Бензин. Виды, характеристики, марки и производство бензина

Бензин — продукт переработки нефти, представляющий собой горючее с низкими детонационными характеристиками. Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры).

Сырьем для получения бензина является нефть.

Нефть – природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений. Ценное полезное ископаемое, часто залегающее вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ). Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87 % углерода, 11–15 % водорода, 0,01–6 % серы, 0–2 % кислорода и 0,01–3 % азота.

Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. Простейший из них метан (CH4) – основной компонент природного газа. Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды. Обычная сырая нефть из скважины – это зеленовато-коричневая, легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом.

Химически нефти очень различны и изменяются от парафиновых, которые состоят большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновых или асфальтеновых, которые содержат в основном циклопарафиновые углеводороды. Существует много промежуточных или смешанных типов.

Парафиновые нефти по сравнению с нафтеновыми или асфальтеновыми обычно содержат больше бензина и меньше серы и являются главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырых нефтей содержат меньше бензина, но больше серы, мазута и асфальта.

Способов и технологий производства бензина существует достаточно много.

Основными способами производства являются:

• перегонка,
• термический крекинг,
• каталитический крекинг,
• процесс Гудри,
• риформинг,
• полимеризация,
• алкилирование,
• изомеризация,
• гидрокрекинг.

Современные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации:

• иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава 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 и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др.

В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Бензин представляет собой смесь углеводородов, состоящих в основном из предельных (25–61 %), непредельных (13–45 %), нафтеновых (9–71 %), ароматических (4–16 %) углеводородов. В состав бензина также могут входить примеси серо-, азот- и кислородсодержащих соединений.

Бензин – самая легкая фракция из жидких фракций нефти. Эту фракцию получают в числе разных процессов возгонки нефти. Поэтому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость двигателя и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов определяется стандартами.

Легкие фракции бензина характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55 °С (зимний сорт) и 70 °С (летний сорт). Зимние сорта бензина имеют более легкий фракционный состав, чем летние. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя.

Основная часть топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50 % отгона. Минимальный интервал температур от начала до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90 % топлива иногда называют точкой росы.

Бензины – легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700–780 кг/м³. Они имеют высокую летучесть и температуру вспышки в пределах 20–40 °С. Температура кипения бензинов находится в интервале 30–200 °C. Температура застывания – ниже –60 °C. При сгорании бензинов образуются вода и углекислый газ, при концентрациях паров в воздухе 70–120 г/м³ – взрывчатые смеси.

Основным эксплуатационным свойством бензинов является детонационная стойкость.

Детонация – процесс очень быстрого (взрывного) сгорания рабочей смеси с образованием в камере сгорания ударных волн. Внешние признаки детонации – характерный металлический стук и вибрация, черный цвет отработавших газов (дым), неровная работа двигателя.

Основные причины возникновения детонации:

• несоответствие сорта бензина степени сжатия двигателя;
• раннее зажигание, большое количество нагара в камере сгорания;
• работа двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке и низкой частоте вращения коленчатого вала.

Длительная работа двигателя с интенсивной детонацией недопустима, так как это может привести к повреждению двигателя.

Детонационные свойства оцениваются октановым числом, которое в свою очередь определяется двумя методами – исследовательским и моторным. Как правило, в обозначении бензина вместе с октановым числом указывается и метод, по которому оно определено (буква И – исследовательский). Чем выше октановое число, тем больше стойкость к детонации, и возможная степень сжатия двигателя, а следовательно, больше мощность и экономичность.

Эталонное топливо представляет собой смесь двух углеводородов парафинового ряда: изооктана (С8Н18), его детонационная стойкость принимается за 100, и нормального гептана (С7Н16), детонационная стойкость которого принимается за 0.

Октановое число равно процентному содержанию по объему изооктана в искусственно приготовленной смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину.

Для автомобильных бензинов характерны следующие свойства:

• однородность смеси;
• плотность топлива при 20 °С должна составлять 690– 750 кг/м³;
• небольшая вязкость. С ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до –40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20–30 %;
• испаряемость (способность переходить из жидкого состояния в газообразное). Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;
• давление насыщенных паров. Чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом до 670 ГПа и зимой от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках и на складах;
• низкотемпературные свойства (способность бензина выдерживать низкие температуры);
• сгорание бензина. Под сгоранием понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500–2400 °С.

Все бензины отличаются друг от друга по составу и по свойствам, так как их получают не только как продукт первичной возгонки нефти, но и как продукт попутного газа (газовый бензин) и тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин).

В СНГ производят бензины:

• А-72,
• А-76,
• А-80,
• АИ-91,
• АИ-92,
• АИ-93,
• АИ-95,
• АИ-98.

Выпускают бензин:

• этилированными,
• малоэтилированными,
• неэтилированными;
• летних и зимних сортов.

Для первых трех марок цифры указывают октановые числа, определяемые по моторному методу, для последних – по исследовательскому.

В разных регионах мира используются различные марки автомобильного бензина.

В Европе распространены марки бензина:

• «суперплюс» или «супер» (неэтилированный, летний и зимний),
• «премиум» или «европейский» (неэтилированный, летний и зимний),
• «немецкий» (этилированный, летний и зимний),
• «итальянский» (этилированный, летний и зимний),
• «регулар» (неэтилированный, летний и зимний).

В США применяется автомобильный бензин марок:

• «регулар»,
• «мидгрейд»,
• «премиум»,
• «суперпремиум».

Все марки бывают как летние, так и зимние. В США применяется только неэтилированный или, вернее, малоэтилированный автомобильный бензин с содержанием свинца менее 0,0026 г/л.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе применяется автомобильный бензин марок:

• 91RON,
• 92RON,
• 95RON,
• 97RON.

Все они малоэтилированные (летние) с содержанием свинца до 0,01 г/л. Аббревиатура RON составлена из первых букв английских слов research octane number (октановое число по исследовательскому методу). При написании марок бензина используются разные значения октановых чисел, поэтому при подборе аналогов необходимо ознакомиться с описанием каждой марки.

В последнее время наблюдается заметная тенденция снижения потребности в низкооктановых бензинах и увеличения потребления высокооктановых.

Характеристика высокооктановых бензинов:

• А-92 (Regular motor gasoline). Бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина в СНГ. Производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,05 %. Плотность – не более 0,77 г/см. Октановое число по моторному методу – 83, по исследовательскому – 92. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 92RON, но содержит на 30 % больше свинца.
• АИ-91 (AI-91 regular motor gasoline). Бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1 %. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 82,5, по исследовательскому – 91. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 91RON, но содержит на 30 % больше свинца.
• АИ-93 (AI-93 regular motor gasoline). Бензин обычного качества. Производят этилированный (оранжево-красного цвета) с содержанием свинца не более 0,37 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1 %. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 85, по исследовательскому – 93. Специально для экспорта производился этилированный АИ-93 без добавления красителя, с содержанием свинца не более 0,15 г/л и серы не более 0,001 %.
• АИ-95 (AI-95 premium motor gasoline). Бензин улучшенного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 85, по исследовательскому – 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но содержит на 30 % больше свинца.
• АИ-95 «Экстра» (AI-95 еxtra premium motor gasoline). Бензин улучшенного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный), свинец в нем отсутствует. Плотность – не более 0,720 г/см³, содержание серы – не более 0,05 %, давление насыщенных паров – не менее 53,3 кПа (400 мм рт. ст.). Октановое число по моторному методу – 85, по исследовательскому – 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но лучше, так как не содержит свинца.