуказанных составляющих обеспечит оптимальную испаряемость при низких температурных показателях, защиту от перебоев в конструкции. Топливо имеет характеристики, которые напрямую зависят от погодных и климатических условий, то есть в жарких странах и на полярном круге в состав бензина входят отличные друг от друга элементы.

Октановое число бензина

Марка топлива полностью раскрывает молекулярную массу бензина. Допустим, АИ 92. октановое число обозначено цифрами, а буквы определяют показатель. А – это значение класса моторных. Чем выше показатель числа, тем ниже детонационные характеристики бензина. Следовательно, цилиндры и поршни будут подвергаться меньшим разрушениям. Качество бензина улучшается с повышением октанового числа.

76 и 80 топливо бензина пропало на автозаправках, так как они плохо влияют на экологию и критичны для работы агрегатов. Продолжительно эксплуатации зависит от данного показателя. Автолюбитель всегда должен обращать внимание на это число, так как это, прежде всего, влияет на работоспособность транспорта.

Бензин состоит из изооктана и гептана. Первый обладает взрывоопасностью, а второй имеет нулевую детонацию. Именно октановый показатель определяет соотношение двух составляющих топлива. При помощи определенных присадок (свинцовых) повышается это число. Но свинцовые присадки не рекомендуют применять, так как они не благоприятно действуют на двигатель. Также его повышают спиртом. Если к 92 марке долить 100 гр. названной смеси, то получится 95.

Маркировка автомобильных бензинов

Межгосударственный стандарт маркирует бензины для автомобилей с помощью трех групп знаков, которые разделятся дефисами (АИ-95-3). Буквы в начале марки говорит о том, что бензин относится к автомобильному типу, который прошел исследовательские испытания согласно ГОСТ. Октановое число также измеряется с помощью исследования. Топливо может иметь следующее число: 95, 92, 98 и так далее.

Цифры от двух до пяти указывают на классность бензина. Оно совпадает с показателем стандартов экологии, который соответствует категории «Евро». Бензин обязан соответствовать определенной серии. То есть цифра два подходит для Евро-2, а цифра три для Евро-3 и так далее.

В качестве примера можно привести марку топлива «АИ-95-4». Из названия становится понятно, что бензин относится к автомобильному классу, а октановый показатель равен 92. Буквы говорят об исследовательском методе измерения. А конечная цифра указывает на то, что топливо соответствует 4-ой экологической категории (Евро-4 –стандарт).

С 2003 г. в Российской Федерации на официальном уровне запретили производство бензина, относящегося к этилированным смесям, который считается вредным. Поэтому сегодня все топливо неэтилированное, и в маркировке это не указывается.

Детонационная стойкость бензина

Детонационная стойкость заключается в способности автомобильного топлива оказывать сопротивление такому процессу как самовоспламенение, которое может произойти при сжатии. Наивысший показатель данной характеристики обеспечивает оптимальное сгорание при каждом эксплуатационном режиме двигателя. Горение бензина как процесс имеет кардинальный характер. Сжатие рабочего состава проходит при повышенной температуре и давлении. Далее происходит окисление соединений углерода и водорода, которое набирает интенсивность после того, как смесь воспламенится.

Если соединение углерода и водорода, которые остались в части несгоревшего состава, имеет недостаточную окислительную стойкость, то начнется ускоренный и интенсивный процесс накапливания соединений перекиси. А это ведет к взрывному распаду.

Повышенная концентрация соединений, возникших посредством перекиси, становится катализатором теплового взрыва, который спровоцирует самовоспламенение бензина. Именно этот процесс, происходящий внутри активного состава, становится активатором взрывного горения остатков топлива. Это приводит к детонационному сгоранию.

Детонация, как процесс внутри двигателя, вызывает следующие последствия:

  • перегрев;
  • интенсивный износ и локальные разрушения в двигателе;
  • наличие резкого специфического звука;
  • упадок мощности;
  • увеличенный порог выхлопных дымов.

Детонация напрямую зависит от химического и физического состава используемого бензина, а также от особенностей конструкции самого двигателя. Октановое число считается основополагающим показателем детонации и ее стойкости в автомобильных бензинах.

Технология производства бензина — Газойл Центр

Перегонка

Технология производства бензина

Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320°С. Разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов. Каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары. Которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования). Возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

Термический крекинг

Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод и углеродные связи разрушаются. Водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.

Каталитический крекинг

Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.
Процесс Гудри. Исследования Э. Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 году эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса. Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480°С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Риформинг

Риформинг — это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина. Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии как высокой температуры, так и катализаторов.

Более старый и менее эффективный термический риформинг используется до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга. Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминий оксидный, или алюмосиликатный носитель. Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

  • дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;
  • превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;
  • гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;
  • образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.

Полимеризация

Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах. Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

Алкилирование

В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.
Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Изомеризация

Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.
Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями.Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан.
Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

Гидрокрекинг

Давления, используемые в процессах гидрокрекинга, составляют от примерно от 70 атм. для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм., когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и средне-дистиллятные прямогонные фракции.

Катализаторами в этих процессах служат сульфидированые никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе. Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.

Классификация бензинов

Все бензины отличаются друг от друга. По составу, так и по свойствам. Их получают не только как продукт первичной возгонки нефти. Но и как продукт попутного газа (газовый бензин) и тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин). Бензины классифицируют по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы:

  • Крекинг-бензины
  • Бензин газовый
  • Пиролизные бензины
  • Этилированные бензины
  • Крекинг-бензины

Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается. Поскольку они содержат заметное количество олефинов. А именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога. Крекинг-бензин представляет собой продукт дополнительной переработки нефти. Обычная перегонка нефти дает всего 10–20% бензина. Для увеличения его количества более тяжелые или высококипящие фракции нагревают с целью разрыва больших молекул. До размеров молекул, входящих в состав бензина. Это и называют крекингом. Крекинг мазута проводят при температуре 450–550°С. Благодаря крекингу можно получать из нефти до 70% бензина.

Бензин газовый

Бензин газовый представляет собой продукт переработки попутного нефтяного газа. Содержащий предельные углеводороды с числом атомов углерода не менее трех. Различают стабильный (БГС) и нестабильный (БГН) варианты газового бензина. БГС бывает двух марок – легкий (БЛ) и тяжелый (БТ). Применяется в качестве сырья в нефтехимии. На заводах органического синтеза. Также для компаундирования автомобильного бензина. Получения бензина с заданными свойствами путем его смешивания с другими бензинами.

Пиролизные бензины

Пиролиз – это крекинг при температурах 700–800°С. Крекинг и пиролиз позволяют довести суммарный выход бензина до 85%. Первооткрывателем крекинга и создателем проекта промышленной установки в 1891 году был русский инженер В.Г. Шухов.

Стоимость бензина

Стоимость бензина (АИ-92, АИ-95), которым мы заправляем машину, не равняется стоимости сырой нефти. Бензин делают из нё. Чтобы получился бензин, ее перерабатывают на специальных нефтеперерабатывающих заводах. Так, если цена сырой нефти поднимается, следовательно, поднимается и стоимость бензина. Вроде бы все просто. Но, удивительно: когда цена на сырую нефть падает, почему-то стоимость бензина не уменьшается. Почему? На стоимость бензина влияет куча факторов.

температура кипения и детонационная стойкость автомобильных бензинов




2. температура кипения бензина

Рассмотрим, что же происходит с бензином по пути от бензобака автомобиля до камеры сгорания двигателя. По топливопроводам бензин поступает в карбюратор автомобиля. Из распылителей карбюратора бензин вытекает в жидком виде. На пути от распылителя, во впускном коллекторе, бензин испаряется так, что доля его паров в воздухе колеблется в пределах 75- 125г/м3, образуя тем самым взрывчатую смесь. Отсюда следует, что одним из основных свойств бензина является его способность испаряться. Как известно, на процесс испарения любой жидкости оказывают значительное влияние её вязкость, плотность и коэффициент поверхностного натяжения. Самым же главным для испарения является температура кипения.

ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ — температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением. Температура кипения любой жидкости при нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа, или 760 мм рт. ст.) называют нормальной температурой кипения или точкой кипения.

Бензин, как мы это уже знаем, является смесью, состоящей из нескольких фракций, поэтому он не может иметь строго определенной температуры кипения по определению. При атмосферном давлении входящие в состав автомобильного бензина легкие фракции начинают кипеть при температуре от 30 до 40 градусов, а тяжелые выкипают при значительно высоких температурах (иногда более 200 градусов).

Температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, так как при низких температурах именно эти 10% испаряются при первых вспышках в цилиндрах автомобиля. Температура пуска значительно понижается при увеличении степени сжатия в цилиндрах, при применении электронного зажигания и увеличении частоты вращения двигателя на этапе пуска. Из вышесказанного следует: чем ниже температура кипения, тем легче произвести запуск холодного двигателя.

Однако слишком низкая температура кипения автомобильного бензина влечет за собой проблемы при запуске двигателя в жаркую погоду. Значительно повышается общая пожароопасность при эксплуатации автомобиля, возможно возникновение потери бензина вследствие чрезмерного его испарения по пути в цилиндры двигателя. При низкой температуре кипения наиболее легкие фракции бензина начинают испаряться и кипеть уже в бензопроводе, в бензонасосе, образуя тем самым паровые пробки, которые препятствуют поступлению бензина в карбюратор автомобиля.

Огромное значение для эксплуатационных свойств бензина имеет непосредственно интервал температур от начала кипения его наиболее легких фракций до окончания кипения наиболее тяжелых. Чем уже этот интервал, тем меньше времени затрачивается на прогрев холодного двигателя, приемистость двигателя при этом значительно возрастает.

И последнее, температура бензина, при которой полностью выкипают все его тяжелые фракции, оказывает значительное влияние на общий срок службы двигателя.

3. детонационная стойкость бензина

Детонация моторного топлива — это чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя из-за накопления органических пероксидов в топливной смеси. При сильной детонации мощность двигателя падает, детали двигателя подвергаются наиболее высоким тепловым и механическим нагрузкам. В результате работы двигателя с повышенной детонацией происходит обгорание и разрушение рабочих кромок клапанов и поршней, электродов свечей. Повышенная детонация может вызвать пробой прокладки головки блока. Ударные волны, возникающие вследствие повышенной детонации, разрушают масляную пленку между поршнем и гильзой цилиндра, что приводит к повышенному износу пар трения. Все вышеперечисленные процессы происходят при низкой детонационной стойкости автомобильного бензина.

Напротив, бензин, имеющий повышенную детонационную стойкость, слишком медленно горит. При применении таких бензинов горение в цилиндрах значительно затягивается, продукты сгорания не успевают расшириться и охладиться. Повышенная температура отработанных газов производит губительное действие на выпускные клапаны, в результате чего последние быстро прогорают.

Детонационную стойкость бензина принято выражать октановым числом. Октановое число определяется на одноцилиндровом двигателе специальной конструкции, обеспечивающем переменную степень сжатия при эталонных условиях работы на обедненной топливной смеси. Детонационная стойкость автомобильных бензинов определяется двумя методами: моторным и исследовательским. Отличия этих методов заключается в режимах их проведения. Испытания бензина по исследовательскому методу проводят при менее напряженном режиме: смесь за карбюратором не подогревают. Напротив, при моторном методе, на входе в камеру сгорания поддерживают температуру бензиновой смеси на уровне 150 градусов. В связи с этим моторный метод наиболее точно оценивает детонационные свойства бензина на форсированном режиме, а исследовательский — при работе двигателя с частыми остановками и с ограничением мощности.

На основе детонационных свойств производится распределение автомобильных бензинов по маркам. В марке бензина указываются его октановое число, найденное по одному из вышеуказанных методов.

Пример:

  • А-95: А — бензин автомобильный с октановым числом 95, вычисленным по моторному методу;

  • АИ-98: АИ — бензин автомобильный с октановым числом 98, вычисленным по исследовательскому методу;

Отклонение истинного октанового числа используемого бензина от нормы (иногда наблюдающееся при заправке автомобиля некачественным топливом) на 3-4 единицы в любую сторону, можно компенсировать регулировкой опережения зажигания.

Температура — горение — топливо

Химическая стабильность

Рассматривая химические качества бензина, нужно делать основной акцент на то, как долго состав углеводородов будет неизменным, так как при долгом складировании более легкие компоненты исчезают, и эксплуатационные качества сильно снижаются.

В частности, остро проблема стоит тогда, если из бензина с минимальным октановым числом получилось горючее более высокой марки (АИ 95) методом добавления в его состав пропан или метана. Их антидетонационные качества выше, чем у изооктана, но и рассеиваются они моментально.

По ГОСТу химический состав топлива любой марки должен быть неизменным в течение 5 лет при соблюдении правил складирования. Но на деле часто даже только что приобретенное топливо уже имеет октановое число ниже заданного.

Виноваты в этом недобросовестные продавцы, которые добавляют сжиженный газ в емкости с горючим, время хранения которого истекло, и содержание не отвечает требованиям ГОСТа. Обычно к одному и тому же топливу добавляют различное число газа для получения октанового числа, равного 92 или 95. Подтверждением таких хитростей является резкий запах газа на АЗС.

Скорость — сгорание — топливо

Скорость сгорания топлива сильно возрастает, если горючая смесь находится в интенсивно вихревом ( турбулентном) движении. Соответственно интенсивность турбулентного теплообмена может быть значительно выше, чем при молекулярной диффузии.

Скорость сгорания топлива зависит от целого ряда причин, рассматриваемых ниже в данной главе и, в частности, — от качества перемешивания топлива с воздухом. Скорость сгорания топлива определяется количеством его, сжигаемым в единицу времени.

Скорость сгорания топлива и, следовательно, мощность тепловыделения определяются величиной поверхности горения. Угольная пыль с максимальным размером частиц 300 — 500 мкм имеет в десятки тысяч раз большую поверхность горения, чем крупное сортированное топливо цепных решеток.

Скорость сгорания топлива зависит от температуры и давления в камере сгорания, возрастая при их повышении. Поэтому после воспламенения скорость сгорания повышается и в конце камеры сгорания становится очень большой.

На скорость сгорания топлива влияет также число оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов продолжительность фазы сокращается.

Турбулентность потока газов резко повышает скорость сгорания топлива вследствие увеличения площади поверхности горения и скорости распространения фронта пламени при повышении скорости переноса тепла.

При работе на обедненной смеси скорость сгорания топлива замедляется. Поэтому количество тепла, отдаваемое газами деталям, увеличивается, и двигатель перегревается. Признаками переобедненной смеси являются вспышки в карбюраторе и впускном трубопроводе.

Турбулентность потока газов резко повышает скорость сгорания топлива вследствие увеличения площади поверхности горения и скорости распространения фронта пламени за счет повышения скорости переноса тепла.

Максимальным цетановым числом, характеризующим скорость сгорания топлива в двигателе, обладают нормальные алканы.

Состав рабочей смеси сильно влияет на скорость сгорания топлива в двигателе. Эти условия имеют место при коэфф.

Влияние качества развития процесса сгорания определяется скоростью сгорания топлива в основной фазе. При сгорании большою количества топлива в этой фазе значения pz и Tz возрастают, уменьшается доля догорающего топлива в процессе расширения и пока-затель политропы nz становится больше. Такое развитие процесса является наиболее благоприятным, так как достигается наилучшее теплоиспользование.

В рабочем процессе двигателя очень важна величина скорости сгорания топлива. Под скоростью сгорания понимается количество ( масса) топлива, реагирующее ( сгорающее) в единицу времени.

Ряд общих явлений указывает на то, что скорость сгорания топлива в двигателях имеет вполне закономерный, а не случайный характер. На это указывает воспроизводимость в цилиндре двигателя более или менее однозначных циклов, чем, собственно, и обусловливается устойчивая работа двигателей. В этих же двигателях затяжной характер горения наблюдается всегда при бедных смесях. Жесткая работа двигателя, возникающая при большой скорости реакций сгорания, наблюдается, как правило, в бескомпрессорных дизелях, а мягкая работа — в двигателях с воспламенением от электрической искры. Это указывает на то, что принципиально отличные смесеобразование и воспламенение вызывают закономерное изменение скорости горения. С увеличением числа оборотов двигателя продолжительность горения во времени уменьшается, а по углу поворота коленчатого вала увеличивается. Кинетические кривые хода выгорания в двигателях сходны по своему характеру с кинетическими кривыми ряда химических реакций, не имеющих прямого отношения к двигателям и протекающих в иных условиях.

Опыты указывают на зависимость интенсивности лучистого теплообмена и от скорости сгорания топлива. При быстром сгорании в корне факела развиваются более высокие температуры и интенсифицируется теплоотдача. Неоднородность температурного поля, наряду с различными концентрациями излучающих частиц, приводит к неоднородности степени черноты пламени. Все отмеченное создает большие трудности для аналитического определения температуры излучателя и степени черноты топки.

При ламинарном пламени ( см. подробнее § 3) скорость сгорания топлива постоянна и Q 0; процесс сгорания бесшумен. Однако, если зона горения турбулентна, а именно этот случай и рассматривается, то если даже расход топлива в среднем постоянен, локальная скорость горения меняется во времени и для малого элемента объема Q.Q. Турбулентность непрерывно возмущает пламя; в каждый данный момент горение ограничено этим пламенем или серией пламен, занимающих случайное положение в зоне горения.

Кипение — бензин

Кипение бензина начинается при сравнительно низкой температуре и протекает очень интенсивно.

Конец кипения бензина не указан.

Начало кипения бензина — ниже 40 С, конец — 180 С, температура начала кристаллизации не выше — 60 С. Кислотность бензина не превышает 1 мг / 100 мл.

Температура конца кипения бензина по ГОСТ составляет 185 С, а фактическая — 180 С.

Температура конца кипения бензина — это температура, при которой стандартная ( 100 мл) порция испытуемого бензина полностью перегоняется ( выкипает) из стеклянной колбы, в которой она находилась, в приемник-холодильник.

Схема стабилизационной установки.

Конечная точка кипения бензина не должна превышать 200 — 225 С. Для авиационных бензинов конечная температура кипения лежит значительно ниже, доходя в некоторых случаях до 120 С.

МПа температура кипения бензина равна 338 К, его средняя молярная масса 120 кг / кмоль, а теплота парообразования г ь 252 кДж / кг.

Температура начала кипения бензина, например 40 для авиабензинов говорит о наличии легких, низкокипящих фракций, но не указывает их содержания. Температура выкипания первой 10 % — ной фракции, или пусковой, характеризует пусковые свойства бензина, его испаряемость, а также склонность к образованию газовых пробок в системе подачи бензина. Чем ниже температура выкипания 10 % — ной фракции, тем легче запустить двигатель, но и тем больше возможность образования газовых пробок, которые могут вызвать перебои в подаче топлива и даже остановку двигателя. Слишком высокая температура выкипания пусковой фракции затрудняет запуск двигателя при низких температурах окружающей среды, что приводит к потерям бензина.

Влияние температуры конца кипения бензина на его расход при эксплуатации автомобиля.| Влияние температуры перегонки 90 % бензина на октановое число-бензинов различного происхождения.

Снижение конца кипения бензинов риформинга ведет к ухудшению их детонационной стойкости. Для решения этого вопроса необходимы исследовательские работы и экономические расчеты. Следует отметить, что в зарубежной практике целого ряда стран в настоящее время вырабатываются и применяются автомобильные бензины с температурой конца кипения 215 — 220 С.

Влияние температуры конца кипения бензина на его расход при эксплуатации автомобиля.| Влияние температуры перегонки 90 % бензина на октановое число бензинов различного происхождения.

Снижение конца кипения бензинов риформинга ведет к ухудшению их детонационной стойкости. Для решения этого вопроса необходимы исследовательские работы и экономические расчеты. Следует отметить, что в зарубежной практике целого ряда стран в настоящее время вырабатываются и применяются автомобильные бензины с температурой конца кипения 215 — 220 С.

Если температура конца кипения бензина высока, то содержащиеся в нем тяжелые фракции могут не испариться, а, следовательно, и не сгореть в двигателе, что приведет к повышенному расходу топлива.

Понижение температуры конца кипения бензинов прямой перегонки ведет к повышению их детонационной стойкости. С низкооктановых бензинов прямой перегонки имеют октановые числа соответственно 75 и 68 и применяются в качестве компонентов автомобильных бензинов.

Горение — бензин

Горение бензина, керосина и других жидких углеводородов происходит в газовой фазе. Горение может происходить только тогда, когда концентрация пара горючего в воздухе находится в известных пределах, индивидуальных для каждого вещества. Если пары горючего будут содержаться в воздухе IB малом количестве, то горение не возникнет, так же как и в том случае, когда паров горючего будет слишком много, а ислорода — недостаточно.

Изменение температуры на поверхности керосина во1 время тушения его пенами.| Распределение температуры в керосине перед началом тушения ( а и в конце.

При горении бензина, как известно, образуется го-мотермический слой, толщина которого увеличивается со временем.

При горении бензина образуется вода и двуокись углерода. Может ли служить это достаточным подтверждением того, что бензин не является элементом.

При горении бензина, керосина и других жидкостей в резервуарах особенно хорошо видны дробление газового потока на отдельные объемы и сгорание каждого из них в отдельности.

При горении бензина и нефти в резервуарах большого диаметра характер прогрева существенно отличается от описанного выше. При их горении возникает прогретый слой, толщина которого закономерно растет с течением времени и температура одинакова с температурой на поверхности жидкости. Под ним температура жидкости быстро падает и становится почти одинаковой с начальной температурой. Характер кривых показывает, что бензин при горении разбивается как бы на два слоя — на верхний и нижний.

Например, горение бензина на воздухе называют химическим процессом. В этом случае выделяется энергия, равная приблизительно 1300 ккал на 1 моль бензина.

Анализ продуктов горения бензинов и масел приобретает чрезвычайно важное значение, так как знание индивидуального состава таких продуктов необходимо для исследования процессов горения в моторе и для изучения загрязнения воздуха.

Таким образом, при горении бензина в широких резервуарах на излучение расходуется до 40 % теплоты, выделяющейся в результате горения.

В табл. 76 приводится скорость горения бензина с добавками тетранитро-метана.

Опытами установлено, что на скорость горения бензина с поверхности резервуара значительно влияет его диаметр.

Расстановка сил и средств при тушении пожара на перегоне.

С помощью ГПС-600 пожарные успешно справились с ликвидацией горения бензина, разлившегося вдоль железнодорожного полотна, обеспечив продвижение ствольщиков к месту сцепки цистерн. Разъединив их, обрывком контактного провода прицепили к пожарному автомобилю 2 цистерны с бензином и вытянули их из зоны пожара.

Скорость прогрева нефтей в резервуарах различного диаметра.

Особенно большое увеличение скорости прогрева от ветра замечено при горении бензина. При горении бензина в резервуаре 2 64 м при скорости ветра 1 3 м / сек скорость прогрева была 9 63 мм / мин, а при скорости ветра 10 м / сек скорость прогрева увеличивалась до 17 1 мм / мин.

Температура — горение — топливо

Зависимость критерия В от отношения площади источников тепла к площади иола цеха.

Интенсивность облучения рабочего зависит от температуры горения топлива в печи, размеров загрузочного отверстия, толщины стенок печи у загрузочного отверстия и, наконец, от расстояния, на котором находится рабочий от загрузочного отверстия.

Отношения СО / СО, и Н2 / Н О в продуктах неполного сгорания природного газа в зависимости от коэффициента расхода воздуха а.

Практически достижимой температурой 1Л называется температура горения топлива в реальных условиях. При определении ее значения учитываются тепловые потери в окружающую среду, длительность процесса горения, метод сжигания и другие факторы.

Избыток воздуха резко сказывается на температуре горения топлива. Так, например, действительная температура горения природного газа при 10 % — ном избытке воздуха равна 1868 С, при 20 % — ном избытке-1749 С и при 100 % — ком избытке воздуха снижается до 1167 С. С другой стороны, предварительный подогрев воздуха, идущего на сжигание топлива, повышает температуру его горения. Так, при сжигании природного газа ( 1Макс 2003 С) с воздухом, нагретым до 200 С, температура горения повышается до 2128 С, а при нагревании воздуха до 400 С — до 2257 С.

Общая схема устройства печи.

При подогреве воздуха и газообразного топлива температура горения топлива повышается, а следовательно, повышается и температура рабочего пространства печи. Во многих случаях достижение температур, необходимых для данного технологического процесса, невозможно без высокого подогрева воздуха и газообразного топлива. Так, например, выплавка стали в мартеновских печах, для осуществления которой температура факела ( потока горящих газов) в плавильном пространстве должна составлять 1800 — 2 000 С, была бы невозможна без подогрева воздуха и газа до 1000 — 1 200 С. При отоплении промышленных печей низкокалорийным местным топливом ( влажные дрова, торф, бурый уголь) работа их без подогрева воздуха часто даже невозможна.

Из этой формулы видно, что температуру горения топлива можно повысить, увеличивая ее числитель и уменьшая знаменатель. Зависимость температуры горения различных газов от коэффициента избытка воздуха показана на фиг.

Избыток воздуха также резко сказывается на температуре горения топлива. Так, жаропроизводительность природного газа при избытке воздуха в 10 % — 1868 С, при избытке воздуха в 20 % — 1749 С и при 100 % — ном избытке равна 1167 С.

Если температура горячего спая лимитируется только температурой горения топлива, применение рекуперации дает возможность увеличить температуру Тт за счет повышения температуры продуктов сгорания и таким образом повысить общую эффективность ТЭГ.

Обогащение дутья кислородом приводит к значительному повышению температуры горения топлива. Как показывают данные графика рис. 17, теоретическая температура горения топлива связана с обогащением дутья кислородом зависимостью, которая до содержания кислорода в дутье 40 % практически прямолинейна. При более высоких степенях обогащения начинает оказывать существенное влияние диссоциация продуктов горения, в результате чего кривые зависимости температуры от степени обогащения дутья отклоняются от прямых и асимптотически приближаются к температурам, предельным для данного топлива. Таким образом, рассматриваемая зависимость температуры горения топлива от степени обогащения дутья кислородом имеет две области — область относительно малых обогащений, где имеется линейная зависимость, и область больших обогащений ( свыше 40 %), где нарастание температуры имеет затухающий характер.

Важным теплотехническим показателем работы печи является температура печи, зависящая от температуры горения топлива и характера потребления тепла.

Зола топлива, в зависимости от состава минеральных примесей, при температуре горения топлива может сплавляться в куски шлака. Характеристика золы топлива в зависимости от температуры приведена в табл. НО.

Величина tmaK в табл. IV — З — калориметрическая ( теоретическая) температура горения топлива.

Потери тепла через стенки топок наружу ( в окружающую среду) снижают температуру горения топлива.

Сгорание — бензин

Сгорание бензина с детонацией сопровождается появлением резких металлических стуков, черного дыма на выхлопе, увеличением расхода бензина, снижением мощности двигателя и другими отрицательными явлениями.

Сгорание бензина в двигателе зависит и от коэффициента избытка воздуха. При значениях а 0 9 — j — 1 1 скорость протекания пред-пламенных процессов окисления в рабочей смеси наибольшая. Поэтому при этих значениях а создаются наиболее благоприятные условия для возникновения детонации.

После сгорания бензина общая масса таких загрязнителей значительно увеличивалась вместе с общим перераспределением их количеств. Процентное содержание бензола в конденсате автомобильных выхлопных газов примерно в 1 7 раза превышало его содержание в бензине; содержание толуола было в 3 раза больше, а ксилола — в 30 раз больше. Известно, что при этом образуются кислородные соединения, а также резко возрастает число ионов — характерных для более тяжелых ненасыщенных соединений олефино-вого или циклопарафинового рядов и ацетиленового или диенового рядов, особенно последнего. Вообще говоря, изменения, происходившие в камере Haagen-Smit, напоминали изменения, необходимые для того, чтобы придать составу типичных проб выхлопного газа автомобилей сходство с характерными пробами смога в Лос-Анжелосе.

Теплота сгорания бензина зависит от его химического состава. Поэтому углеводороды, богатые водородом ( например, парафиновые), имеют большую массовую теплоту сгорания.

Продукты сгорания бензина расширяются в ДВС по политропе п1 27 от 30 до 3 ат. Начальная температура газов 2100 С; массовый состав продуктов сгорания 1 кг бензина следующий: СО23 135 кг, Н2 1 305 кг, О20 34 кг, N2 12 61 кг. Определить работу расширения этих газов, если одновременно подается в цилиндр 2 г бензина.

Влияние ТЭС на нагарообразование в двигателе.

При сгорании бензина с ТЭС образуется нагар, содержащий окись свинца.

При сгорании бензинов в поршневых двигателях внутреннего сгорания почти все образующиеся продукты выносятся с отработанными газами. Лишь сравнительно небольшая часть продуктов неполного сгорания топлива и масла, небольшое количество неорганических соединений, образовавшихся из элементов, вносимых с топливом, воздухом и маслом, осаждаются в виде нагара.

При сгорании бензина с тетраэтилсвинцом, по-видимому, образуется окись свинца, которая плавится только при температуре 900 С и может испариться при очень высокой температуре, превышающей среднюю температуру в цилиндре двигателя. Для предотвращения отложения окиси свинца в двигателе в этиловую жидкость вводят специальные вещества — выноси-тели. Выносителями служат галоидопроизводные углеводородов. Обычно это соединения, содержащие бром и хлор, которые тоже сгорают и связывают свинец в новых бромистых и хлористых соединениях.

Влияние ТЭС на нагарообразование в двигателе.

При сгорании бензина с ТЭС образуется нагар, содержащий окись свинца.

При сгорании бензина, содержащего чистый ТЭС, в моторе отлагается налет свинцовых соединений. Состав этиловой жидкости марки Р-9 ( по весу): тетраэтилсвинца 54 0 %, бромэтана 33 0 %, монохлорнафталина 6 8 0 5 %, наполнителя — авиационного — бензина — до 100 %; красителя темно-красного 1 г на 1 кг смеси.

При сгорании бензина, содержащего ТЭС, в двигателе образуется окись свища, имеющая низкую летучесть; так как температура плавления окиси свинца довольно высока ( 888), часть ее ( около 10 %, считая на свинец, введенный с бензином ) отлагается в виде твердого осадка на стенках камеры сгорания, свечах и клапанах, что приводит к быстрому выходу двигателя из строя.

При сгорании бензина в двигателе автомобиля также образуются меньшие молекулы и происходит распределение выделяемой энергии в большем объеме.

Раскаленные от сгорания бензина газы обтекают теплообменник 8 ( внутри со стороны камеры сгорания и далее, через окна 5 снаружи, проходя по камере отработавших газов 6) и нагревают воздух в канале теплообменника. Далее горячие отработавшие газы по выпускной трубе 7 подаются под поддон картера двигателя и подогревают двигатель снаружи, а горячий воздух из теплообменника подается через сапун в картер двигателя и подогревает двигатель изнутри. Через 1 5 — 2 мин после начала подогрева свеча накаливания выключается и горение в подогревателе продолжается без ее участия. Спустя 7 — 13 мин с момента получения импульса на пуск двигателя, масло в картере прогревается до температуры 30 С ( при температуре окружающей среды до — 25 С) и начинается подача импульсов пуска агрегата, после осуществления которого подогреватель выключается.

Горение — нефтепродукт

Горение нефтепродуктов в обваловке резервуарного парка ликвидируется немедленной подачей пены.

Горение нефтепродуктов в обваловке резервуарного парка ликвидируется путем немедленной подачи пены.

При горении нефтепродуктов температура кипения их ( см. табл. 69) постепенно повышается в силу происходящей фракционной перегонки, в связи с чем повышается и температура верхнего слоя.

К Схема противопожарного водопровода для охлаждения горящего резервуара через кольцо орошения..

При горении нефтепродукта в резервуаре верхняя часть верхнего пояса резервуара подвергается воздействию пламени. При горении нефтепродукта на более низком уровне высота свободного борта резервуара, соприкасающегося с пламенем, может быть значительной. При таком режиме горения может разрушиться резервуар. Вода из пожарных стволов или из стационарных колец орошения, попадая на наружную часть верхних стенок резервуара, охлаждает их ( рис. 15.1), предотвращая таким образом аварию и растекание нефтепродукта в обвалование, создавая более благоприятные условия для применения воздушно-механической пены.

Интересны результаты изучения горения нефтепродуктов и их смесей.

Температура его при горении нефтепродуктов составляет: бензина 1200 С, керосина тракторного 1100 С, дизельного топлива 1100 С, нефти сырой 1100 С, мазута 1000 С. При горении древесины в штабелях температура турбулентного пламени достигает 1200 — 1300 С.

Особенно большие исследования в области физики горения нефтепродуктов и тушения их были проведены за последние 15 лет в Центральном научно-исследовательском институте противопожарной обороны ( ЦНИИПО), Энергетическом институте АН СССР ( ЭНИН) и ряде других научно-исследовательских и учебных институтов.

Примером отрицательного катализа является подавление процессов горения нефтепродуктов при добавке гало-идированных углеводородов.

Вода способствует вспениванию и образованию эмульсий при горении нефтепродуктов, имеющих температуру вспышки 120 С и выше. Эмульсия, закрывая поверхность жидкости, изолирует ее от кислорода воздуха, а также препятствует выходу паров из нее.

Скорость сгорания сжиженных углеводородных газов в изотермических резервуарах.

Горение сжиженных углеводородных газов в изотермических резервуарах не отличается от горения нефтепродуктов. Скорость сгорания в этом случае может быть вычислена по формуле ( 13) либо определена экспериментально. Особенность горения сжиженных газов в изотермических условиях заключается в том, что температура всей массы жидкости в резервуаре равна температуре кипения при атмосферном давлении. Для водорода, метана, этана, пропана и бутана эти температуры равны соответственно — 252, — 161, — 88, — 42 и 0 5 С.

Схема установки генератора ГВПС-2000 на резервуаре.

Исследования и практика тушения пожаров показали, что для прекращения горения нефтепродукта пена должна полностью покрыть всю его поверхность слоем определенной толщины. Все пены с низкой кратностью малоэффективны при тушении пожаров нефтепродуктов в резервуарах при нижнем уровне взлива. Пена, падая с большой высоты ( 6 — 8 м) на поверхность горючего, окунается и обволакивается пленкой топлива, сгорает или быстро разрушается. Только пены кратностью 70 — 150 можно забрасывать в горящий резервуар навесными струями.

Противопожарные разрывы.

Температура — самовоспламенение

Температура самовоспламенения определяется специальными приборами и составляет для горючих жидкостей 400 — 700 С.

Температура самовоспламенения — минимальная темпера тура, при которой горючее вещество загорается без внешних источников зажигания при соприкосновении с кислородом воздуха.

Температура самовоспламенения характеризует возможность начала пламенного горения вещества при контакте его с кислородом воздуха. Температура самовоспламенения горючей системы обычно относится к горючему веществу, входящему в нее. Она не является постоянной для одного и того же горючего вещества и изменяется в зависимости от его концентрации, давления, размеров, формы и материала сосудов и от других факторов. С увеличением объема и повышением давления смеси температура самовоспламенения снижается. Так, например, у бензина температура самовоспламенения составляет 480 С при абсолютном давлении 0 1 МН / м2 ( 1 кгс / см2) и 310 С при 1 МН / м2 ( 10 кгс / см2), а у керосина соответственно 460 и 250 С.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Температура самовоспламенения характеризует способность нефтепродуктов к самовозгоранию в присутствии кислорода воздуха, но без воздействия открытого огня. При атмосферном давлении она составляет для дизельного топлива 300 — 330 С, для керосина 290 — 430 С, для бензина 510 — 530 С.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Температура самовоспламенения не имеет точного значения. Она зависит от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, степени однородности смеси, формы и размеров сосуда, в котором происходит нагревание смеси, каталитического влияния стенок сосуда, быстроты и способа нагрева смеси и давления, под которым находится смесь.

Температура самовоспламенения — это та температура, до которой нужно нагреть вещество, чтобы оно загорелось.

Температура самовоспламенения — Это наименьшая температура паров или газов, до которой их нужно нагреть, чтобы они воспламенились при наличии окислителя без внесения в них открытого источника зажигания.

Температура самовоспламенения играет существенную роль в оценке качества дизельных тонлнв.

Температура самовоспламенения понижается при увеличении концентрации кислорода в воздухе и повышении давления в цилиндре двигателя. Но даже в этих условиях высокоароматизированные топлива могут не воспламеняться.

Температура самовоспламенения для данной горючей смеси зависит от объема и формы сосуда, в котором она находится. Чем больше объем горючей смеси, тем меньше поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу ее объема. Если теплоотдача мала, то самовоспламенение возникает уже при небольшой температуре. Наоборот, при очень малом объеме горючей смеси поверхность теплоотдачи, приходящаяся на единицу объема, становится такой большой, что теплоотдача во много раз превышает теплообразование и самовоспламенения не произойдет или оно возникнет при очень высокой температуре.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура смеси паров жидкости с воздухом, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению пламенного горения.

Температура самовоспламенения продуктов в воздухе.

Бензин — статья в энциклопедии — Citizendium

(PD) Фото: Правительство США
Автомобили для личного пользования являются крупнейшими потребителями бензина.

Бензин или бензин — это топливо, полученное из сырой нефти, для использования в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Обычный бензин в основном представляет собой смешанную смесь из более чем 200 различных углеводородных жидкостей, от жидкостей, содержащих 4 атома углерода, до жидкостей, содержащих 11 или 12 атомов углерода.Он имеет начальную точку кипения при атмосферном давлении около 35 ° C (95 ° F) и конечную точку кипения около 200 ° C (395 ° F). [1] [2] [3] [4] Бензин используется в основном в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания в автомобильных транспортных средствах, а также в некоторых небольших самолетах.

В Канаде и США обычно используется слово «бензин», которое часто сокращают до просто «газ», хотя это скорее жидкость, чем газ.Фактически, бензозаправочные станции называют «заправочными станциями».

Большинство нынешних или бывших стран Содружества используют термин «бензин», а их заправочные станции называются «заправочными станциями». Иногда также используется термин «бензиновый бензин». В некоторых европейских странах и в других местах термин «бензин» (или вариант этого слова) используется для обозначения бензина.

В авиации слово «могас» (сокращение от «автомобильный бензин») используется для отличия автомобильного автомобильного топлива от авиационного топлива, известного как «avgas».

Производство бензина из сырой нефти

Для получения дополнительной информации см .: Процессы нефтепереработки .

Бензин и другие конечные продукты производятся из сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах. По ряду причин очень трудно количественно оценить количество бензина, полученного путем переработки определенного количества сырой нефти:

  • Во всем мире существуют буквально сотни различных источников сырой нефти, и каждая сырая нефть имеет свою уникальную смесь тысяч углеводородов и других материалов.
  • По всему миру также существуют сотни нефтеперерабатывающих заводов, и каждый из них предназначен для обработки определенной сырой нефти или определенного набора сырой нефти. Кроме того, каждый нефтеперерабатывающий завод имеет свою собственную уникальную конфигурацию процессов переработки нефти, которая производит свой собственный уникальный набор компонентов бензиновой смеси. Некоторые виды сырой нефти имеют более высокую долю углеводородов с очень высокими температурами кипения, чем другие виды сырой нефти, и поэтому требуют более сложных конфигураций нефтеперерабатывающих заводов для производства углеводородов с более низкой точкой кипения, которые можно использовать в бензинах.
  • Существует множество различных спецификаций бензина, утвержденных различными местными, государственными или национальными правительственными агентствами.
  • Во многих географических регионах количество бензина, производимого в летний сезон (т. Е. В сезон наибольшего спроса на автомобильный бензин), значительно отличается от количества, производимого в течение зимнего сезона.
(PD) Изображение: Milton Beychok
Средний выход нефтепродуктов в США.

Однако в среднем по всем нефтеперерабатывающим заводам, работавшим в США в 2007 году, [5] переработка барреля сырой нефти (то есть 42 галлона или 159 литров) давала 19,2 галлона (72,7 литра) конечного продукта бензина. как показано на соседнем изображении. Это объемная доходность 45,7 процента. Средний выход бензина на НПЗ в других странах может быть другим.

С точки зрения рабочих характеристик при использовании в автомобильных двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием, наиболее важной характеристикой бензина является его октановое число (обсуждается далее в этой статье).Парафиновые углеводороды (алканы), в которых все атомы углерода находятся в прямой цепи, имеют самое низкое октановое число. Углеводороды с более сложной конфигурацией, такие как ароматические углеводороды, олефины и разветвленные парафины, имеют гораздо более высокое октановое число. С этой целью многие процессы нефтепереработки, используемые на нефтеперерабатывающих заводах, предназначены для производства углеводородов с более сложной конфигурацией.

Некоторые из наиболее важных технологических потоков нефтеперерабатывающих заводов, которые смешиваются вместе для получения конечных бензинов [6] :

Свойства, определяющие рабочие характеристики бензина

(PD) Изображение: Милтон Бейчок
Схема 4-тактного цикла двигателя внутреннего сжатия с искровым зажиганием.

Октановое число

На соседнем изображении показано, что происходит в одном из цилиндров сгорания бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающего в 4-тактном цикле. Каждый цилиндр в двигателе имеет подвижный поршень, который может скользить вверх и вниз внутри цилиндра. Хотя это не показано на изображении, нижняя часть поршня соединена с вращающимся центральным коленчатым валом с помощью так называемого шатуна . Цикл начинается с поршня в верхней части цилиндра (т.е.е., где поршень наиболее удален от оси коленчатого вала), а впускной и выпускной клапаны закрыты. Затем:

  • Во время хода впуска поршень тянется вниз вращающимся коленчатым валом, и впускной клапан открывается, впуская смесь топлива и воздуха.
  • Во время хода сжатия впускной клапан закрывается, и поршень толкается вверх за счет вращения коленчатого вала, который сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Во время такта power сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания.Возникающее в результате повышение температуры и давления горящего топлива заставляет поршень опускаться вниз, что, в свою очередь, заставляет вращаться коленчатый вал.
  • Во время хода выпуска выпускной клапан открывается, и вращающийся коленчатый вал толкает поршень вверх, заставляя газообразные продукты сгорания выходить из цилиндра. На этом 4-тактный цикл заканчивается, а затем цикл начинается снова.

В типичном многоцилиндровом двигателе синхронизация цикла каждого цилиндра такова, что коленчатый вал постоянно вращается.

(PD) Изображение: Milton Beychok
Упрощенная структура 2,2,4-триметилпентана и н-гептана.

Если бензин самопроизвольно воспламеняется и детонирует (т. Е. Взрывается) до того, как он воспламеняется свечой зажигания, это вызывает аномальное явление, известное как детонация , звон или искровый детонация . Стук достаточно слышен, и продолжительный стук приведет к повреждению двигателя.

Как вкратце упоминалось выше, наиболее важной характеристикой бензина является его октановое число, которое является мерой устойчивости бензина к детонации .Фактически, октановое число иногда называют антидетонационным индексом . Октановое число основано на произвольной шкале, индексированной относительно жидкой смеси изооктана (C 8 H 18 ), которая представляет собой 2,2,4-триметилпентан, и н-гептана (C 7 H 16 ). Изооктан (см. Соседнее изображение), с разветвленной структурой и высокой стойкостью к детонации, произвольно получил октановое число 100. N-гептан (см. Соседнее изображение), имеет прямую цепочку и плохую устойчивость к детонации произвольно присвоено октановое число 0.

Октановое число определенного бензина измеряется при его использовании в одноцилиндровом испытательном двигателе с переменной степенью сжатия и регулировкой степени для получения стандартной интенсивности детонации, регистрируемой прибором, известным как датчик детонации . По сравнению с табличными результатами аналогичных испытаний различных смесей изооктана и н-гептана при одинаковой степени сжатия определяется октановое число бензина. Например, если результаты испытаний бензина соответствуют результатам испытаний смеси, содержащей 90 об.% Изооктана и 10 об.% Н-гептана, то октановое число бензина принимается равным 90. [7]

Октановое число измеряется в двух различных рабочих условиях. Оценка, измеренная в более жестких условиях эксплуатации, называется октановым числом двигателя (MON) [8] , а оценка, измеренная в менее тяжелых условиях, называется октановым числом (RON) . [9] . Октановое число двигателя является более репрезентативным для характеристик бензина при его использовании в автомобиле, работающем под нагрузкой.Для многих составов бензина MON примерно на 8-10 пунктов ниже, чем RON.

В США и Канаде октановое число, указанное на насосах на заправочных станциях, является средним значением RON и MON бензина. Это среднее значение иногда называют октановым числом насоса (PON) , антидетонационным индексом (AKI) , дорожным октановым числом (RdON) и очень часто просто . (RON + MON) / 2) или (R + M) / 2 .В Европе, Австралии и других странах октановое число, указанное на насосах, чаще всего является октановым числом.

В целом, чем выше степень сжатия двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, тем выше уровень производительности двигателя и тем выше октановое число, необходимое для бензинового топлива. Конструкция двигателя определяет степень его сжатия и, следовательно, необходимое октановое число бензина. Использование бензина с октановым числом выше, чем требуется двигателю, не улучшит его характеристики, это просто будет стоить дороже.

Давление паров

Для получения дополнительной информации см .: Давление пара .

Давление паров бензина является мерой его склонности к испарению (то есть его летучесть ), а высокое давление пара приводит к высоким выбросам при испарении углеводородов, образующих смог, что нежелательно с экологической точки зрения. Однако с точки зрения характеристик бензина:

  • Бензин должен быть достаточно летучим, чтобы двигатели могли легко запускаться при минимальной ожидаемой температуре в географической зоне предполагаемого рынка бензина.По этой причине в большинстве регионов бензин, продаваемый в зимний период, имеет более высокое давление пара, чем бензин, продаваемый в летний сезон.
  • Слишком высокая летучесть может привести к чрезмерному испарению, что приведет к блокировке паров в топливном насосе и топливопроводах.

Таким образом, производители бензина должны предоставлять бензины, которые позволяют легко запускать двигатели и избегать проблем с паровой пробкой [10] [11] , в то же время соблюдая нормативные экологические ограничения на выбросы углеводородов.

Содержание серы

Для получения дополнительной информации см .: Сера .

При сгорании бензина любые соединения серы в бензине превращаются в выбросы газообразного диоксида серы, которые нежелательны с экологической точки зрения. Некоторая часть диоксида серы также соединяется с водяным паром, образующимся при сгорании бензина, и в результате образуется кислый коррозионный газ, который может повредить двигатель и его выхлопную систему. Кроме того, сера снижает эффективность встроенных каталитических нейтрализаторов (обсуждаемых далее в этой статье).

Таким образом, соединения серы в бензине крайне нежелательны как с экологической точки зрения, так и с точки зрения характеристик двигателя. [3] [12] [13] В настоящее время многие страны предписывают ограничение содержания серы в бензине до 10 частей на миллион по весу.

Стабильность при хранении

Бензин, хранящийся в топливных баках и других емкостях, со временем подвергнется окислительной деструкции и образует липкие смолы, именуемые камеди . Такие смолы могут выпадать в осадок из бензина и вызывать загрязнение различных компонентов двигателей внутреннего сгорания, что снижает производительность двигателей, а также затрудняет их запуск.Относительно небольшие количества различных антиокислительных присадок включают в конечный бензин для улучшения стабильности бензина во время хранения за счет ингибирования образования смол.

(PD) Изображение: Milton Beychok
Температура и соответствующее содержание воды, при которых разделяется смесь бензина и 10% этанола.

В конечный бензин также входят другие добавки, такие как ингибиторы коррозии для защиты резервуаров для хранения бензина, депрессанты точки замерзания для предотвращения обледенения и цветные красители для обеспечения безопасности или государственных нормативных требований. [1] [3] [10]

Как обсуждается далее в этой статье, многие бензины содержат этанол, который представляет собой спирт с формулой C 2 H 5 OH. Бензин нерастворим в воде, но этанол и вода взаимно растворимы. Таким образом, бензин конечного продукта, содержащий этанол, при определенных температурах и концентрациях воды будет разделяться на бензиновую фазу и водную фазу этанола. [14]

Например, соседний график показывает, что разделение фаз будет происходить в бензине при температурах от 5 до 16 ° C (от 40 до 60 ° F), содержащем 10 об.% Этанола и всего 0.От 40 до 0,50 об.% Воды.

Для того же диапазона температур доля воды, которую может содержать этанолсодержащий бензин без разделения фаз, увеличивается с увеличением процентного содержания этанола. Таким образом, бензины, содержащие более 10 об.% Этанола, будут менее подвержены разделению фаз.

Состав бензина и правила качества воздуха

В США

Не существует «стандартного» состава или набора спецификаций для бензина.В Соединенных Штатах из-за сложных национальных и отдельных государственных и местных программ по улучшению качества воздуха, а также из-за местных решений по переработке и маркетингу нефтеперерабатывающие предприятия должны поставлять топливо, которое соответствует множеству различных стандартов. Государственные и местные нормы качества воздуха, касающиеся бензина, частично совпадают с национальными, что приводит к тому, что в прилегающих или близлежащих районах характеристики бензина существенно различаются. Согласно подробному исследованию, проведенному в 2006 г., [12] в 2002 г. в Соединенных Штатах требовалось не менее 18 различных составов бензина.Поскольку многие нефтеперерабатывающие предприятия в Соединенных Штатах производят три сорта топлива, а спецификации топлива, продаваемого в летний сезон, значительно отличаются от спецификаций в зимний сезон, это число могло быть сильно занижено. В любом случае количество топливных составов, вероятно, немного увеличилось с 2002 года. В Соединенных Штатах различные топливные составы часто называют «обычными видами топлива». [12] [15] [16] В целом, большинство спецификаций бензина соответствуют требованиям так называемого бензина с модифицированным составом (RFG) , установленного федеральным законом и введенного в действие U.S. Агентство по охране окружающей среды (Агентство по охране окружающей среды США).

Некоторые из основных свойств и компонентов бензина, на которые обращают внимание различные национальные, государственные или местные нормативные программы:

  • Давление паров : Давление паров бензина вызывает озабоченность, поскольку выбросы углеводородов в бензине в результате испарения приводят к образованию озона в атмосфере, который вступает в реакцию с автомобильными и промышленными выбросами газообразных оксидов азота (NOx) с образованием так называемый фотохимический смог . Смог представляет собой комбинацию слов дым и туман и традиционно относится к смеси дыма и диоксида серы, образовавшейся в результате сжигания угля для обогрева зданий в таких местах, как Лондон, Англия в 19 веке и первая половина 20 века. Современный фотохимический смог возникает не от сжигания угля, а от автомобильных и промышленных выбросов углеводородов и оксидов азота. Он выглядит как коричневатая дымка над большими городскими территориями и раздражает глаза и легкие.
  • Оксиды азота : Различные оксиды азота (NOx) образуются при сгорании бензина в транспортных средствах и при сгорании других видов топлива на промышленных объектах. NOx — один из ингредиентов, участвующих в химии атмосферы, которая производит фотохимический смог, и, как таковой, является заметным загрязнителем воздуха. Фактически, это один из шести так называемых «критериев загрязнителей воздуха», которые регулируются Национальными стандартами качества окружающего воздуха (NAAQS) США.NOx, выбрасываемые автомобильными двигателями, работающими на бензине, в значительной степени контролируются с помощью бортовых устройств, называемых каталитическими преобразователями, установленных на большинстве современных автомобилей и других транспортных средств. Они преобразуют выбросы NOx в газообразный азот и кислород. Они также преобразуют любые выбросы газообразного оксида углерода в газообразный диоксид углерода, а также превращают любые несгоревшие углеводороды бензина в газообразный диоксид углерода и водяной пар.
  • Токсичные металлы :
    • Тетраэтилсвинец (TEL) — В 1920-х годах технология переработки нефти была довольно примитивной и производила бензины с октановым числом около 40-60.Но автомобильные двигатели быстро совершенствовались и требовали более качественных бензинов, что привело к поиску средств повышения октанового числа. Эти поиски завершились в 1921 г. [17] [18] [19] в разработке тетраэтилсвинца (TEL), бесцветной вязкой жидкости с химической формулой (CH 3 CH 2 ) 4 Pb. Несмотря на то, что этанол широко известен как альтернативная антидетонационная добавка [19] , менее дорогой TEL быстро стал коммерчески доступным под названием TEL fluid , который содержал 61.5% масс. ТЕЛ. Добавление всего 0,8 мл этой жидкости TEL на литр (эквивалент 0,5 грамма свинца на литр) бензина привело к значительному увеличению октанового числа. Производство и продажа этилированного газа было кратковременно запрещено в 1925 году Главным хирургом, [18] [19] , и была назначена группа экспертов для расследования ряда смертельных случаев, которые «произошли при производстве и смешивании. концентрированного тетраэтилсвинца ». [18] Затем, в 1927 году, Главный хирург установил добровольный стандарт для нефтеперерабатывающей промышленности при смешивании тетраэтилсвинца с бензином.Стандарт составлял 3 кубических сантиметра на галлон (см 3 / галлон), что соответствовало максимальному значению, которое тогда применялось среди нефтепереработчиков [18] , и, таким образом, не накладывало никаких реальных ограничений. В течение следующих 50 лет TEL использовался как наиболее экономичный способ повышения октанового числа бензинов. В течение этого периода технология переработки нефти развивалась до тех пор, пока высокооктановые бензины фактически не могли производиться без использования TEL. Кроме того, примерно в 1940-х годах было обнаружено, что свинец, выделяемый в выхлопных газах автомобильных двигателей внутреннего сгорания, является токсичным загрязнителем воздуха, серьезно влияющим на здоровье человека.Из-за его токсичности и того факта, что каталитические нейтрализаторы, устанавливаемые в транспортных средствах, не допускали присутствия свинца, Агентство по охране окружающей среды США в 1972 г. выступило с инициативой по поэтапному отказу от использования TEL в Соединенных Штатах, и его использование было полностью запрещено в США. -дорожных транспортных средств по состоянию на январь 1996 года. [20] [21] Использование TEL в гоночных автомобилях, самолетах, судовых двигателях и сельскохозяйственном оборудовании по-прежнему разрешено. Использование TEL также было прекращено в большинстве стран мира. По состоянию на 2008 год, единственными странами, все еще разрешающими широкое использование TEL, были Корейская Народно-Демократическая Республика, Мьянамар и Йеман. [22] [23]
    • Метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца (MMT) — В Канаде MMT используется в качестве усилителя октанового числа в бензине с 1976 года. Он также разрешен для использования в качестве усилителя октанового числа бензина в Аргентине, Австралии, Болгарии, Франции, России, США. и условно в Новой Зеландии. MMT представляет собой желтую жидкость с химической формулой (CH 3 C 5 H 4 ) Mn (CO) 3 . По данным Агентства по охране окружающей среды США, употребляемый внутрь марганец является обязательным элементом диеты при очень низких уровнях, но он также является нейротоксином и может вызывать необратимые неврологические заболевания при высоких уровнях вдыхания. [24] Агентство по охране окружающей среды США обеспокоено тем, что использование MMT в бензине может увеличить вдыхание марганца. После завершения в 1994 году оценки рисков использования ММТ в бензине Агентство по охране окружающей среды США не смогло определить, существует ли риск для здоровья населения от воздействия выбросов ММТ бензина. На данный момент (2009 г.) бензин в США может содержать ММТ на уровне, эквивалентном 0,00826 г / л (1/32 г / галлон) марганца. [24] Тем не менее, все еще существует много опасений по поводу возможных неблагоприятных последствий для здоровья от использования MMT, и менее одного процента бензина, продаваемого в Соединенных Штатах, содержит MMT. [25]
  • Другие токсичные соединения : Бензин содержит некоторое количество бензола (C 6 H 6 ), который представляет собой ароматическое соединение, которое является известным канцерогеном для человека. По этой причине количество бензола в бензине ограничено экологическими нормами. Как правило, горение ароматических углеводородов может привести к образованию других соединений, которые оказывают вредное воздействие на здоровье человека, таких как альдегиды, бутадиен и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).Поэтому общее количество ароматических углеводородов в бензине также ограничено экологическими нормами.
  • Олефины : Фотохимический смог образуется в результате различных химических реакций в атмосфере между оксидами азота и так называемыми реактивными углеводородами в присутствии солнечного света. В контексте образования фотохимического смога некоторые углеводороды более реакционны, чем другие. Например, олефины очень реакционноспособны, а метан ни в какой степени не реакционноспособен.По этой причине содержание олефинов в бензинах ограничено экологическими нормами.
  • Сера : Любые соединения серы в бензине приводят к выбросам диоксида серы в атмосферу при сгорании. Такие выбросы способствуют образованию так называемого кислотного дождя , а также мешают работе бортовых каталитических нейтрализаторов и снижают их эффективность. Поэтому содержание серы в бензине ограничено экологическими нормами.
  • Кислород : кислородсодержащие соединения, называемые оксигенатами, такие как метил трет -бутиловый эфир (МТБЭ) с химической формулой C 5 H 12 O или этанол с химической формулой C 2 H 5 OH добавляют в бензины по двум причинам. Первая причина заключается в том, что кислород снижает выбросы несгоревших углеводородов, а также выбросы окиси углерода. Вторая причина заключается в том, что они значительно повышают октановое число бензинов, что компенсирует потерю октанового числа в результате ограничения высокооктановых ароматических углеводородов и олефинов, а также запрета на использование TEL. [2] МТБЭ широко использовался в 1990-х годах в качестве оксигената в Соединенных Штатах, пока не было обнаружено, что он загрязняет подземные источники воды. В Соединенных Штатах он теперь в значительной степени заменен как оксигенат этанолом. Бензины, содержащие этанол, сейчас продаются в каждом штате Соединенных Штатов, и почти половина бензина, продаваемого в Соединенных Штатах, теперь содержит до 10 об.% Этанола либо в качестве усилителя октанового числа, либо для удовлетворения требований к качеству воздуха. [26]

Как упоминалось ранее, существует множество различных наборов спецификаций или стандартов для бензинов, продаваемых в Соединенных Штатах.В таблице ниже приведены спецификации, предусмотренные законом штата Калифорния. Они известны как California Reformulated Gasoline (CaRFG) Phase 3 Standards и, пожалуй, являются наиболее ограничивающими для окружающей среды спецификациями в Соединенных Штатах:

Стандарты фазы 3 на бензин с реформулированным составом Калифорнии (CaRFG) [27]
Действуют с 29 августа 2008 г. [28]
Имущество Единица измерения
Плоский предел (a) Среднее ограничение (a)
Давление паров по Рейду (b) фунтов на кв. Дюйм (в) 7.00 или 6,90 (г) не применимо
Концентрация серы частей на миллион w (e) 20 15
Концентрация бензола частей на миллион v (e) 0,8 0,7
Концентрация ароматических углеводородов частей на миллион по объему 25,0 22,0
Концентрация олефинов частей на миллион по объему 6,0 4.0
Температура при 50 об.% Дистилляции (T50) ° F (ж) 213 203
Температура при 90 об.% Дистилляции (T90) ° F 305 295
Концентрация кислорода вес% (г) 1,8 — 2,2 не применимо
Оксигенаты, кроме этанола запрещено не применимо
(a) «Фиксированные» ограничения применяются к каждой партии готового бензина.«Средние» пределы позволяют конкретным партиям до
превышать «плоские» пределы при условии, что бензин, произведенный за 180-дневный период, соответствует «средним» пределам
и никогда не превышает указанные ограничения.

(b) Давление паров по Рейду (RVP) измеряется в соответствии с методом ASTM D-323 и немного отличается от истинного абсолютного давления пара
.
(c) 1 фунт / кв. Дюйм = 6,89 кПа
(d) Плоский предел давления паров по Рейду, равный 6,90 фунт / кв. Дюйм, применяется, когда производитель или импортер бензина в Калифорнии
использует прогнозную модель фазы 3 CaRFG для сертификации бензиновой смеси, не содержащей этанол.В противном случае для
применяется предел 7,0 фунтов на кв. Дюйм.
(e) ppmw = частей на миллион по весу и ppmv = частей на миллион по объему.
(f) ° C = (° F — 32) (5/9)
(g) Объемный% этанола в бензине = [(0,3529 / мас.% Кислорода) — 0,0006] -1 . Таким образом, 1,8–2,2 мас.%
кислорода в бензине соответствует 5,1–6,3 объемных% этанола в бензине. [29]

Смесь для смешивания оксигенатов (BOB)

Некоторое количество воды обычно присутствует в сегодняшних системах трубопроводов бензина и во многих хранилищах бензина.Этанол хорошо растворяется в воде, и образующиеся водные растворы этанола очень агрессивны. По этой причине этанол не смешивают с бензином на нефтеперерабатывающих заводах. Вместо этого этанол смешивают с бензином на терминалах рядом с рынками конечных потребителей. [30] [31]

Другими словами, чтобы соответствовать текущим техническим требованиям, предъявляемым к реформулированным бензинам, нефтеперерабатывающие заводы в США в основном производят смеси, в которые этанол добавляют на терминалах или других точках на территории или рядом с ней. рынки конечных пользователей.Смесь, которая будет использоваться при производстве реформулированных бензинов, известна как BOB (смесь для кислородсодержащего смешения) . BOB, который будет использоваться при производстве реформулированного бензина, отвечающего требованиям Агентства по охране окружающей среды США, известен как RBOB . BOB, который будет использоваться при производстве реформулированных бензинов, отвечающих спецификациям Калифорнии, известен как CaRBOB или CARBOB . [30] [31]

В Канаде

По состоянию на середину 2008 года регулирование качества бензина в Канаде, как правило, находится в юрисдикции провинций, за исключением некоторых национальных юрисдикций в отношении серы, бензола, свинца и возможности требовать определенного количества возобновляемого топлива, такого как этанол.Немногие провинции регулируют многие аспекты качества бензина, кроме давления паров по Рейду. Исключением является провинция Манитоба, которая требует, чтобы бензин соответствовал добровольному национальному стандарту CGSB 3.5, автомобильный бензин , разработанному Советом по общим стандартам Канады (CGSB), входящим в состав Департамента общественных работ и государственных услуг Канады. [32]

На национальном уровне установлены три предельных значения качества бензина:

  • Сера : 30 частей на миллион по массе максимум
  • Бензол : 1 об.% Максимум
  • Свинец : полностью запрещен

Основные детали добровольного национального стандарта CGSB 3.5, Автомобильный бензин , приведены в Приложении B отчета, опубликованного в 2008 году. [32]

В Европе

Действующие стандарты, разработанные Европейским Союзом, и стандарты, разработанные Европейской ассоциацией автопроизводителей (ACEA), представлены ниже. Отдельные страны Европейского Союза, а также любые другие европейские страны также могут иметь свои собственные стандарты.

904 15% испаряется при 180 ° C (E180)
Европейские стандарты для неэтилированного бензина
Имущество Единица измерения
Европейский Союз
Норма EN 228 [33]
ACEA Worldwide
Топливный устав [34]
Бензин категории 4
Октановое число (a) Диапазон 90 87 — 93
Давление пара кПа 45 — 90 (б) 45-60 (ж)
Концентрация серы мг / кг (в) 10 10
Концентрация бензола об.% 1.0 1,0
Концентрация ароматических углеводородов об.% 35,0 35,0
Концентрация олефинов об.% 18,0 10,0
Температура при 10 об.% Дистилляции (T10) ° С (г) 65 (f)
Температура при 50 об.% Дистилляции (T50) ° С 77-100 (ж)
Температура при 90 об.% Дистилляции (T90) ° С 130-175 (ж)
% испарения при 70 ° C (E70 лето) об.% 20–48
% испарения при 70 ° C (E70 зима) об.% 22–50
% испарено при 70 ° C (E70) об.% 20-45 (f)
% испарено при 100 ° C (E100) об.% 46 — 71 50-65 (f)
% испарено при 150 ° C (E150) об.% 75
об.% 90 (е)
Конечная точка кипения (FBP) ° С 210 195
Концентрация кислорода вес% 2.7 (д) 2,7 (г)
(a) Значения (октановое число по исследовательскому методу + октановое число двигателя) / 2 … или просто (RON + MON) / 2

(b) Диапазон от летнего минимума (45 кПа) до зимнего максимума (90 кПа)
(c) мг / кг = ppmw
(d) ° F = 9/5 (° C) + 32
(e) Допустимый максимальный объемный% оксигенатов: метанол = 3%, этанол = 5%, изопропанол = 10%,
, изобутанол = 10%, простые эфиры (5 или более атомов углерода) = 15%
(f) Абсолютное давление паров и точки температуры дистилляции указаны для рынков бензина с температурой окружающей среды
выше 15 ° C.Другие ограничения применяются для рынков с более низкими температурами окружающей среды.
(g) При использовании оксигенатов предпочтительны простые эфиры. Если содержание этанола в количестве до 10% по объему составляет
, разрешенное действующими правилами, бензин должен соответствовать всем остальным ограничениям, указанным выше. Метанол
запрещен. Пропанол и высшие спирты ограничиваются 0,1 об.% Или менее.

В Австралии и Новой Зеландии

Действующие стандарты на бензин, разработанные национальными правительствами Австралии и Новой Зеландии, представлены ниже.Отдельные штаты в Австралии, возможно, также разработали стандарты на бензин, и то же самое можно сказать о региональных советах в Новой Зеландии.

904 15% испаряется при 180 ° C (E180)
Стандарты неэтилированного бензина высшего качества в Австралии и Новой Зеландии
Имущество Единица измерения
Австралия
Национальный стандарт [35]
Новая Зеландия
Национальный стандарт [36]
Октановое число (a) 88 90
Давление пара кПа б) 45 — 95 (c)
Индекс гибкой волатильности (d) б) 115 максимум
Концентрация серы мг / кг (е) 50 150 (ж)
Концентрация бензола об.% 1.0 1,0
Концентрация ароматических углеводородов об.% 42,0 42,0
Концентрация олефинов об.% 18,0 18,0
% испарено при 70 ° C (E70) об.% 22–48
% испарения при 100 ° C (E100) об.% 45–70
% испарено при 150 ° C (E150) об.% 75
об.%
Конечная точка кипения (FBP) ° С 210 210
Концентрация кислорода вес% 3.9
Этанол об.% 10 (г) 10 (h)
(a) Значения (октановое число по исследовательскому методу + октановое число двигателя) / 2 … или просто (RON + MON) / 2

(b) Австралийский стандарт не содержит давления пара или спецификация летучести и отсутствие спецификации
перегонки, кроме конечной конечной точки (FBP).
(c) Диапазон от летнего минимума (45 кПа) до зимнего максимума (95 кПа).
(d) Индекс гибкой волатильности — давление пара в кПа +0,7 (E70)].
(e) мг / кг = ppmw
(f) Новозеландский стандарт серы составляет 150 ppmw по состоянию на январь 2008 года. Однако он включает заявление
о том, что существует «конечное требование 10-15 ppmw».
(g) Допустимый максимальный объемный% оксигенатов, кроме этанола: простые эфиры = 1% и третичный бутанол = 0,5%.
(h) Допустимый максимальный объемный% оксигенатов, кроме этанола: Всего других оксигенатов = 1%.

В Индии

Приведенные ниже стандарты качества бензина применяются только в крупных городах, и в ближайшем будущем планируется снизить максимальное содержание серы со 150 до 50 частей на миллион по весу.Стандарты для сельских районов Индии значительно менее строгие.

Спецификации для неэтилированного бензина в Индии [37]
(продается в городских районах) (a)
Имущество Единица измерения
Обычный предел Премиум-лимит
Октановое число (b) диапазон 86 90
Индекс паровой блокировки (c) 750–950 750–950
Концентрация серы страниц в минуту 150 150
Концентрация бензола об.% 1.0 1,0
Концентрация ароматических углеводородов об.% 42,0 42,0
Концентрация олефинов об.% 21,0 18,0
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) об.% 15 15
Температура при 90 об.% Дистилляции (T90) ° С 150 150
Температура при 100 об.% Дистилляции (FBP) ° С 210 210
Концентрация кислорода вес% 2.7 2,7
(a) Другие менее строгие стандарты используются для бензина, продаваемого в сельской местности.

(b) Значения (октановое число по исследовательскому методу + октановое число двигателя) / 2 … или просто (RON + MON) / 2
(c) Давление пара выражается как индекс паровой пробки (VLI), который равен 10 (пары Рейда). давление) + E70,
, где E70 — объемный% испарения при 70 ° C.

Список литературы

  1. 1.0 1.1 Часто задаваемые вопросы о бензине — Часть 2 из 4, Брюс Гамильтон, Industrial Research Ltd.(IRL), Королевский исследовательский институт Новой Зеландии.
  2. 2,0 2,1 Гэри, Дж. Х. и Handwerk, G.E. (2001). Технология и экономика нефтепереработки , 4-е издание. Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-0482-7.
  3. 3,0 3,1 3,2 Взаимосвязь между качеством бензина, октановым числом и окружающей средой, Рафат Асси, руководитель национального проекта Второго национального сообщения Иордании об изменении климата, представленный на Иорданском национальном семинаре по поэтапному отказу от свинца , Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде, июль 2008 г., Амман, Иордания.
  4. Джеймс Спейт (2008). Справочник по синтетическому топливу , 1-е издание. МакГроу-Хилл, страницы 92-93. ISBN 0-07-149023-X.
  5. ↑ Откуда у меня бензин?, Министерство энергетики США, Управление энергетической информации, апрель 2008 г.
  6. ↑ См. Принципиальную схему технологического процесса в статье «Процессы нефтепереработки».
  7. Фрэнк Крейт и Д. Йоги Госвами (редакторы) (2004). CRC Справочник по машиностроению , 2-е издание.CRC Press. ISBN 0-8493-0866-6.
  8. ↑ Согласно методу испытаний ASTM D2700
  9. ↑ Согласно методу испытаний ASTM D2699
  10. 10,0 10,1 Дэвид С.Дж. Джонс и Питер П. Пухадо (редакторы) (2006). Справочник по переработке нефти , первое издание. Springer. ISBN 1-4020-2819-9.
  11. Джон МакКетта (редактор) (1992). Справочник по переработке нефти . CRC Press. ISBN 0-8247-8681-5.
  12. 12.0 12,1 12,2 Отчет CRS для Конгресса «Бутик-топливо» и переработанный бензин: гармонизация стандартов на топливо (10 мая 2006 г.), Брент Д. Якобуччи, Исследовательская служба Конгресса, Библиотека Конгресса
  13. ↑ Бензин и дизельное топливо, вопросы и ответы с веб-сайта Министерства экономического развития Новой Зеландии.
  14. ↑ E10, E85 и другие альтернативные виды топлива Брюс Бауман, Американский институт нефти (API)
  15. ↑ Boutique Fuels: государственные и местные программы экологически чистых видов топлива С веб-сайта U.S. Агентство по охране окружающей среды
  16. ↑ EPAct Section 1541 Boutique Fuels Report to Congress Report No. EPA420-R-06-901, декабрь 2006 г., в соавторстве с Агентством по охране окружающей среды США и Министерством энергетики США.
  17. ↑ Определение тетраэтилсвинца
  18. 18,0 18,1 18,2 18,3 Отравление свинцом: историческая перспектива
  19. 19,0 19,1 19,2 Этиловый бензин
  20. ↑ Поэтапный отказ от бензина доклад, выпущенный Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП)
  21. ↑ Запрет на бензин, содержащий свинец или свинцовые присадки для использования на автомагистралях С веб-сайта U.S. Агентство по охране окружающей среды
  22. ↑ Ведущая матрица Азиатско-Тихоокеанского региона, отчет, выпущенный Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП)
  23. ↑ Ведущая матрица Западной Азии, Ближнего Востока и Северной Африки доклад, выпущенный Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП)
  24. 24,0 24,1 Комментарии к добавке к бензину MMT получены с веб-сайта Агентства по охране окружающей среды США 10 апреля 2009 г.
  25. ↑ Метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца (MMT): Обзор науки и политики, опубликованный Международным советом по чистому транспорту, январь 2009 г.
  26. ↑ E10 и другие низкоуровневые смеси этанола С веб-сайта U.С. Министерство энергетики.
  27. ↑ Окончательный приказ 2007 г. Поправки к измененным положениям о бензине фазы 3 Калифорнии, Свод правил Калифорнии, раздел 13, раздел 2260
  28. ↑ California Phase 3 Reformized Gasoline (CaRFG) С веб-сайта Калифорнийского совета по воздушным ресурсам.
  29. ↑ Прочие поправки по очистке к измененным правилам Калифорнии по бензину С веб-сайта Совета по воздушным ресурсам Калифорнии.
  30. 30,0 30.1 Приложение C: Использование этанола в бензине Часть отчета Управления энергетической информации, озаглавленная Анализ отдельных вопросов транспортного топлива, связанных с предлагаемым законодательством в области энергетики — Резюме
  31. 31,0 31,1 Руководство по методологии и спецификациям, 2008 Публикация Platts.
  32. 32,0 32,1 Качество топлива в Канаде Отчет за 2008 год, разработанный Институтом Пембины для Ассоциации международных автомобильных производителей Канады
  33. ↑ Неэтилированный бензин European Norm 228 По состоянию на январь 2009 г.
  34. ↑ Всемирная хартия по топливу, сентябрь 2006 г., бензин категории 4, Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA)
  35. ↑ Стандарт качества бензинового топлива по состоянию на октябрь 2008 г. С веб-сайта Департамента окружающей среды, водных ресурсов, культурного наследия и искусства правительства Австралии.
  36. ↑ Требования к бензину высшего сорта с января 2006 г. С веб-сайта Министерства экономического развития Новой Зеландии.
  37. ↑ Технические характеристики продукта в Индии — бензин, опубликованные Азиатско-Тихоокеанским энергетическим консалтингом (APEC), июнь 2007 г.

Точки кипения для обычных жидкостей и газов

Точка кипения вещества — это температура, при которой оно меняет состояние с жидкости на газ во всем объеме жидкости.При температуре кипения молекулы в любом месте жидкости могут испаряться.

Точка кипения определяется как температура, при которой давление насыщенного пара жидкости равно окружающему атмосферному давлению.

Точка кипения при атмосферном давлении (14,7 фунта на кв. Дюйм, 1 бар абс.) для некоторых распространенных жидкостей и газов может быть найдена из таблицы ниже:

903 Ацетилен 5 9045 9018 904 -Гептан Кислота 903 15

3 904 904 Фенол 90 399 904,74,72 Пропионовая кислота 9018 9018 9018 9018 904 904 Насыщенный 904 904
Продукт Точка кипения при атмосферном давлении
( o C)
Ацетальдегид CH 3 CHO 20.8
Ангидрид уксусной кислоты (CH 3 COO) 2 O 139
Ацетон CH 3 COCH 3 56,08
-84
Акролеин 52,3
Акрилонитрил 77,2
Спирт — этил (зерно, этанол) C 7918 904 904 904 OH 904 904 OH 904 — аллил 97.2
Спирт — бутил-n 117
Спирт — изобутиловый 107,8
Спирт метиловый (метиловый спирт, древесный спирт, древесная нафта или ОН древесные спирты) CH 9011 904 3 901 90 64,7
Спирт — пропил 97,5
Аллиламин 54
Аммиак -35,5
Анилин 1
Анизол 153,6
Аргон -186
Бензальдегид 178,7
Бензол (бензол H) 901 904 9018 904 191,1
Тормозная жидкость Dot 3 (сухая — влажная точки кипения) (влажная включает гигроскопическую влагу) 205-140
Brake Fluid Dot 4 (сухая — влажная точки кипения) 230 — 155
Brake Fluid Dot 5 (Точка кипения сухой — влажной) 260-180
Brake Fluid Dot 5.1 (сухой — влажный, точки кипения) 270-190
Бром 58,8
Бромбензол 156,0
1,2-Бутадиен 15 n 4 10,9 9018 904 -0,5
1-бутан -6,25
Бутанал 74,8
1-бутанол 117,6
2- 794.6
Масляная кислота n 162,5
Камфора 204,0
Карболовая кислота (фенол) 182,2
182,2
901 9018 Бисульфид углерода 4 (сублимирует) -78,5
Дисульфид углерода CS 2 46,2
Окись углерода -192
Тетрахлорид углерода (тетрахлорэтан) 47
Хлор -34,4
хлорбензол 131,7
Хлороформ (Трихлорметан) 62,2
Циклогексан 80,7
Циклогексанона 155,4
Циклопентановых 49,3
n — Декан 174
Дихлорметан — см. Метиленхлорид
Диэтиловый эфир 34.4
Диметилсульфат 186
Диметилсульфид 37,3
Диизопропиловый эфир 68,4
2,2 — Диметил-диопентан4 1,4013 904-904 101,2
Даутерм 258
Этан -88,78
Эфир 34,6
Глицерин 901 901 901 901 901 901 901 904 904 -88
Этанол 78.24
Этиламин 16,6
Этилацетат CH 3 COOC 2 H 3 77,2
Этилбензол 13 Этилбензол 136 3 Br 38,4
Этилен -103,7
Бромистый этилен 131,7
Этиленгликоль 197
Фтор -187
Формальдегид -19,1
Муравьиная кислота 101,0
Хладагент трихлорфтор 4-хладагент R184-хладагент хладагент Хладагент хладагент Хладагент-хладагент 9018 -29,8
Хлордифторметановый хладагент R-22 -41,2
2,3 — Диметилбутан 58
Диизобутил 109 109 109
Фирфуриловый спирт 168
Бензин 38-204
Глицерин 290
Гликоль Гликоль 98,4
н-гексан 68,7
Гексиламин 132
Водород -253
-2537
Фтористоводородная кислота 18,9
Хлористый водород -81,7
Сероводород -60
-60
904 903 Гидропероксид изопропилбензола 153
Изобутан -11,72
Изобутен -6.9
Изооктан 99,2
Изопентан 27,8
Изопрен 34,1
Изопропилбензол 9018 9018 904 904 904 9018 150-300
Льняное масло 287
Ртуть 356,9
Метан -161.5
Метанол (метиловый спирт, древесный спирт) 64,5
Метилацетат 57,2
Метилбромид 3,3
Хлорид метила 9018 9018 9018 Метилен 9018 (CH 2 Cl 2 , дихлорметан) 39,8
Метиламин -6,4
Метиловый эфир (C 2 H 6 O3 9015

101
Метилциклопентан 71.8
Метилиодид 42,6
2 — Метилгексан 90,1
3 — Метилгексан 91,8
Нафта 100-160
Нафталин (нафталин) 217,9
Неогексан 49.7
Неопентан 9,5
Азотная кислота 120
Нитробензол 210,9
n — Нонан 13 9018 9018 N 9018 9018 N 904 154 N 904 904 904 9018 9018 N — Нонан -196
n — Октан 125,6
Оливковое масло 300
Кислород -183
904 Паральдегид 124-
1 — Пентен 30
Пероксиуксусная кислота 110
Бензин 95
Петролейный 210 210 182
Фосген 8.3
Фосфорная кислота 213
Пропанал 48
Пропан -42,04
Пропен 9018
141
Пропиламин 47,2
Пропилен -47,7
Пропиленгликоль 187
Сера 444.6
Серная кислота 330
Дихлорид серы 59,6
Диоксид серы -10
903 9015 904 9018 904 9018 904 9018 904 9018 904 904 9018 904 9018 904 Толуол 110,6
Триптан 80,9
Триэтаноламин 350
Скипидар 160
9018 904 вода 904 904 9018 904 904 .7
о-ксилол 144,4
м-ксилол 139,1
п-ксилол 138,3

0 ULM University of Louisiana1 в Монро ОНЛАЙН
  • АКАДЕМИЧЕСКИЕ НАУКИ
  • БУДУЩИЕ СТУДЕНТЫ
  • СТУДЕНТОВ
  • ФАКУЛЬТЕТ И ПЕРСОНАЛ
  • ВЫПУСКНИКИ И ДРУЗЬЯ
  • СООБЩЕСТВО
  • Колледжи
  • Искусство, образование,
    и наука
  • Бизнес и
    Социальные науки
  • Медицинские науки
  • Аптека
  • Библиотека
  • Аспирантура
  • Спонсируемые исследования
  • Академическая работа
  • Академический каталог
  • Дополнительное образование
  • ULM Онлайн
  • Еще
  • Мажоры и несовершеннолетние
  • Начинающий первокурсник
  • Аспирант
  • Переводчик
  • Иностранный студент
  • ULM Онлайн
  • Дополнительное образование
  • Программы старшей школы
  • Подать заявку
  • Запросить информацию
  • Свяжитесь с нами
  • Расписание экскурсии
  • Обзор залива
  • Приветствие Президента
  • Финансовая помощь
  • Стипендии
  • Еще
  • myULM
  • Книжный магазин
  • Финансовая помощь
  • Регистратор
  • Стипендии
  • Успех студентов
    Центр
  • Студенческая жизнь
  • Жилая жизнь
  • Центр карьеры
  • Международный офис
  • Оценка курса
  • Расписание занятий
  • Справочник студента
  • Warhawk ID
  • подробнее …
  • Администрация
  • Сенат факультета
  • Справочник факультета
  • Деятельность факультета
  • Сенат штата
  • Учебное пособие
  • Деловые связи
  • Контроллер
  • Кадры
  • Закупка
  • Бюро путешествий
  • Копировальный центр
  • Fixx Онлайн
  • Информационные технологии
  • Еще
  • Ассоциация выпускников
  • ULM Продвижение
  • УЛМ Фундамент
  • Спортивный фонд
  • Стипендии Фонда
  • Сделай подарок сегодня
  • Пожертвования
  • подробнее …
  • Стоматологическая гигиена
  • Брак и семья
    Терапия и община
    Консультационная клиника
  • Речевой язык
    Клиника патологии
  • Женский симпозиум
  • Уорхок Атлетикс
  • Байу-Пуэнт и
    Площадки для проведения мероприятий
  • Анализ окружающей среды
  • ULM Police
  • КЕДМ 90.3
  • KXUL 91.x
  • театры, галереи
    и многое другое …

точек кипения этанола и воды

Точки кипения жидкостей в литературе обычно относятся к уровню моря на атмосферное давление 760 мм рт. Температура кипения меняется в зависимости от высоты и атмосферы. перепады давления.

Точки кипения воды и этанола на разных высотах и ​​в атмосфере Давление

Ниже представлена ​​короткая таблица точек кипения со значениями для 4 различных высот и атмосферных давления.Используйте эту таблицу или калькулятор точек кипения. ниже, чтобы определить точку кипения, соответствующую высоте, на которой вы производите дистилляцию.

Значения для высоты футов Уровень моря 1,640 3 281 4,921
Температура кипения воды С 100,0 ° 98,3 ° 96.7 ° 95,0 °
Температура кипения воды F 212,0 ° 208,9 ° 206,1 ° 203,0 °
Температура кипения этанола С 78,4 ° 77,0 ° 75,6 ° 74,2 °
Температура кипения этанола F 173.1 ° 170,6 ° 168,1 ° 165,6 °
Атмосферное давление мм рт. Ст. 760 716 674 634

Как атмосферное давление и высота над уровнем моря в месте вашего проживания влияет на температуру кипения?

По мере увеличения высоты атмосферное давление и точки кипения снижаются.Точка кипения — точка, в которой давление пара равно атмосферному давлению.

Пояснение: Химические фазы давления паров вещества и кипения.

В жидкости у некоторых частиц всегда достаточно энергии, чтобы перейти в газовую фазу. Газообразный частицы также возвращаются в жидкость. Давление пара — это давление, оказываемое газ, когда количество частиц, покидающих жидкость, равно количеству частиц, попадающих жидкость.

При повышении температуры все большее количество частиц имеет достаточно энергии, чтобы перейти в газовую фазу. Это увеличивает давление пара. Когда давление пара равно атмосферному давлению, жидкость закипает.

Влияние атмосферного давления на температуру кипения

По мере увеличения высоты атмосферное давление уменьшается, поскольку высоты. Поскольку атмосферное давление ниже, давление пара жидкости будет быть ниже, когда он достигнет точки кипения.Для повышения давления пара требуется меньше тепла. равное атмосферному давлению. Следовательно, температура кипения жидкостей ниже при более высоких высоты.

Влияние изменений атмосферного давления

Атмосферное давление измеряется барометром. Температура кипения жидкостей зависят от температуры, при которой давление пара жидкости равно атмосферному давление.

Однако атмосферное давление меняется ежедневно в зависимости от погоды и высоты над уровнем моря.Это в свою очередь повлияет на температуру кипения воды и спирта из-за погодных условий в в любой момент времени.

Азертропы — жидкие смеси

Азеотропы представляют собой смесь как минимум двух различных жидкостей. Их смесь может либо имеют более высокую или более низкую температуру кипения, чем любой из компонентов по отдельности. Азеотропы возникают, когда фракция жидкостей не может быть изменена перегонкой.

Это явление также можно использовать для вакуумной перегонки.Когда давление падает, точка кипения понижается, а при повышении давления температура кипения увеличивается.

Для преобразования вы можете использовать этот трехступенчатый калькулятор точки кипения (азеотроп, этанол, вода). Этот преобразователь предполагает наличие азеотропа 95% спирта и 5% воды. Характеристики давления включают:

  • миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.) | 1 мм рт. Ст. = 0,019336721269668 фунт / кв. Дюйм
  • Торр (Торр) | 1 Торр = 0,019336721269668 фунтов на кв. Дюйм
    • один миллиторр (мТорр) = 0.001 Торр
  • миллибар (мбар) | 1 мбар = 0,014503773773022 фунт / кв. Дюйм
  • гектопаскаль (гПа) | 1 гПа = 0,014503773773022 фунт / кв. Дюйм

Для дополнительных единиц давления используйте это преобразователь давления жонглера

Давление пара, межмолекулярные силы

Свойства жидкости зависят от межмолекулярных сил. Точка кипения, точка замерзания, плотность и вязкость контролируются межмолекулярным притяжением.Чем выше притяжения (силы) тем выше температура кипения, точка плавления, плотность и вязкость.

В процессе испарения жидкость превращается в газ за счет постепенного выхода молекул из жидкости в газ при температуре ниже точки кипения. Количество убегающих молекул создают парциальное давление, меньшее, чем противодействующее атмосферное давление. Эти жидкости молекулы могут постепенно улетучиваться в атмосферу.

Давление пара — это парциальное давление газа, оказываемое молекулами газовой фазы в равновесии. с конденсированным состоянием.Жидкости и твердые вещества имеют давление пара. Равновесный пар давление существует только в закрытых системах. Открытые системы позволят молекулам газа улетучиваться заставляя давление быть меньше, чем давление равновесия.

Рабочие характеристики и характеристики выбросов двигателя с искровым зажиганием, работающего на смеси этанола и метанола и бензина

1. Введение

Истощение запасов ископаемого топлива и загрязнение окружающей среды заставили исследователей предвидеть необходимость разработки биотоплива.Спирты — важная категория биотоплива. Метанол можно производить из угля, биомассы или даже природного газа с приемлемой стоимостью энергии. Кроме того, газификация биомассы может привести к образованию метанола, смешанных спиртов и жидкостей Фишера – Тропша (Chum and Overend, 2001). Этанол получают из сахаров (особенно сахарного тростника) и крахмала путем ферментации. Производство биомассы может производить дополнительное количество этанола путем ферментации некоторых побочных продуктов сельского хозяйства (Prasad et al., 2007). Лигноцеллюлозная биомасса является потенциальным источником этанола, который напрямую не связан с производством пищевых продуктов (Freudenberger, 2009).Shapouri et al. (1995) показали, что чистая энергетическая ценность кукурузного этанола в последние годы стала положительной благодаря технологическим достижениям в конверсии этанола и повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Кукурузный этанол является энергоэффективным, о чем свидетельствует энергетический коэффициент 1,24, то есть на каждую британскую тепловую единицу, выделенную на производство этанола, приходится 24% прироста энергии. Goldemberg et al. (2004) на основе бразильского опыта работы с этанолом продемонстрировали, что экономия за счет масштаба и технический прогресс приводят к повышению конкурентоспособности этой возобновляемой альтернативы, сокращая разрыв с традиционными ископаемыми видами топлива.Следовательно, спирты особенно привлекательны в качестве альтернативных видов топлива, потому что они являются возобновляемым биосодержащим ресурсом и насыщены кислородом, тем самым обеспечивая возможность снижения выбросов твердых частиц в двигателях с искровым зажиганием. Ким и Дейл (2004) подсчитали, что потенциал производства этанола эквивалентен примерно 32% от общего потребления бензина в мире при использовании в E85 (85% этанола в бензине) для легковых автомобилей среднего размера. Такая замена немедленно решает проблему сокращения использования невозобновляемых ресурсов (ископаемое топливо) и сопутствующих воздействий на изменение климата, особенно двуокиси углерода и связанного с этим парникового эффекта (von Blottnitz and Curran, 2007).Преобразование биомассы в биотопливо имеет некоторые экологические недостатки. Хорошо известно, что преобразование биомассы требует дополнительных затрат энергии, чаще всего в виде ископаемого топлива. Кроме того, сельскохозяйственное производство биомассы требует значительных земельных ресурсов, и существует риск попадания загрязняющих веществ в водные источники из удобрений и пестицидов, которые вносятся в почву для ускорения роста растений (Pimentel, 2003; Niven, 2005).

Использование смеси спирта с бензином было предметом исследования в 1980-х годах, и было показано, что смеси этанола и метанола с бензином технически приемлемы для существующих двигателей с искровым зажиганием.Существует значительное количество литературы о различных смесях этанола, метанола и бензина. Виннингтон и Сиддики (1983) изучали влияние использования смесей этанола и бензина в качестве топлива на характеристики двигателей с искровым зажиганием. Двигатель Ricardo в испытательном диапазоне от 8: 1 до 10: 1 степени сжатия показал среднее падение мощности по сравнению с бензином премиум-класса на 2,5% для смеси A и 7,5% для смеси B. Удельный расход топлива этанолового бензина. смесь показала увеличение по сравнению с бензином премиум-класса примерно на 0.5% и 4% для смесей A и B соответственно. Испытания двигателей Peugeot показали, что мощность снизилась в целом примерно на 1% и 2,5% для смесей A и B, соответственно, а удельный расход топлива увеличился примерно на 0,5% для смеси A и 1% для смеси B. -Kassaby (1993) исследовал влияние смесей этанола и бензина на характеристики двигателя с искровым зажиганием. Эксплуатационные испытания показали, что двигатель показал улучшение мощности при добавлении этанола, причем максимальное улучшение произошло при топливной смеси 10% этанола и 90% бензина.Абдель-Рахман и Осман (1997) провели эксплуатационные испытания с использованием различного процентного содержания этанола в бензиновом топливе, до 40%, в условиях переменной степени сжатия. Результаты показывают, что двигатель показал улучшение мощности при процентном добавлении этанола в топливную смесь. Максимальное улучшение произошло при топливной смеси 10% этанола и 90% бензина. Якуб и др. (1998) количественно оценили характеристики и выбросы выхлопных газов двигателя, оптимизированного для работы на смесях спирта / бензина C1 – C5 с соответствующим содержанием кислорода.Рабочие характеристики и характеристики выбросов выхлопных газов смесей были определены количественно с использованием одноцилиндрового двигателя с искровым зажиганием. Смеси низшие спирты (C1, C2 и C3) / бензин показали более широкий рабочий диапазон по сравнению с чистым бензином. Смеси этанол / бензин показали самое высокое улучшение детонационной стойкости среди всех испытанных смесей. С другой стороны, смеси с более высоким содержанием спирта (C4 и C5) / бензина показали пониженную стойкость к детонации по сравнению с чистым бензином. Аль-Хасан (2002) показал, что смешивание неэтилированного бензина с этанолом увеличивает мощность торможения, крутящий момент, объемную и тепловую эффективность тормозов и расход топлива, в то время как снижает удельный расход топлива при торможении и эквивалентное воздушно-топливное соотношение.Wu et al. (2004) протестировали смесь этанола и бензина в обычном двигателе при различных соотношениях воздушно-топливного эквивалента (λ) на его характеристики и выбросы. Когда соотношение воздух-топливо немного меньше единицы, доступны максимальный выходной крутящий момент и минимальный удельный расход тепла тормозом (bshc). Использование топливной смеси этанол / бензин улучшает выходной крутящий момент. Однако bshc заметно не меняется. Yücesu et al. (2006) исследовали влияние степени сжатия на характеристики двигателя и выбросы выхлопных газов при стехиометрическом соотношении воздух / топливо, полной нагрузке и минимальной опережающей синхронизации для достижения наилучшего крутящего момента в одноцилиндровом четырехтактном двигателе с переменной степенью сжатия с искровым зажиганием.Крутящий момент двигателя увеличивался с увеличением степени сжатия до 11: 1, при этом степень увеличения составляла около 8% по сравнению со степенью сжатия 8: 1. Наибольшее увеличение крутящего момента двигателя было получено при степени сжатия 13: 1 с топливами E40 и E60, прирост составил около 14% по сравнению со степенью сжатия 8: 1. Минимальный удельный расход топлива на тормоз (BSFC) был получен при степени сжатия 11: 1 с топливом E0. Сравнение со степенью сжатия 8: 1 показало, что BSFC уменьшилась на 10%, а после степени сжатия 11: 1 BSFC снова увеличилась.Было установлено, что максимальное снижение BSFC составило 15% при использовании E40. Лю и др. (2007) показали, что мощность и крутящий момент двигателя будут уменьшаться при увеличении доли метанола в топливных смесях в условиях полностью открытой дроссельной заслонки (WOT). Однако, если опережение момента зажигания искры опережает, мощность и крутящий момент двигателя могут быть улучшены в рабочих условиях WOT. Таким образом, тепловой КПД двигателя повышается почти во всех условиях эксплуатации. Анализ сгорания двигателя показывает, что фаза быстрого горения становится короче, однако фаза развития пламени немного задерживается.Koç et al. (2009) исследовали влияние неэтилированного бензина (E0) и смесей неэтилированного бензина и этанола (E50 и E85) на характеристики одноцилиндрового четырехтактного двигателя с искровым зажиганием при двух степенях сжатия (10: 1 и 11: 1). . На WOT частота вращения двигателя была изменена с 1500 до 5000 об / мин. Результаты испытания двигателя показали, что добавление этанола к неэтилированному бензину увеличивает крутящий момент двигателя, мощность и расход топлива. Было также обнаружено, что смеси этанол / бензин позволяют увеличить степень сжатия (CR) без возникновения детонации.Yücesu et al. (2007) предложили новый подход на основе искусственной нейронной сети (ИНС) для определения крутящего момента двигателя и удельного расхода топлива при торможении. Смеси этанола и неэтилированного бензина (E10, E20, E40 и E60) были испытаны в одноцилиндровом, четырехтактном двигателе с искровым зажиганием и двигателе с впрыском топлива. Испытания проводились путем изменения момента зажигания, относительного воздушно-топливного отношения (RAFR) и степени сжатия при постоянной скорости 2000 об / мин и при WOT. Максимальный тормозной момент (MBT) двигателя не показал значительных изменений для неэтилированного бензина и смесей неэтилированного бензина и этанола.При задержке момента зажигания смеси этанола обеспечивали более высокий тормозной момент двигателя, чем неэтилированный бензин. Максимальный крутящий момент был получен при RAFR 0,9 для всех испытуемых топлив для обеих степеней сжатия 8: 1 и 10: 1. Крутящий момент двигателя на топливе, смешанном с этанолом, был выше, чем у E0, полученного в более богатой рабочей области, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, особенно при степени сжатия 10: 1. BSFC варьируется в зависимости от крутящего момента двигателя и особенно теплотворной способности используемого топлива. BSFC увеличивался пропорционально процентному содержанию этанола.По результатам математического моделирования расчетный крутящий момент двигателя и удельный расход топлива явно находились в пределах допустимых значений неопределенности. Наджафи и др. (2009) предложили использовать ИНС для определения мощности двигателя, крутящего момента, удельного расхода топлива на тормозах, термического КПД тормозов, объемного КПД и компонентов выбросов на основе различных смесей бензина / этанола и скорости. Экспериментальные данные показали, что использование топливной смеси этанол / бензин незначительно увеличит тормозную мощность и снизит удельный расход топлива при торможении.Было также обнаружено, что термический КПД и объемный КПД тормозов имеют тенденцию к увеличению при использовании смесей этанола и бензина. Анализ экспериментальных данных с помощью ИНС показал, что существует хорошая корреляция между результатами, предсказанными ИНС, и экспериментальными данными.

Влияние использования смесей этанола и метанола неэтилированного бензина на характеристики выбросов в двигателях с искровым зажиганием исследовалось другими исследователями. Исследования уровней выбросов выхлопных газов от двигателей с искровым зажиганием важны с разных точек зрения.При сгорании топлива в двигателе образуются побочные продукты, известные как выбросы. Четыре основных выброса двигателя — это оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO 2 ), углеводороды (HC) и оксиды азота (NOx) (хотя также образуются другие частицы, такие как твердые частицы и формальдегид). Бензин, как сложный углеводород, не является экологически чистым топливом. Для сравнения, спирты горят почти без загрязнения окружающей среды. Спирты уже содержат кислород, входящий в состав топлива, что может привести к более однородному сгоранию.Спирты горят с большей скоростью пламени, чем бензин, и они не содержат дополнительных элементов, таких как сера и фосфор. Rajan и Saniee (1983) исследовали характеристики гидратированного этанола с бензином как средство снижения стоимости смесей этанол / бензин для использования в качестве топлива для двигателей с искровым зажиганием. Эксперименты с двигателями показывают, что при нормальных температурах окружающей среды смесь воды / этанола / бензина, содержащая до 6 об.% Воды в этаноле, представляет собой желаемое моторное топливо с энергетическими характеристиками, аналогичными характеристикам базового бензина.В качестве средства уменьшения компонентов выхлопных газов, вызывающих смог, таких как оксиды азота и несгоревшие углеводороды, смесь воды / этанола / бензина превосходит базовый бензин. Палмер (1986) показал, что добавление 10% этанола к бензину может снизить концентрацию выбросов CO до 30%. Bata et al. (1989) протестировали различные степени смешения этанола бензинового топлива в двигателях и обнаружили, что этанол может снизить выбросы CO и UHC. Тейлор и др. (1996) использовали четыре спиртовых топлива для смешивания с бензином и пришли к выводу, что добавление этанола может снизить выбросы CO, HC и NO.Chao et al. (2000) указали, что использование топливных смесей этанола и бензина увеличивает выброс формальдегида, ацетальдегида и ацетона в несколько раз, чем выбросы из бензина. Gautam et al. (2000) исследовали характеристики выбросов между смесями высшего спирта / бензина и чистым бензином. Было обнаружено, что циклические выбросы CO, CO 2 и эквивалента углеводородов органических веществ из смесей высших спиртов / бензина были очень похожи на выбросы из чистого бензина. Выбросы NOx в ходе цикла из смесей были выше, чем из чистого бензина.Однако для всех рассмотренных видов выбросов удельные выбросы тормозов (г / кВт · ч) были значительно ниже для смесей с более высоким содержанием спирта и бензина, чем для чистого бензина. Это было связано с тем, что смеси обладали большей стойкостью к детонации и допускали более высокие степени сжатия, что увеличивало выходную мощность двигателя. Было установлено, что вклад спиртов и альдегидов в общие выбросы органического вещества в углеводородном эквиваленте минимален. Аль-Хасан (2002) исследовал влияние использования смесей неэтилированного бензина и этанола на характеристики четырехтактного, четырехцилиндрового двигателя с искровым зажиганием (SI) и выбросы выхлопных газов.Результаты показали, что концентрации CO и HC в выхлопных газах двигателя снижаются, а концентрация CO 2 увеличивается. Hsieh et al. (2002) исследовали характеристики двигателя и выбросы загрязняющих веществ коммерческого двигателя SI, использующего смесь этанола и бензина с различными коэффициентами смешивания (0%, 5%, 10%, 20%, 30%). Было обнаружено, что с увеличением содержания этанола RVP смешанных топлив сначала увеличивается до максимума при добавлении 10% этанола, а затем уменьшается.Результаты испытания двигателя показали, что при использовании топлива, смешанного с этанолом и бензином, выбросы CO и HC резко снижаются в результате эффекта обеднения, вызванного добавлением этанола, а выбросы CO 2 увеличиваются из-за улучшенного сгорания. Наконец, было отмечено, что выбросы NOx зависят от условий работы двигателя, а не от содержания этанола. He et al. (2003) исследовали влияние бензиновых топлив, содержащих этанол, на выбросы и эффективность преобразования катализатора в двигателе с искровым зажиганием с электронной системой впрыска топлива.Этанол может снизить регулируемые выбросы от двигателя. Топливо, содержащее 30% этанола по объему, может значительно снизить общие выбросы углеводородов (THC) из двигателя в рабочих условиях и выбросы THC, CO и NOx на холостом ходу, но выбросы несгоревшего этанола и ацетальдегида увеличиваются. По мнению Юкселя и Юкселя (2004), одной из основных проблем для успешного применения бензин-спиртовых смесей в качестве моторного топлива является получение стабильной гомогенной жидкой фазы. Чтобы решить эту проблему, авторы разработали новый карбюратор.Шестьдесят процентов этанола и сорок процентов бензина были использованы для проверки производительности, расхода топлива и выбросов выхлопных газов. Результаты экспериментов показали, что при использовании топливной смеси этанол-бензин выбросы CO и HC резко снизились в результате эффекта обеднения, вызванного добавлением этанола, а выброс CO 2 увеличился из-за улучшенного сгорания. Bayraktar (2005) экспериментально и теоретически исследовал влияние добавления этанола к бензину на характеристики двигателя SI и выбросы выхлопных газов.Экспериментальные применения проводились со смесями, содержащими 1,5, 3, 4,5, 6, 7,5, 9, 10,5 и 12 об.% Этанола. Численные приложения были выполнены до 21 об.% Этанола. Двигатель работал с каждой смесью при 1500 об / мин для степеней сжатия 7,75 и 8,25 и при полном открытии дроссельной заслонки. Результаты экспериментов показали, что среди различных смесей смесь 7,5% этанола была наиболее подходящей с точки зрения рабочих характеристик двигателя и выбросов CO. Однако теоретические сравнения показали, что смесь, содержащая 16.5% этанол был наиболее подходящей смесью для двигателей SI. Jia et al. (2005) исследовали характеристики выбросов четырехтактного мотоциклетного двигателя с использованием смеси этанола и бензина (E10) с концентрацией 10 об.% При различных режимах движения на динамометрах шасси. Результаты показывают, что выбросы CO и HC в выхлопе двигателя были ниже при работе E10 по сравнению с использованием неэтилированного бензина, тогда как влияние этанола на выбросы NOx незначительно. Выбросы углеводородов, за исключением этанола, ацетальдегида и этилена, были несколько уменьшены из двигателя мотоцикла, работающего на смеси этанол / бензин, по сравнению с двигателем, работающим на бензине.Кроме того, этот анализ показал, что ароматические соединения и соединения жирных групп являются основными соединениями в выхлопе двигателя мотоцикла. Ceviz и Yüksel (2005) исследовали влияние использования смесей этанол / неэтилированный бензин на циклическую изменчивость и выбросы в двигателе с искровым зажиганием. Результаты этого исследования показали, что использование смесей этанол / неэтилированный бензин в качестве топлива снизило коэффициент вариации указанного среднего эффективного давления и концентрации выбросов CO и HC, в то время как концентрация CO 2 увеличилась до 10 об.% этанола в топливной смеси.

Из литературного обзора очевидно, что топливо, содержащее спирт и бензин, может эффективно увеличить тормозную мощность и снизить выбросы без значительных изменений конструкции двигателя. Эта глава была подготовлена ​​с целью представления результатов накопленного на сегодняшний день опыта с избранным списком возможных альтернативных видов топлива, которые будут использоваться в двигателях SI.

2. Бензиновые смеси этанола и метанола

Жидкие топлива на основе метанола и этанола могут использоваться в качестве заменителей бензиновых топлив в обычных двигателях, таких как двигатели с искровым зажиганием, без модификации двигателей.В этом исследовании использовалось несколько тестовых видов топлива. Первым в качестве базового топлива был неэтилированный бензин. Остальные представляли собой бензиновые смеси этанола и метанола.

2.1. Свойства смеси

Каждое топливо имеет свой собственный набор свойств, связанных со сгоранием. Эти свойства изменяют рабочие характеристики двигателя и характеристики выбросов. Затем были проведены лабораторные испытания с использованием стандартов испытаний ASTM для определения свойств, связанных с горением. Список свойств топлива, сравнивающий топливные смеси этанола и метанола и бензина, приведен в таблице 1.Он показывает теплоту сгорания, давление паров по Рейду (RVP), исследовательское октановое число (RON), плотность при 15,5 ºC и температуру дистилляции, включая начальную температуру кипения (IBT), температуры дистилляции 10%, 50%, 90% и температуру конечной дистилляции.

Этанол (этиловый спирт) C 2 H 5 OH — прозрачная бесцветная жидкость с характерным приятным запахом. Этанол — это спирт, группа химических соединений, молекулы которых содержат гидроксильную группу –OH, связанную с атомом углерода.Этанол плавится при –114,1 ° C, кипит при 78,5 ° C и имеет плотность 0,789 г / мл при 20 ° C (De Caro et al., 2001). Теплотворная способность этанола ниже, чем у бензина. Таблица 1 также показывает, что теплотворная способность смешанного топлива будет уменьшаться с увеличением содержания этанола. RON увеличивается с увеличением концентрации этанола. По сравнению с неэтилированным бензином, RON смешанного топлива увеличивается на 3,5, 8,6 и 14,1 соответственно. Таким образом, этанол является отличной добавкой для предотвращения детонации и улучшения характеристик двигателя там, где существуют требования к высокому октановому числу.Несмотря на улучшенное октановое число смесей этанол / бензин, ходовые качества двигателя обычно ухудшаются. Холодный запуск более затруднен из-за дополнительной теплоты испарения в смесях. Горячий запуск затруднен из-за повышенной летучести, которая приводит к потенциальным условиям паровой блокировки (Sinor and Bailey, 1993). Добавление 10 об.%, 20 об.% И 30 об.% Этанола к бензину увеличивает RVP базового бензина примерно на 24,53 кПа, 19,61 кПа и 18,31 кПа соответственно. Повышение давления пара для смесей этанола с низким уровнем содержания вызвано разбавлением водородных связей между молекулами этанола в конечной смеси.Когда этанол разбавляется бензином, эффект водородных связей снижается, и молекулы этанола ведут себя больше, чем указывает их низкая молекулярная масса, что приводит к повышенной летучести (Bailey, 1997). Добавление этанола также изменяет кривую перегонки бензина. Также можно заметить, что добавление этанола к бензину увеличивает IBT, но скорости 10%, 50%, 90% и конечные температуры перегонки снижаются. Этанол образует азеотроп с минимальной температурой кипения с бензином, в результате чего кривая дистилляции опускается на 10 об.% и 90 об.% дистиллированных очков.

Метанол CH 3 OH, также называемый метиловым спиртом, представляет собой водорастворимую жидкость без цвета и запаха. Он замерзает при -97,8 ºC и закипает при 64,6 ºC. Он смешивается с водой во всех пропорциях, и утечки быстро рассеиваются. Смеси, содержащие от 6,7% до 36% воздуха, горючие. Температура самовоспламенения метанола составляет 467 ºC, что является высоким показателем по сравнению с 222 ºC для бензина. Этим можно объяснить высокое октановое число метанола, 106; Типичный бензин имеет октановое число от 90 до 100.Хотя метанол не является самым дешевым топливом, его свойства делают его конкурентоспособным с другими видами топлива. Метанол, используемый в качестве добавки или заменителя бензина, может немедленно помочь решить проблемы как с энергией, так и с загрязнением воздуха (Reed and Lerner, 1973). Теплотворная способность метанола ниже, чем у бензина и этанола, поэтому его смеси содержат меньше МДж / кг. Смеси метанола и бензина вызывают небольшое, но значительное снижение КПД двигателя. Метанол также имеет высокий показатель RON, который увеличивается с увеличением концентрации метанола.По сравнению с неэтилированным бензином, RON топлива, смешанного с метанолом, увеличивается на 3,4, 9,6 и 13,6 соответственно. Это число отражает тот факт, что смешивание метанола с бензином является очень эффективным методом увеличения октанового числа топлива. Более того, результат этого эффекта демонстрирует устранение детонации. Это возможность замены антидетонационных присадок в бензине с низким процентным содержанием метанолов в смеси, что помогает минимизировать загрязнение воздуха (Ямамото, 1972). Добавление 10т.%, 20 об.% И 30 об.% Метанола по отношению к бензину увеличивает RVP базового бензина примерно на 22,43 кПа, 31,58 кПа и 33,74 кПа, соответственно. Из-за разрушения водородных связей в метаноле, когда он смешивается с углеводородом, давление паров смеси метанола и бензина сильно отклоняется от идеального поведения, демонстрируя гораздо более высокое давление пара, чем можно было бы ожидать. Это избыточное давление пара может привести к проблемам с паром (проблемы с управляемостью), затруднениям с горячим запуском, остановкой, колебаниями и плохим ускорением (Ceci1, 1974).Было предложено несколько решений этих проблем (Fitch and Kilgroe, 1970; Adelman, 1972). Можно добавлять жидкости с высоким давлением пара или газы, такие как бутан, обычно или предпочтительно во время холодного запуска. Для достижения того же эффекта при холодном пуске можно впрыскивать бензин или СНГ. Помимо проблемы с холодным запуском, характеристики двигателя, работающего на метаноле, эквивалентны характеристикам двигателя, работающего на бензине. Добавление метанола также изменяет кривую перегонки бензина.Также можно заметить, что добавление метанола к бензину увеличивает IBT, 90% и скорость конечной температуры перегонки, но снижается на 10% и 50%.

928 928 931
Свойство
поз.
Пробное топливо Метод испытания
Бензин M10 M20 M30
Теплота сгорания

(МДж / кг)
44.133 42,447 40,672 38,673 41,615 38,233 36,247 ASTM
D340
Рейд
Давление паров
,418 9183 967
9018 9183 967
57,43
66,58 68,74 ASTM
D323
Октановое число по исследовательскому методу 84,8 88,3 93,4 98.9 88,2 94,4 98,4 ASTM
D2699
Плотность при 15,5 ° C
(кг / л)
0,7678 0,7678 9282 9284 0,7760 9284 9284 0,7770 0,718 ASTM D1298
Температура дистилляции
(ºC)
IBT 38,5 39,5 40,3 40,7 43,2 43.7 44,5 ASTM D86
10 об.% 57,2 52,3 55,4 55,7 48,2 50,4 134 903 93,5 71,8 71,6 72,5 81,0 79,7 81,6
90 об.% 156,0 143,7 143,1 142,7 16528 9048 164,7
Конечная точка 181,7 176,1 176,6 176,5 206,2 206,3 206,7
206,7 9000 смешанные виды топлива.

2.2. Процедура испытаний

Рабочие характеристики и характеристики выбросов двигателя с искровым зажиганием, работающего на этаноле и метаноле, смешанном с бензином, были оценены и сравнены с чистым бензиновым топливом.Аппараты, использованные в настоящем исследовании, включали двигатель, динамометр и анализатор выхлопных газов. Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рисунке 1. Был выбран одноцилиндровый карбюраторный четырехтактный внедорожный двигатель с искровым зажиганием (типа Bernard Moteures 19A). Бензиновые двигатели для внедорожников отличаются от автомобильных двигателей по нескольким техническим характеристикам. Из-за этих конструктивных различий влияние изменений смеси спирта и бензина на характеристики и характеристики выбросов от внедорожных бензиновых двигателей сильно отличается от влияния изменений смеси спирта и бензина на характеристики и выбросы от автомобильных бензиновых двигателей.Этот двигатель имел диаметр цилиндра 56 мм и ход поршня 58 мм (общий рабочий объем 143 см 3 ). Его номинальная мощность составляла 2,2 кВт. Система зажигания состояла из обычных катушек и свечей зажигания с первичной цепью катушки, работающей от блока генератора импульсов. Двигатель был соединен с гидравлическим динамометром. Отработавшие газы отбирались из выпускного отверстия, а затем измерялись в режиме реального времени анализатором выхлопных газов Bosch.

Рисунок 1.

Принципиальная схема экспериментальной установки.(1) Двигатель, (2) Динамометр, (3) Вал, (4) Маховик, (5) Выхлопная труба, (6) Блок управления динамометром, (7) Газоанализатор и (8) Система измерения топлива.

Был проведен ряд экспериментов с бензином и различными смесями этанола и метанола. Испытательные смеси были приготовлены непосредственно перед началом эксперимента, чтобы гарантировать гомогенность топливной смеси и предотвратить реакцию этанола с водяным паром. Двигатель запускали и давали прогреться в течение 20–30 мин.Перед запуском двигателя с новой топливной смесью ему давали поработать достаточно времени, чтобы израсходовать топливо, оставшееся от предыдущего эксперимента. Все смеси были испытаны при различных оборотах двигателя. Испытания двигателя проводились на максимальных оборотах до холостого хода. Необходимая нагрузка двигателя была получена с помощью динамометрического контроля. Измерялись частота вращения двигателя, расход топлива и нагрузка, а также вычислялись тормозная мощность, тормозной момент и удельный расход топлива при торможении (BSFC).Для каждого эксперимента было выполнено три запуска, чтобы получить среднее значение экспериментальных данных.

После того, как двигатель перешел в стабильное рабочее состояние (установившееся состояние), были записаны параметры выбросов, такие как CO, CO 2 , HC и NO x , от онлайн-анализатора выхлопных газов. Выбросы CO, CO 2 , HC и NO x достигли средних значений полученных данных в течение 20 секунд для каждого стабильного рабочего состояния. Концентрация каждого газа непрерывно измерялась путем сбора цифровых данных.Во время экспериментов контролировали температуру выхлопных газов, чтобы гарантировать, что двигатель находится в устойчивом состоянии.

2.3. Технические характеристики двигателя

Здесь представлены результаты тормозной мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива для смесей этанола и метанола с бензином при различных оборотах двигателя.

На рис. 2а показано влияние смесей этанола и бензина на тормозную мощность двигателя. Когда содержание этанола в смешанном топливе было увеличено, мощность торможения двигателем немного увеличилась для всех оборотов двигателя.Однако тормозная мощность бензина была немного ниже, чем у E10 – E30, особенно при низких оборотах двигателя (например, 1000 об / мин). С увеличением процентного содержания этанола увеличивались плотность смеси и объемный КПД двигателя, что приводило к увеличению мощности. О подобном поведении сообщали почти все исследователи для различных типов двигателей и условий (Аль-Хасан, 2002; Байрактар, 2005). На рис. 2b показано влияние различных топлив, смешанных с этанолом и бензином, на крутящий момент двигателя.Увеличение содержания этанола несколько увеличивало крутящий момент двигателя. Тормозной момент бензина был ниже, чем у E10 – E30, особенно на низких оборотах двигателя. За счет добавления этанола октановое число повысилось. Следовательно, антидетонационные свойства улучшились и позволили установить более продвинутые сроки, что привело к более высокому давлению сгорания и, следовательно, более высокому крутящему моменту (Agarwal, 2007). По результатам экспериментов был рассчитан удельный расход топлива на тормоз (BSFC), чтобы понять изменения расхода топлива в испытательном двигателе, использующем различные топлива, смешанные с этанолом и бензином.BSFC (г / кВтч) определяется как соотношение расхода топлива (г / ч) и тормозной мощности (кВт). На рис. 2с показаны вариации BSFC для различных топлив, смешанных с этанолом и бензином, при различных оборотах двигателя. Как показано на этом рисунке, BSFC уменьшалась по мере увеличения процентного содержания этанола. Кроме того, существует небольшая разница между BSFC, использующей чистый бензин, и топливом, смешанным с этанолом и бензином. Когда частота вращения двигателя увеличивается до 1600 об / мин, BSFC уменьшается, достигая минимального значения.Это связано с увеличением термического КПД тормозов (Najafi et al., 2009).

На рис. 3а показано влияние топлива, смешанного с метанолом и бензином, на тормозную мощность двигателя. При увеличении доли метанола мощность двигателя незначительно снижалась для всех оборотов двигателя. Тормозная сила бензина была выше, чем у М10 – М30, особенно при высоких оборотах двигателя (например, 2500 об / мин). На рис. 3b показано влияние смеси метанол-бензин на крутящий момент двигателя. Увеличение содержания метанола несколько снизило крутящий момент двигателя.Тормозной момент бензина был выше, чем у М10 – М30. На рис. 3с показаны вариации BSFC для топлив, смешанных с метанолом и бензином, при различных оборотах двигателя. Как показано на этом рисунке, BSFC увеличивалась по мере увеличения процентного содержания метанола. Кроме того, существует небольшая разница между BSFC при использовании бензина и при использовании топлив, смешанных с метанолом и бензином. Когда частота вращения двигателя увеличилась до 1600 об / мин, BSFC снизилась до минимального значения. Однако, если время искрового зажигания увеличивается на 2º без какой-либо дополнительной оптимизации, в условиях работы WOT при полной нагрузке мощность двигателя почти не снижается, и BSFC также может быть уменьшен (El-Emam and Desoky, 1984; Liu et al., 2007).

Рис. 2.

Экспериментальные результаты эксплуатационных характеристик двигателя при использовании различных топливных смесей этанола и бензина при различных оборотах двигателя. (a) тормозное усилие, (b) тормозной момент и (c) удельный расход топлива при торможении.

Рис. 3.

Экспериментальные результаты эксплуатационных характеристик двигателя с использованием различных топлив, смешанных с метанолом и бензином, при различных оборотах двигателя. (a) тормозное усилие, (b) тормозной момент и (c) удельный расход топлива при торможении.

Влияние добавления этанола и метанола к неэтилированному бензину на рабочие характеристики двигателя SI при регулируемых оборотах двигателя показано на рис. 4 и 5. Как показано на фиг. 4a и 4b тормозная мощность и крутящий момент немного уменьшились по мере увеличения процентного содержания этанола для всех скоростей двигателя. На рис. 4c, уменьшение BSFC продолжалось до тех пор, пока процентное содержание этанола не достигло 40%. Выше этой точки BSFC начала расти.

Рисунок 4.

Влияние добавления этанола на рабочие характеристики двигателя.(a) тормозное усилие, (b) тормозной момент и (c) удельный расход топлива при торможении.

Как показано на рис. 5a, 5b и 5c тормозная мощность, тормозной момент и характеристики BSFC имеют противоположную тенденцию между более низкими и более высокими оборотами двигателя. Эти характеристики увеличивались по мере увеличения процентного содержания метанола на более низких оборотах двигателя (700-1400 об / мин), в то время как характеристики несколько снижались при более высоких оборотах двигателя (1700-2300 об / мин).

Рисунок 5.

Влияние добавления метанола на рабочие характеристики двигателя.(a) тормозное усилие, (b) тормозной момент и (c) удельный расход топлива при торможении.

На рис. 6 показано сравнение характеристик тормозной мощности при различных топливах, смешанных с этанолом и метанолом, и скоростях двигателя. Можно видеть, что смеси этанол / бензин имеют значительно более высокие значения тормозной мощности, чем смеси метанол / бензин, пока процентное содержание этих смесей не достигнет 40% для более низких оборотов двигателя (700-1400 об / мин). После этого момента обе характеристики тормозной мощности начинают сходиться. . Для более высоких оборотов двигателя (1700–2300 об / мин) характеристики тормозной мощности сходятся до тех пор, пока процентное содержание смесей не достигнет 60%, а при превышении этого процента начинает расходиться.Это происходит из-за влияния свойств топливных смесей, связанных со сгоранием. На рис. 7 показано сравнение характеристик BSFC при различных топливных смесях этанола и метанола и скоростях двигателя. Можно видеть, что смеси этанол / бензин имеют значительно более низкие значения BSFC, чем смеси метанол / бензин. Для более низких скоростей двигателя значения характеристик BSFC сходятся, в то время как значения характеристик BSFC расходятся для более высоких скоростей двигателя.

Рис. 6.

Сравнение характеристик мощности торможения при использовании различных топлив, смешанных с этанолом и метанолом и бензином.

Рис. 7.

Сравнение удельного расхода топлива тормозами при использовании различных топливных смесей, содержащих этанол и метанол и бензин.

Добавление этанола в бензин приведет к улучшению рабочих характеристик внедорожного двигателя с искровым зажиганием и низким КПД. Экспериментально было продемонстрировано, что добавление 30% этанола к смеси привело к увеличению мощности торможения двигателем, крутящего момента и уменьшению BSFC. Эти результаты в целом совпадают с результатами предыдущих исследований.Тормозная сила и тормозной момент смесей метанола и бензина ниже, чем у бензина для всех скоростей двигателя. Кроме того, BSFC топлив из смеси метанола выше, чем у бензина. Таким образом, было показано, что добавление умеренных количеств метанола к бензину не должно существенно влиять на рабочие характеристики немодифицированного двигателя с искровым зажиганием. Этот эффект объясняется следующими факторами: а) более низкой теплотворной способностью на единицу массы метанола и б) более низким стехиометрическим соотношением воздух-топливо для смесей метанол-бензин.

2.3. Характеристики выбросов двигателя

Для исследования влияния различных топливных смесей этанол / метанол и бензин на выбросы выхлопных газов для сравнения были выбраны результаты испытания двигателя при 2000 об / мин с полным открытием дроссельной заслонки, как показано на рис. 8.

CO is токсичный газ, образующийся в результате неполного сгорания. Когда этанол и метанол, содержащие кислород, смешиваются с бензином, сгорание двигателя улучшается и, следовательно, сокращается выброс CO (Stump et al., 1996; Ясар, 2010). Как видно на рисунке 8, значения выбросов CO составляют около 3,654% (3,637%), 3,161% (3,145), 2,842% (2,825), 2,337% (2,306%), 1,851% (1,824%) и 1,275% ( 1,248%) для топлива E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40), E60 (M60) и E80 (M80) соответственно.

CO 2 нетоксичен, но способствует парниковому эффекту. Концентрации CO 2 при оборотах двигателя 2000 с полным открытием дроссельной заслонки с использованием смесей этанола и метанола и бензина были снижены по сравнению с бензином.Поскольку этанол и метанол содержат меньше атомов углерода, чем бензин, он выделяет меньше CO 2 (Knapp, 1998; Celik, 2008). Значение выбросов CO 2 составляет около 13,88% для бензинового топлива, тогда как значения CO 2 составляют около 13,12% (12,96%), 12,95% (12,78%), 12,25% (12,12%), 11,73% ( 11,68%), 10,42% (10,39%) и 9,78% (9,57%) с топливом E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40), E60 (M60) и E80 (M80) соответственно .

Концентрация углеводородов в выхлопных газах при 2000 об / мин при полном открытии дроссельной заслонки для бензинового топлива составляла 345 частей на миллион, в то время как концентрация углеводородов в E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40) , Топлива E60 (M60) и E80 (M80) составляли 341 (304), 301 (297), 282 (223), 265 (234), 273 (261) и 380 (372) частей на миллион, соответственно.Концентрация HC при 2000 об / мин с использованием E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40) и E60 (M60) была снижена на 8,98% (11,88%), 12,75% (13,91%), 18,26%. (35,36%), 23,19% (32,17%) и 20,86% (24,35%), соответственно, в то время как концентрация углеводородов в топливе E80 (M80) была увеличена на 10,14% (7,83%), соответственно, по сравнению с бензином. Эти результаты показывают, что этанол и метанол можно рассматривать как частично окисленные углеводороды, когда они добавляются к смешанному топливу. Следовательно, выбросы углеводородов в некоторой степени снижаются по мере увеличения количества этанола / метанола, добавляемого в бензин.Смеси с низким содержанием этанола / метанола и высоким содержанием этанола / метанола снижают температуру цилиндра, поскольку теплота испарения этанола / метанола выше по сравнению с бензином. Более низкая температура вызывает пропуски зажигания и / или частичное возгорание в областях вблизи стенки камеры сгорания. Поэтому выбросы углеводородов увеличиваются, а мощность двигателя может немного снизиться. Об этом поведении сообщали другие исследователи для различных типов двигателей и условий (Celik, 2008; Najafi et al., 2009).

Это показывает, что по мере увеличения процентного содержания этанола / метанола в смесях выбросы NOx уменьшались.Концентрация NOx в выхлопных газах при 2000 об / мин при полном открытии дроссельной заслонки для бензинового топлива составляла 2247 ppm, в то время как концентрация NOx в E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40), E60 (M60) и E80 (M80) топлива были 1957 (1945), 1841 (1828), 1724 (1574), 1498 (1379), 1366 (1338) и 1223 (1207) частей на миллион соответственно. Концентрации NOx при 2000 об / мин при использовании топлива E5 (M5), E10 (M10), E20 (M20), E40 (M40), E60 (M60) и E80 (M80) были снижены на 12,91% (13,44%), 18,07% ( 18,65%), 23.27% (29,95%), 33,33% (38,63%), 39,21% (40,45%) и 45,57% (53,72%) соответственно по сравнению с бензином. Поскольку этанол / метанол имеют более высокую теплоту испарения по сравнению с чистым бензином, температура смеси в конце такта впуска снижается и, в конечном итоге, вызывает снижение температуры сгорания. В результате сокращаются выбросы NOx из двигателя (He et al., 2003; Celik, 2008).

Топливные смеси с высоким содержанием этанола и метанола оказали важное влияние на сокращение выбросов выхлопных газов.Результаты экспериментов показывают, что наиболее подходящими видами топлива с точки зрения выбросов углеводородов были E40 и M20. Концентрации CO, CO 2 и NOx в E80 и M80 были самыми низкими по сравнению с другими топливными смесями.

Рис. 8.

Влияние различных топливных смесей этанол / метанол и бензин на выбросы CO, CO2, HC и NOx.

Формула этанола, кипение, точка плавления, pH, плотность, растворимость

Химические свойства этанола

Химическая формула

Химическая формула

этанола: C 2 H 5 OH.

Рисунок 1. Структурная и молекулярная формула этанола.
Этанол, как и все спирты, имеет гидроксильную группу
, присоединенную к насыщенному атому углерода.

калорий

1 грамм этанола обеспечивает 7 калорий (килокалорий) «метаболизируемой энергии» или 6,1 калорий «чистой метаболической энергии [7] ».

Физические свойства этанола

Внешний вид, запах и вкус

При комнатной температуре этанол представляет собой прозрачную бесцветную летучую жидкость с характерным запахом.В разбавленном виде он несколько сладкий, но концентрированный спирт имеет сильный жгучий вкус [1] .

Растворимость

Этанол хорошо растворим в воде и органических растворителях, но плохо растворим в жирах и маслах [1] .

Плотность

Плотность этанола при 68 ° F (20 ° C) составляет 0,789 г / мл [1] .

pH

Чистый этанол нейтрален (pH ~ 7) [2] . Большинство алкогольных напитков более или менее кислые: pH столового вина = 3.3-3,7 [3] , pH пива ~ 4 [4] .

Температура кипения

Температура кипения этанола составляет 173,3 ° F (78,5 ° C) [1]

Точка плавления

Точка плавления этанола составляет -173,4 ° F (-114,1 ° C) [1] .

Точка замерзания

  • Вино (10% алкоголя по объему): -4 ° C (25 ° F)
  • Водка (40% спирта по объему): -10 ° F (-23 ° C)
  • Чистый спирт (100% спирта по объему): -175 ° F (-115 ° C) [5]

Температура воспламенения

Температура вспышки — это температура, при которой этанол воспламеняется и может загореться:

  • Пиво (5% спирта по весу) может загореться при воспламенении при 144 ° F (62 ° C),
  • Вино (10% алкоголя по весу) при температуре 120 ° F (49 ° C),
  • Водка (40% спирта по весу) при 79 ° F (26 ° C) [5] и
  • Концентрированный спирт (96% спирта по весу) может загореться при температуре 63 ° F (17 ° C) [5] .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *