Моторные бензины.

Моторные бензины предназначены для поршневых авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять следующим требованиям:

- иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь при любых температурах;

- иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении;

- не оказывать вредного влияния на детали топливной системы и окружающую среду.

Автомобильные бензины используются в бензиновых двигателях (карбюраторных или инжекторных) внутреннего сгорания. По составу автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического и термического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, коксования. В состав автомобильных бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С.

Основные показатели качества бензинов – фракционный состав и октановое число.

Фракционный состав характеризуется температурой начала кипения, температурами испарения 10 %, 50 %, 90 % и 98 % объема. Количество легкокипящих углеводородов в бензинах ограничивается температурой начала кипения, которая для автомобильных бензинов всех марок должна быть не ниже 35 °С. При таком условии уменьшаются потери легкокипящих углеводородов бензина от испарения при хранении.

Фракция выкипания 10 % объема бензина называется пусковой. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Фракция выкипания от 10 % до 90 % называется рабочей. Температура ее испарения должна быть не выше 160 – 180 °С.

С фракционным составом бензина связаны такие характеристики двигателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания, прогрев и приемистость, экономичность и долговечность работы.

Октановое число является основным показателем качества бензина, характеризующим его детонационную стойкость. Детонацией называется чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре двигателя, что вызывает металлический «стук», вибрацию, перегрев и, как следствие, быстрый износ двигателя. Октановое число – это условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная процентному содержанию изооктана С₈Н₁₈ в его смеси с н-гептаном С₇Н₁₆, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу. У изооктана детонационная стойкость принята за 100 единиц, а у н-гептана она равна нулю. Для измерения октанового числа применяют специальную установку – одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия. В установку заливают бензин и измеряют детонацию. Затем в ту же установку последовательно заливают смеси изооктана и н-гептана в разных пропорциях, добиваясь того же уровня детонации. Доля изооктана в такой смеси и говорит об октановом числе бензина. Измеряют его двумя способами – моторным и исследовательским. Моторный метод отличается от исследовательского более жесткими условиями работы двигателя – выше обороты и температура горючей смеси. Если марка бензина содержит буквенный индекс «И», то это значит, что октановое число данного бензина определяют исследовательским методом; если только букву «А» – моторным. Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский – при эксплуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью. Результаты моторного метода, как правило, на 4 - 8 единиц октанового числа меньше, чем результаты исследовательского метода.

Для повышения детонационной стойкости (повышения октанового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю высокооктановых компонентов. Однако это весьма дорогостоящий способ, поэтому используют более дешевый – введение в состав бензина специальных химических соединений – антидетонаторов.

Наиболее эффективным и дешевым антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС). Бензины с содержанием ТЭС называются этилированными. Однако это вещество является сильнейшим ядом и, выделяясь из двигателя вместе с отработавшими газами, отравляет атмосферу, почву, воду.

В Европе и США от применения этилированного бензина отказались еще в середине 90-х годов 20 в., так как в современных автомобилях стали использовать каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Продукты сгорания этилированного бензина разрушают нейтрализатор и выводят его из строя через несколько часов работы двигателя. В России закон о запрете производства и оборота этилированного бензина был принят в 2003 году.

Нейтрализаторы обеспечивают соблюдение экологических требований к автотранспортным средствам, которые регламентируются правилами Европейской экономической комиссии ООН.

Эти правила периодически пересматриваются в сторону ужесточения требований. Каждая новая модификация правил получает условное обозначение: Евро-1 (1993 г.), Евро-2 (1996 г.), Евро-3 (2000 г.), Евро-4 (2005 г.).

С 1 июля 2002 года в России стал действовать ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия». Этот стандарт соответствует европейским нормам Евро-3 и учитывает требования Европейской Директивы по топливам 98/70/ЕС. ГОСТ Р 51866 регламентирует показатели качества для бензинов марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95 и Супер Евро-98.

В отношении безопасности топлива в соответствии с законом «О техническом регулировании» в России в 2008 г. был принят технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту»[1].

Действие технического регламента на топливо в настоящее время приостановлено. Профильное ведомство в качестве причины называет неготовность нефтеперерабатывающих заводов России (НПЗ) почти на 90% к переходу на выпуск топлива, соответствующего экологическим стандартам "Евро-3" и "Евро-4". По самым оптимистичным прогнозам, российские НПЗ смогут перейти на "Евро-4" к 2013 году. В настоящее время в России 50% выпускаемого топлива соответствует «Евро 2» (бензин АИ-92).

В утвержденной ранее редакции технический регламент разрешал выпуск бензина стандарта "Евро-2" в России до 31 декабря 2008 года, стандарта "Евро-3" - до 31 декабря 2009 года, а "Евро-4" - до 31 декабря 2012 года. По бензину стандарта "Евро-5" ограничения по срокам производства не были установлены.

Октановое число бензина можно повысить введением либо антидетонаторов, либо присадок (добавок).

Антидетонаторы увеличивают октановое число, действуя как катализаторы на процесс сгорания топлива, поэтому их применяют в очень малых количествах по отношению к массе топлива.

В отличие от антидетонаторов присадки увеличивают октановое число бензина за счет своего количества. Присадки, как правили, имеют собственное октановое число выше 100.

Качество и безопасность автомобильных бензинов подтверждается процедурой обязательного подтверждения соответствия в форме сертификации.

Авиационные бензины. Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. Межгосударственный стандарт предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130. Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу, указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси — в знаменателе дроби.

В настоящее время разработаны технические условия на авиационные бензины марок Б-100/130 и Б-100/130 малоэтилированный — ТУ 38.401-58-197-97. Установленные нормы к качеству указанных бензинов соответствуют требованиям АSТМ D 910 и европейским спецификациям на бензины марок 100 и 100LL.

В связи с тем, что к авиационным бензинам предъявляются более жесткие требования, чем к автомобильным, в их состав входят компоненты ограниченного числа технологических процессов - прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, алкилирования, ароматизации.

Для безопасности в обращении авиационные бензины маркируют специальными красителями. Бензины Б-91/115 и Б-92 окрашиваются в зеленый цвет, Б-95/130 — в желтый цвет, Б-100/130 – в голубой цвет.

Реактивное топливо

Реактивные топлива (авиационные керосины) предназначены для использования в современных самолетах с воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этих двигателях топливо в камеру сгорания подается непрерывно, и, вследствие этого процесс горения протекает постоянно. Лишь для запуска двигателя используют постороннее зажигание. Так же непрерывно поступает в камеру сгорания ВРД и воздух (требуемый для сжигания топлива), предварительно сжатый и нагретый в компрессоре. Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания поступают в турбину, где часть энергии превращается в механическую работу вращения колеса турбины, от вала которого приводится в движение ротор компрессора, а также топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания топлива в виде газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем, создают реактивную силу тяги, с помощью которой и осуществляется полет самолета.

Реактивные топлива получают из среднедистиллятной фракции нефти, выкипающей в пределах температур 140 - 280 °С.

В соответствии со стандартами реактивные топлива вырабатывают двух видов: для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью полета (Т-1, ТС-1, Т-1С, Т-2, РТ); для летательных аппаратов сверхзвуковых (Т-6, Т-8В). Они имеют повышенную плотность и высокую теплоту сгорания.

Массовыми топливами в настоящее время являются топлива двух марок – ТС-1 (высшего и первого сортов), РТ (высшей категории качества).

Топливо РТ получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов и смешением с антиокислительной и противоизносной присадками. При гидроочистке удаляются агрессивные и нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород.

Дизельное топливо

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением, где уже находится сжатый воздух.

В результате высокого сжатия (в 18 раз против 8 - 10 раз у карбюраторных двигателей) давление в цилиндре достигает 40 кг/см², температура поднимается выше 500 °С, и происходит самовоспламенение топлива.

Основу дизельного топлива составляют углеводороды с температурой кипения 180-350 °С.

Важным эксплуатационным свойством дизельного топлива является его способность быстро воспламеняться и плавно сгорать.

Самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается цетановым числом (ц.ч.) – процентным содержанием (по объему) цетана в искусственно изготовленной смеси с a-метилнафталином. Чем выше цетановое число, тем лучше пусковые свойства дизельного топлива, больше полнота сгорания, меньше нагарообразование в камерах сгорания и форсунках. Наибольшее цетановое число у парафиновых углеводородов, меньшее – у нафтеновых, самое низкое – у ароматических. Цетановое число повышается при смешении топлива с компонентами, содержащими парафиновые углеводороды, или специальными присадками. У летних топлив ц.ч. составляет 40 - 45 единиц, у зимних – 50 - 55 единиц.

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает дизельное топливо следующих марок:

Л – летнее (при температурах окружающего воздуха выше ^оС);

З – зимнее (при температурах до –20 °С и до –30 °С)

А – арктическое, температура применения которого до –50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и З не превышает 0,2 %; марки А – 0,4 %. Дизельное топливо, поставляемое на экспорт, содержит не более 0,2 % серы. Экологически чистое дизельное топливо содержит серы не более 0,05 – 0,1 %.

Принято следующее условное обозначение дизельного топлива:

- летнее обозначают с учетом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,2-40);

- зимнее – обозначают с учетом содержания серы и температуры застывания (З-0,2-35).

В условное обозначение арктического топлива входит только содержание серы (А-0,2).

Энергетическое топливо

Газотурбинное топливо используется в газовых турбинах на электростанциях, речных и морских судах, локомотивах, автомобилях. Получают его из дистиллятов коксования, крекинга, прямой перегонки.

Котельное топливо (мазут) используется в стационарных паровых котлах тепловых электростанций, судовых энергетических установках, промышленных печах.

Изготавливают мазуты из продуктов прямой перегонки нефти с вовлечением крекинг-остатков, экстрактов, гудронов, асфальтосмолистых веществ и других тяжелых продуктов переработки нефти.

Мазуты подразделяют на марки в зависимости от состава, назначения и вязкости (цифра указывает на вязкость при 50 °С):

- топочные мазуты марок 40, 100;

- флотские мазуты марок Ф-5, Ф-12;

- для мартеновских печей: МП – малосернистое (до 0,5% серы), МП-1 – сернистое (до 1% серы), МПВА – высокоароматизированное, высокосернистое;

- экспортный мазут марок М-1,0, М-2,5.(получают смешением 85-90 % остатков переработки нефти и 10-15 % дистиллятных фракций).

Печное топливо. Печное бытовое топливо используется для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Печное топливо по составу занимает промежуточное положение между мазутами и дизельным топливом, вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки нефти и из дистиллятов крекинга и коксования.

Дата добавления: 2015-08-27