Вы можете написать и разместить на портале статью.

Убедительно просим не присылать статьи из интернета - их можно найти поисковыми машинами. Напишите свою, интересную и уникальную статью. Сфотографируйте и опишите лабораторную работу по физике, или химии, пришлите фотографии Вашей самоделки....
шлите статьи на адрес we@guru.ua

Как производят бензин. Марки бензина

Бензин считается одной из самых важных жидкостей во всем мире. Бензин очень важен для экономики страны, также как кровь важна для человека. Без бензина (и дизельного топлива) весь наш мир рухнет или просто перестанет развиваться. Ведь только в США ежегодно расходуется около 130 миллиардов галлонов (почти 500 миллиардов литров) бензина! Но что делает бензин настолько важным для нас? Как его изготовляют? Об этом речь пойдет дальше.

Родственные товары:

Бензиновое масло
Газ
Топливо
Дизельное топливо
Дизель
D2

Что такое бензин?

Бензин считается алифатическим углеводородом. Это означает, что бензин состоит только из молекул водорода и углерода, организованных в цепи. Молекулы бензина содержат от семи до 11 углеродов в каждой цепи.

Если сжигать бензин в идеальных условиях, т.е. с большим количеством кислорода, то можно получить углекислый газ (выделяемый из атомов углерода в бензине), воду (из атомов водорода) и много тепла. В одном галлоне бензина содержится около 132x106 джоуля энергии, что эквивалентно 125 000 БТЕ (британская тепловая единица) или 36 650 ватт-час:

Например, если взять обогреватель мощностью 1 500 ватт и включить его на целые сутки, то он израсходует ровно столько же энергии, сколько содержится в галлоне газа.

Если бы люди могли пить бензин(т.е. переваривать и получать энергию как из еды), то один галлон обеспечивал бы их 31 000 калорий, такое количество калорий содержится в 110 гамбургерах из McDonalds!

Как производят бензин?

Сам бензин изготавливают из сырой нефти. Сырая нефть, добываемая из земли, черного цвета, за ее цвет и ценность ее также называют черным золотом. В этой жидкости содержатся углеводороды, при чем все атомы углерода и водорода в сырой нефти соединены в цепи разной длины. Все молекулы углеводорода, имеющие разную длину, обладают характерными только им свойствами. Например, цепь только с одним атомом углерода (CH4) является самой легкой, такую молекулу называют метаном. Метан – это настолько легкий газ, что он улетучивается также быстро, как и гелий. Молекулы с более длинными цепями являются более тяжелыми. Первые четыре цепи атомов углеводорода - CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) - являются газами, и они «кипят» при температуре -107,-67,-43 и-18 0C. Все цепи после молекулы C18H32 являются жидкостью при комнатной температуре, а цепи после атомов C19 (т.е.19 атомов углерода) при комнатной температуре – твердые тела. В зависимости от длины волны меняется и температура кипения цепей. За счет такой разницы с помощью процесса дистилляции можно разделить цепи в веществе. Именно таким способом из сырой нефти получают бензин - когда сырую нефть нагревают, все цепи (в зависимости от температуры испарения) начинают разъединяться.

Цепи в молекулах C5, C6 и C7 очень легкие, легко выпариваются, поэтому все вещества с таким количеством атомов углерода это прозрачные жидкости, называемые керосинами. Их используют в качестве растворителей – из этих жидкостей можно получить бензин для сухой химической чистки, так же как растворители красок и другие быстро сохнущие продукты. Цепи от C7H16 до C11H24 очень перемешены и используются для производства бензина. Все они испаряются при температурах ниже точки кипения воды. Вот почему, если пролить бензин на землю, он начинает мгновенно испаряться.

Далее следует керосин, от 12 до 15 томов углерода, затем дизельное топливо и более тяжелые горючие (например, печное топливо для отопления помещений).

Затем идут смазочные масла. Эти масла практически не испаряются при нормальных температурах. Например, моторное масло может выдержать температуру нагревания двигателя 121 градус Цельсия весь день и совсем не испариться. Масла различаются по вязкости – бывают легкие и густые. Цепи выше C20 формируют твердые тела, начиная с твердого парафина, смолы и заканчивая асфальтовым битумом, используемым для асфальтирования дорог.

И все эти вещества изготавливают из сырой нефти. Единственное различие между ними заключается в длине углеродистых цепей!

Что такое октан?

Практически во всех видах транспорта установлен четырехтактный бензиновый двигатель. Один из тактов является ходом сжатия, за счет чего двигатель может сжимать воздух и газ перед их воспламенением свечой зажигания. Количество сжатия называют степенью сжатия двигателя. Степень сжатия у обычного двигателя может быть 8 к 1.

Оценка детонационной стойкости бензина говорит о том, во сколько раз происходит сжатие топлива перед его воспламенением. Когда воспламенение газа происходит за счет сжатия, а не за счет искры свечи зажигания, двигатель начинает стучать. Такой стук может существенно повредить двигатель. Низкооктановый газ (например, "обычный" 87 октановый бензин) не требует большого сжатия.

Степень сжатия двигателя определяет октановое число газа, который допускается использовать в автомобиле. Если вы хотите увеличить мощность двигателя, вы можете просто увеличить степень сжатия своего двигателя. Это говорит о том, что чем лучше двигатель, тем выше его степень сжатия и тем больше он требует высокооктанового топлива. Преимущество высокой степени сжатия состоит в том, что за счет этого повышается мощность двигателя. Недостаток – необходимый для такого двигателя бензин стоит гораздо дороже.

Происхождение термина "октан": когда нефтеперерабатывающие заводы крекируют нефть, они получают продукты с разной длиной углеводородных цепей. Затем эти цепи разной длины разделяют и вновь смешивают для изготовления других видов топлива. Например, метан, пропан и бутан - все углеводороды. Метан имеет только один атом углерода. Пропан - три связанных атома углерода. Бутан имеет четыре атома, пентан - пять, гексан - шесть, гептан - семь, а октан имеет восемь атомов углерода. Все эти вещества получили свое название по количеству содержания в них атомов углерода.

Гептан очень плохо поддается сжатию. Он возгорается даже от небольшого сжатия. В то время как октан спокойно переносит практически любую степень сжатия – его можно сжимать почти до бесконечности и он не будет воспламеняться. Восемьдесят седьмой октановый бензин говорит о том, что в нем содержится 87-процентный октан и 13 процентный гептан. Такой бензин самопроизвольно начинает возгораться на определенном уровне сжатия, и может использоваться только в тех двигателях, которые не превышают эту степень сжатия.

Добавки для бензина

Во время второй мировой войны многие военные обнаружили, что для того чтобы повысить октановое число, в бензин можно добавить специальное вещество, называемое тетраэтилсвинец. Таким образом можно легко изготовить более дешевые сорта бензина, пригодных для автомобилей. Так в производстве бензина многие заводы стали использовать этил и свинец. Однако, из-за добавления свинца в бензин начались побочные эффекты: -- Свинец стал забивать каталитический конвертер и быстро выводил его из строя.

-- Свинец из выхлопных труб попадал в воздух, а поскольку свинец считается ядовитым веществом, он сильно влиял на здоровье людей. Когда правительство запретило использовать свинец, цены на бензин мгновенно подскочили вверх. Однако, самолетам до сих пор разрешено использовать этилированный бензин, т.е. бензин с примесями этила и свинца.

Позже запрещенную добавку заменили другой - метиловым третичным бутиловым эфиром (англ.МTBE) - довольно простая молекула, полученная из метанола.

Новую добавку стали добавлять к бензину по двум причинам:

--этот эфир повышал октановое число.
-- эфир лучше перерабатывал все элементы, содержащиеся в бензине.
Поскольку данное вещество является окислителем, во время горения оно выделяет дополнительный кислород. В результате такой окислительной реакции сокращалось количество несгоревших углеводородов и угарного газа в выхлопе.

Метиловый третичный бутиловый эфир стали добавлять в бензин особенно после вступления в силу Закона о чистом воздухе, принятого в 1990 году. По этому закону бензин мог содержать не более 10 -15 процентов новой добавки.

Единственный недостаток MTBE состоял в том, что эта добавка является канцерогенной и поэтому взаимодействует с водой. К тому же существовал риск заражения воды, поскольку, если на бензоколонке происходила авария и бензин, содержащий MTBE, попадал в грунтовую воду, колодцы наполнялись загрязненной, непригодной для употребления водой. Правда, не только MTBE может загрязнять воду, бензин и другие виды топлива также наносят непоправимый вред природе и окружающей среде.

Последнее время ученые подумывают над тем, чтобы заменить MTBE в бензине этанолом – обычным спиртом, используемым для производства алкоголя. Этанол, правда, гораздо дороже MTBE, но он, по крайней мере, не способствует развитию рака.

Проблемы, возникшие из-за использования бензина

Из-за использования бензина в автомобильных двигателях люди столкнулись с двумя проблемами. Во-первых, выхлопные газы бензина приводят к образованию смога и озоновых дыр в атмосфере. Во-вторых, в воздух выбрасывается большое количество углерода, что в свою очередь приводит к образованию так называемого парникового эффекта.

Если бы автомобили работали на чистом бензине, то они сжигали бы почти все топливо целиком, и в воздух попадал бы только углекислый газ и вода. Но, к сожалению, двигатель внутреннего сгорания не совершенен. В процессе сжигания бензина в воздух выбрасываются следующие вещества:

-- Угарный газ, ядовитый газ
-- Окись азота, главный источник загрязнения воздуха и появления смога
-- Несгоревшие углеводороды

Каталитические нейтрализаторы отработавших газов, несомненно, в некоторой степени предотвращают загрязнение окружающего воздуха, но и они не совершенны. В больших городах по-прежнему остается неразрешенной проблема загрязнение воздуха от выхлопных труб автомобилей и заводов. Основная проблема заключается в использование углерода, который приводит ко многим нежелательным эффектам. При сгорании углерода выделяется большое количество углекислого газа. А поскольку бензин преимущественно состоит из углерода, то во время сгорания бензина образуется углекислый газ. Из одного галлона газа в атмосферу выпускается 2.5 кг углерода. Каждый день, например, в США в воздух выкидывается около 1 миллиарда кг углерода.

Если бы углерод был твердой формы, то его выброс в воздух ощущался бы больше – сжигание одного галлона газа было бы равносильно тому, как если выкинуть из окна автомобиля 2,5 кг пакет сахара. Но потому что 2,5 кг углерода попадают в атмосферу в виде невидимого газа (углекислого газа), большинство людей даже не замечают этого. Более того, постоянно выделяющиеся в воздух выхлопные газы автомобилей приводят к образованию парникового эффекта, который может привести к сильному изменению климата на планете, в результате чего может значительно подняться уровень воды, начаться наводнения, разрушающие целые города. Эти и многие другие недостатки использования бензина заставили многих ученых мирах задуматься над тем, чтобы заменить бензин на менее вредное топливо – водород.