Меню Закрыть

Бензин формула химическая с8н18: Какова формула бензина, что входит в топливо и на что влияет состав

Содержание

Бензин из воздуха, или Как заработать на СО2 | Анализ событий в политической жизни и обществе Германии | DW

10 литров — столько топлива производят в день Роланд Диттмайер (Roland Dittmeyer) и его коллеги. Немного. И тем не менее это маленькая революция. Дело в том, что ученые Института технологии в Карлсруэ (KIT) делают топливо, используя экологически чистую электроэнергию, практически из воздуха.

Воздух содержит СО2 — увы, в настоящее время слишком много. В 2015 году на международной конференции в Париже решили ограничить потепление климата двумя градусами и для этого снизить выбросы в атмосферу углекислого газа. Но вместо этого его содержание в атмосфере продолжает расти, а с ним — и воздействие парникового эффекта. Не достигла своих целей и Германия, обещавшая к 2020 году уменьшить выбросы СО2 на 40% по сравнению с 1990 годом.

В Карлсруэ сказка о производстве топлива из СО2 стала былью

На таком фоне технология, позволяющая перерабатывать содержащийся в воздухе углекислый газ в топливо, кажется сказкой. Но в Карлсруэ она стала былью. KIT и его партнеры — фирмы Climeworks, Ineratec и Sunfire — построили компактную установку, на которой в четыре этапа из двуокиси углерода, воды и «зеленой» электроэнергии производится экологически нейтральное топливо.

Сегодня в воздухе содержится слишком много СО2

Через два-три года в Карлсруэ собираются построить установку побольше, способную синтезировать уже по 200-300 литров топлива в сутки, рассказал DW профессор Роланд Диттмайер. А потом на очереди — мобильный промышленный прототип с производительностью в 1500-2000 литров в день. Такие установки могут доставляться к альтернативным источникам энергии.

«В будущем мы будем производить электроэнергию из возобновляемых источников, — поясняет Диттмайер. — И лучше всего ее использовать прямо на месте». КПД своей технологии он оценивает в 60%. У водородного топлива КПД выше, но, подчеркивает ученый, «например, для самолетов или тяжелых грузовиков его энергетическая плотность недостаточна».

Но в конечном итоге все зависит от бизнес-моделей и налоговых инструментов. При действующих производство топлива из воздуха дороже рыночной цены углеводородных энергоносителей, и в ближайшие годы, по мнению профессора, это вряд ли изменится. «Значит, — говорит он, — надо позаботиться о продвижении такого топлива на рынок». Пока же даже при сравнительно низких ценах на электроэнергию производимое в Карлсруэ топливо стоит от одного до полутора евро за литр — вдвое дороже, чем не облагаемый налогами авиационный керосин. 

Мобильная установка по производству топлива из СО2

Разработанная в KIT установка относится к числу новых технологий, позволяющих абсорбировать из воздуха углекислый газ, выделяемый при горении или на промышленных предприятиях, и использовать его для производства новых товаров или закачивать на постоянное хранение глубоко под землю. Такие технологии называют CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage).

Что могут технологии CCUS

Международное энергетическое агентство (МЭА) считает CCUS одним из немногих технологических решений, способных уменьшить выбросы СО2 на угольных и газовых электростанциях, а также в ключевых отраслях промышленности — на сталелитейных, цементных или химических предприятиях. Чтобы достичь поставленных климатических целей, подсчитали в агентстве, необходимо с помощью CCUS к 2040 году уменьшать эмиссию СО2 на семь процентов — не на 32 млн тонн в год, как сейчас, а на 2,3 млрд.  

Технологии CCUS имеют не только экологическую целесообразность, но и большой экономический потенциал. Консалтинговое агентство Boston Consulting Group (BCG) считает, что их рыночная стоимость в ближайшие десять лет достигнет 90 млрд долларов. Модели CCUS были разработаны еще 40 лет назад, но из-за технических и экономических причин оставались, скорее, в тени. BCG предсказывает им скорый расцвет.

Консалтинговое агентство дает дифференцированный прогноз. Одно дело — сферы промышленности (газоочистка, производство аммония и этилового спирта), в которых сравнительно легко достичь уменьшения выбросов CO2. Здесь у CCUS наибольший рыночный потенциал — порядка 70 млрд долларов, хотя на эти отрасли приходится только 3% эмиссии СО2. А вот в сфере угольной и газовой энергогенерации с ее львиной долей выброса углекислого газа использование CCUS, по оценке BCG, пока наименее рентабельно.

Экологи от новых изобретений не в восторге

Эрика Белманн (Erika Bellmann) из немецкого отделения Всемирного фонда дикой природы (WWF) менее оптимистична. В сфере индивидуального транспорта она вообще не видит никакой пользы от CCUS, ратует за переход на электропривод или водородное топливо.

«На первый взгляд, выглядит чудесно: берешь СО2 из промышленных выбросов, делаешь из него бензин и получаешь, как минимум, экономию, — говорит она. — Но это упрощенная схема, ведь процессы по технологиям CCUS крайне энергоемки». Автомобиль, использующий такой бензин, по ее подсчетам, в целом потребляет в пять раз больше энергии, чем электрокар.

В энергетической сфере есть прогресс, признает Белльман, но за счет возобновляемых источников все еще вырабатывается только треть электроэнергии. «Если производить в Германии бензин по технологии CCUS, — полагает эксперт WWF, — то в сумме эмиссия парниковых газов будет намного больше, чем при использовании бензина или дизельного топлива».

К тому же, замечает Белльман, технология выделения СО2 из воздуха еще не настолько развита, чтобы найти широкомасштабное применение. Использование эмиссии сталелитейного, цементного или химического завода, добавляет немецкий эксперт, ничего не меняет в углеводородном происхождении углекислого газа. Его выбросы можно уменьшить только при переходе на возобновляемые источники, и то не до нуля.

Рациональным она считает применение технологий CCUS для производства эффективного сырья для химической индустрии. Положительно оценивает Белльман и вариант закачки в землю двуокиси углерода. Избежать эмиссии СО2, например, при производстве цемента технически невозможно. Но поскольку полный отказ от цемента нереален, то имеет смысл собирать выделяемый при этом углекислый газ и обезвреживать его методом утилизации в земле. «Это очень трудоемкий процесс, требующий больших энергозатрат, но альтернативы ему нет», — заключила Эрика Белльман.

Смотрите также:

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Закрытие угольных электростанций

    Правительство ФРГ решило к 2038 году прекратить использование в электроэнергетике угля — самого вредного для климата ископаемого энергоносителя. Уже в 2022 году общая мощность угольных электростанций сократится на четверть. Ускоренными темпами будут закрывать те, что работают на импортном каменном угле. За свертывание добычи бурого угля ряд регионов Германии получит многомиллиардные компенсации.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Развитие возобновляемой энергетики

    К 2030 году 65% потребляемой в Германии электроэнергии должны производиться из возобновляемый источников (ВИЭ), прежде всего — с помощью ветра и солнца. На момент принятия программы в сентябре 2019 года этот показатель составлял около 43%. Среди мер стимулирования развития ВИЭ — повышение материальной заинтересованности местных органов власти в установке на своей территории ветрогенераторов.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Введение сертификатов на выбросы CO2

    Тот, кто выбрасывает в атмосферу значительные объемы парниковых газов, должен за это платить. Таков смысл системы CO2-сертификатов, введенной в Европейском Союзе еще в 2005 году для промышленных предприятий. В Германии с 2021 года приобретать подобные сертификаты обязаны будут также компании, продающие потребителям различные виды топлива. В результате оно должно подорожать.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Повышение цен на топливо

    Цена CO2-сертификатов, согласно правительственной программе, будет в 2021-25 годах планомерно расти. Это должно привести к постепенному удорожанию, в частности, бензина и дизельного топлива на заправочных станциях. Цель правительственной программы — подтолкнуть автомобилистов к более экономному расходованию нефтепродуктов и, в конечном счете, к переходу на экологичные виды транспорта.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Стимулирование электромобильности

    Правительство ФРГ расширило и продлило до 2025 года программу стимулирования покупки полностью электрических автомобилей и заряжаемых от розетки плагин-гибридов. Так, скидка на электромобили по цене до 40 тысяч евро увеличена с 4 до 6 тысяч евро, для более дорогих моделей она составляет 5 тысяч евро. Одновременно решено в 2020-21 годах установить 50 тысяч новых общедоступных станций зарядки.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Увеличение налога на авиабилеты

    Выбросы от работы авиадвигателей весьма способствуют парниковому эффекту, поэтому правительство ФРГ стремится сократить число авиаперелетов, особенно внутри Германии и Европы. Один из пунктов программы защиты климата — повышение с 1 апреля 2020 года налога на авиабилеты. В частности, на 5,65 евро до 13,03 евро при вылете из аэропортов на территории Германии по внутриевропейским маршрутам.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Налоговые льготы железной дороге

    Чем больше пассажиров предпочтут автомобилям, междугородним автобусам и самолетам электропоезда, тем лучше для климата, считает правительство ФРГ. Один из пунктов его программы — снижение НДС на железнодорожные билеты с 19% до льготных 7% с 1 января 2020 года и, в результате, их удешевление в поездах дальнего следования на 10%. Недополученные налоги казне компенсирует сбор с авиапассажиров.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Запрет дизельного отопления домов

    Значительные выбросы CO2 возникают при обогреве зданий. Во многих немецких домах, прежде всего — индивидуальных, все еще действуют отопительные системы на мазуте или солярке, зачастую очень старые и малоэффективные. Государство готово взять на себя 40% расходов на их замену современными экологичными технологиями. А с 2026 года установка дизельных котлов будет вообще запрещена.

  • Защита климата в Германии: программа правительства до 2030 года

    Поддержка энергосберегающего жилья

    Чем больше в здании применяется энергосберегающих технологий, тем меньше энергии требуется для его отопления. Поэтому с 2020 года правительство Германии в рамках программы защиты климата будет предоставлять налоговые льготы всем домовладельцам за установку в окнах энергосберегающих стеклопакетов и за теплоизоляцию стен и крыши.

    Автор: Андрей Гурков


Светлые нефтепродукты, особенности их производства и современные стандарты

Светлые нефтепродукты — наиболее маржинальные продукты нефтепереработки. К ним относятся бензин, керосин и дизельное топливо. получение соответствующих фракций происходит уже при начальной перегонке нефти, но увеличить их выход по отношению к объему исходного сырья и произвести высококачественный чистый продукт возможно только в результате вторичных процессов нефтепереработки

Первый после дизеля

Светлые нефтепродукты состоят из легких фракций, кипящих при относительно низких температурах. Такие фракции, как правило, почти бесцветны. В первую очередь при упоминании светлых в голову приходит, конечно же, бензин. Хотя справедливости ради нужно сказать, что в структуре мирового потребления бензин уступает по объемам место дизельному топливу, и эта тенденция, по прогнозам экспертов, сохранится. Такой перевес дизеля связан как с многолетним трендом роста автопарка на дизельном топливе и сокращением выпуска бензиновых авто, так и со структурной характеристикой: в случае с дизелем это не только легковые автомобили, но и вся тяжелая коммерческая автотехника, железнодорожный транспорт.

Бензины — легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтоватые жидкости, представляют собой смесь нефтепродуктов с интервалом кипения от 40 до 200°С. Интересно, что слово «бензин» происходит от арабского словосочетания, означающего «яванское благовоние». Так называли смолу дерева стиракс, известную также как «росный ладан». Позднее из нее стали производить кислоту, названную бензойной. В 1833 году немецкий химик Эйльхард Мичерлих получил из этой кислоты простейшее ароматическое соединение бензол и назвал его benzin. В некоторых языках это название закрепилось за классом легких нефтепродуктов, в состав которых входят ароматические соединения, в том числе бензол.

Составляющие бензина — продукты многих процессов на НПЗ: первичной перегонки (прямогонные бензиновые фракции) и вторичных процессов переработки — крекинга, риформинга, алкилирования, изомеризации, полимеризации, пиролиза и висбрекинга. Также в состав бензина могут входить неуглеводородные соединения — спирты, эфиры и другие компоненты.

Современный нефтеперерабатывающий завод — это сложнейшее технологическое сооружение, занимающее площадь в несколько гектар

Вторичные процессы относят к физико-химической технологии переработки. Именно химические реакции — конденсации, расщепления, замещения — позволяют регулировать производство и получать углеводородные смеси требуемого состава и качества. Это принципиально отличает вторичную переработку нефти от простой перегонки.

Слово «бензин» происходит от арабского словосочетания, означающего «яванское благовоние». Так называли смолу дерева стиракс. Позднее из нее стали производить кислоту, названную бензойной. в 1833-м немецкий химик Эйльхард Мичерлих получил из этой кислоты простейшее ароматическое соединение бензол и назвал его benzin.

Основные характеристики

Важнейшая характеристика бензина — октановое число, которое определяет его детонационную стойкость, то есть способность противостоять самовоспламенению при сжатии. Детонация — нежелательное явление в бензиновом двигателе. Оно возникает, когда часть топлива в цилиндре загорается еще до того, как его достигнет пламя от свечи зажигания, и сгорает быстрее, чем требуется. В результате мощность двигателя снижается, он перегревается и быстрее изнашивается. О детонации свидетельствует характерный стук в моторе. В современных двигателях степень сжатия поршня в цилиндре высока — это дает и большую мощность, и увеличение КПД, а значит, бензины с высокой детонационной стойкостью всё востребованнее.

12%
Увеличения мощности двигателя автомобиля можно достичь за счет использования современного топлива G-Drive

Октановое число — условный показатель. Его оценивают, сравнивая детонационную стойкость бензина с модельной смесью двух веществ — изооктана и н-гептана. Сам показатель соответствует процентному содержанию в этой смеси изооктана, который с трудом самовоспламеняется даже при высоких степенях сжатия. Его октановое число принято за 100. Н-гептан, напротив, детонирует даже при небольшом сжатии. Его октановое число — 0. Если октановое число бензина равно 95, это означает, что он детонирует, как смесь 95% изооктана и 5% гептана.

Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды разветвленного строения (изоалканы), наименьшее октановое число у парафиновых углеводородов нормального строения. Последние в подавляющем большинстве содержатся в прямогонных бензинах, и их октановое число, как правило, не превышает 70. Ароматические углеводороды образуются в процессе каталитического риформинга, а разветвленные парафины — при каталитическом крекинге. Именно эти два процесса в XX веке стали основными процессами вторичной переработки нефти, позволяющими получать бензины с повышенным октановым числом. Сегодня высокооктановые бензиновые фракции также получают в результате процессов алкилирования, изомеризации и гидрокрекинга, или используя в низкооктановых бензинах разнообразные присадки.

Бензиновый купаж

Вообще, производство бензина, как и любого другого современного высококачественного топлива — это целое искусство. Судите сами: каждый из процессов переработки нефти на НПЗ дает бензины в разном количестве, разного состава (соотношение основных компонентов) и с разным октановым числом. Все эти параметры обусловлены не только характеристиками процессов, но также особенностями технологической схемы каждого конкретного производства и составом исходного сырья. Далее необходимо смешать компоненты так, чтобы на выходе получился продукт с требуемыми параметрами.

Со временем помимо таких характеристик, как октановое число, фракционный состав, химическая стабильность, давление насыщенных паров, все большую роль стали играть экологические показатели. Когда-то, чтобы повысить октановое число бензина, в него добавляли тетраэтилсвинец — такой бензин назывался этилированным. Сегодня использование этой присадки полностью запрещено из-за ее токсичности.

Класс качества

Первый экологический стандарт «Евро-1» для отработанных газов автомобилей был введен в Европе 24 года назад — в 1992-м. Просуществовал он недолго — всего три года. «Второй» евро стал более жестким: почти вдвое было снижено допустимое содержание твердых частиц. Но самое радикальное ужесточение произошло с введением «Евро-3» в 1999 году. Новый стандарт предполагал суммарное уменьшение уровня выбросов почти на 40%. «Четвертый» и «пятый» евро продолжили движение в этом направлении, но теперь большое значение стало придаваться выбросам СО2, поскольку весь «цивилизованный мир» начал активную борьбу с глобальным потеплением. «Евро-6» в этом смысле лишь закрепляет тенденцию. Стоит подчеркнуть, что сам термин «стандарт евро» относится исключительно к содержанию вредных веществ в отработанных автомобильных газах, а не в моторном топливе. В России же названия экологических стандартов автоматически перенеслись на качественные характеристики бензина или дизеля, хотя требования к безопасности топлива сформулированы в специальном техническом регламенте Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», в котором принят термин «экологический класс» (от К2 до К5).

«Газпром нефть» одной из первых в России перешла на производство бензинов и дизельного топлива пятого экологического класса — в 2015 году. Окончательно же Россия собирается перейти на топливо стандарта Евро-5 с 1 июля 2016 года.

Большую опасность для людей представляют и некоторые ароматические соединения, в частности ряд полициклических ароматических углеводородов, а также бензол, который признан сильным канцерогеном. Ограничение содержания ароматики — требование, которое позволяет снизить негативный экологический эффект от использования бензина. Для примера, в бензинах класса «Евро-3» содержание ароматики было ограничено 42%, а последний европейский стандарт «Евро-6» подразумевает уже не более 24% ароматических углеводородов. Чтобы добиться соответствия бензина экологическим стандартам, сегодня высокооктановый (с октановым числом 100–104) бензин каталитического риформинга (риформат), содержащий много ароматических углеводородов, смешивают с другими фракциями с меньшим октановым числом, полученными в результате изомеризации, каткрекинга или алкилирования. В результате удается получить и высокое октановое число, и приемлемое содержание ароматики.

10мг/кг
допустимое содержание серы в бензинах экологичесского класса «ЕВРО-5», что в 50 раз меньше, чем для «ЕВРО-2»

Рабочие лошадки

Основная область применения легких газойлей, полученных при атмосферной перегонке нефти, а также с помощью гидрокрекинга, термического или каталитического крекинга и коксования нефтяных остатков, — изготовление дизельного топлива. В его состав входят углеводороды с интервалом кипения 200—350°C. Дизель состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин и керосин, он более вязкий и темный (прозрачен, но имеет желтова-тый или коричневатый оттенок). Традиционно дизель использовался в первую очередь как топливо для железнодорожного и водного транспорта, грузового автотранспорта, сельскохозяйственной техники, а также в качестве котельного топлива. Однако позднее приобрел популярность и как топливо для легковых автомобилей благодаря экономичности и надежности дизельных моторов.

Термический и каталитический крекинг

Термический крекинг — процесс расщепления молекул тяжелых углеводородов на молекулы с меньшей молекулярной массой при высокой температуре (более 500°C) и высоком давлении. Создание в 1930-х годах в США эффективных катализаторов, ускоряющих процессы крекинга, привело к тому, что каталитический крекинг достаточно быстро вытеснил термический с ведущих позиций среди процессов глубокой переработки нефти. Более высокая скорость протекания реакций позволила уменьшить размеры установок. Снизилась и температура реакции. Кроме того, процесс давал иное соотношение продуктов, позволяя получать бензин с более высоким октановым числом.

Сырьем для каталитического крекинга служат атмосферный и вакуумный газойль. Основные продукты крекинга — пентан-гексановая фракция (т. н. газовый бензин) и нафта крекинга, которые используются как компоненты автомобильного бензина. Также образуются разнообразные газообразные компоненты (метан, этан, этилен, сероводород, пропан, пропилен, бутан, бутилен).

Процесс протекает следующим образом. В нижнюю часть реактора вводится поток нагретого катализатора, в который впрыскивается также нагретое сырье и пар. Испаряясь, сырье поднимается вместе с катализатором в верхнюю часть реактора. В это время и протекают реакции крекинга. Затем катализатор при помощи пара отделяется от полученных продуктов, которые отправляются на разделение в ректификационную колонну. Так как во время реакций на поверхности частиц катализатора оседает кокс — побочный продукт крекинга, — катализатор теряет свою активность и нуждается в очистке. Для этого его направляют в регенератор, где загрязнение выжигается. После этого катализатор снова готов к использованию.

В дизельном двигателе горючая смесь воспламеняется не от искрового зажигания, а в результате сжатия. Это значит, что, в отличие от бензинов, для дизельного топлива высокая детонационная стойкость как раз нежелательна. Главный критерий его качества — воспламеняемость, которая выражается цетановым числом. Подобно определению октанового числа бензина его получают, сравнивая исследуемое топливо со смесью цетана (C16h44) и α-метилнафталина (C11h20). Процентное содержание цетана в смеси с аналогичной воспламеняемостью и даст цетановое число. Высокое цетановое число и хорошая воспламеняемость дизельного топлива снижают время запуска двигателя, уровень выбросов и шум. Еще одна важная качественная характеристика дизеля — низкотемпературные свойства, то есть способность не замерзать при низких температурах.

Установка гидрокрекинга на НПЗ компании NIS в Панчево, Сербия

Борьба за экологичность привела к запрету тетраэтилсвинца — присадки, повышающей октановое число товарного бензина

Углеводородный состав дизельной фракции более сложен, чем у более легких дистиллятов: в зависимости от процесса получения здесь можно найти и парафиновые углеводороды (алканы), и ароматику, и олефины, и изопарафины. Каждое из этих веществ обладает своими преимуществами и недостатками с точки зрения применения дизеля. Например, у алканов отличная воспламеняемость, но плохая устойчивость к низким температурам. Зато олефины прекрасно переносят морозы, но значительно снижают цетановое число. Это обстоятельство в том числе способствует тому, чтобы производить разные сорта дизельного топлива из различных смесей углеводородов с учетом дальнейшего применения. За основу принимают средние дистилляты прямой перегонки — в советские времена их использовали без лишних примесей — это всем известная солярка. Ценный компонент дизеля — газойль гидрокрекинга, у него высокое цетановое число и малое содержание посторонних примесей. Вообще гидроочистка — обязательный процесс при получении качественного дизеля — в средних и тяжелых дистиллятах скапливается максимальное количество серы и других примесей, бывших в исходном сырье.

Термические процессы

Термические процессы нефтепереработки позволяют получать различные нефтепродукты под воздействием тепла и высокого давления. Первым из таких процессов стал термический крекинг. В настоящее время различные варианты термических процессов (коксование, пиролиз, флексикокинг, висбрекинг) используются в первую очередь для переработки тяжелых фракций нефти и нефтяных остатков. К примеру, коксование позволяет получать из них твердый нефтяной кокс (состоящий преимущественно из углерода), а также низкокипящие углеводороды, которые можно использовать в качестве сырья для других процессов с последующим получением ценных моторных топлив. Висбрекинг применяют для получения главным образом котельных топлив (топочных мазутов) из гудронов. Флексикокинг предназначен для переработки остатков различных процессов, которые смешиваются с нагретым коксовым порошком и дают на выходе разнообразные компоненты жидких топлив и газ. Пиролиз используется для получения углеводородного газа, содержащего такие вещества, как этилен, пропилен и дивинил, — сырье для нефтехимической промышленности.

Гидропроцессы

В гидропроцессах все реакции происходят под действием водорода. Простейший гидропроцесс — гидроочистка. Она применяется для того, которые другие соединения. При высоком давлении и температуре сырье смешивается с водородом и катализатором. В результате атомы серы освобождаются от предыдущих химических связей и соединяются с атомами водорода, образуя стойкое химическое соединение — сероводород, который легко отделяется в виде газа. Гидроочистке подвергаются бензиновые фракции, керосиновые фракции, дизельное топливо, вакуумный газойль и фракции масел.

Гидрокрекинг — один из видов крекинга, используемый для получения бензина, дизельного и реактивного топлива, смазочных масел, сырья для каталитического крекинга и др. Одновременно с реакциями крекинга происходит гидроочистка продуктов от соединений серы и насыщение водородом непредельных углеводородов, то есть получение устойчивых соединений.

Топливо для фонарей и самолетов

Керосин был первым видом топлива, который стали получать из нефти с помощью перегонки. Первоначально он использовался в основном для уличного освещения. Керосин представляет собой прозрачную, бесцветную или желтоватую, слегка маслянистую на ощупь жидкость — смесь углеводородов, молекулы которых содержат от восьми до 15 атомов углерода. Температура кипения керосинов находится в интервале 150—250°C.

Сегодня керосин применяют в первую очередь как авиационное реактивное топливо, а также в качестве компонента жидкого ракетного топлива, в бытовых нагревательных и осветительных приборах, в аппаратах для резки металлов, как растворитель, а также как сырье для нефтеперерабатывающей промышленности.

Реактивное топливо получают из малосернистого или обессеренного керосина, легкого газойля коксования и гидрокрекированных компонентов. Оно проходит строгую проверку качества по таким параметрам, как плотность, вязкость, низкотемпературные характеристики, электропроводность, коррозионные свойства и др. В реактивных топливах недопустимо присутствие сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыла нафтеновых кислот, механических примесей, воды.

Мировое производство реактивного топлива составляет в среднем 5% от перерабатываемой нефти. В мирное время военные потребляют около 10% от общих ресурсов реактивных топлив.

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг — процесс переработки прямогонных бензиновых фракций нефти. Его задача улучшать исходное сырье за счет увеличения октанового числа. В процессе риформинга алканы превращаются в так называемые ароматические углеводороды, характерная черта которых — замкнутая структура молекулы или наличие бензольного кольца — группы из шести атомов углерода, соединенных друг с другом по кругу. Самое простое и одно из самых распространенных ароматических соединений — бензол, молекула которого состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода. Свое название эта группа веществ получила благодаря тому, что первые открытые ее представители обладали приятным запахом. В дальнейшем понятие «ароматичность» стали связывать не с запахом, а с определенными химическими свойствами, характерными для этих соединений.

Продукты каталитического риформинга (риформат) используют не только как компонент для производства автобензинов, но и как сырье для извлечения индивидуальных ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол и ксилолы. Ароматика, в свою очередь, становится сырьем для производства самых различных пластиков.

Алкилирование

Алкилирование — это процесс, который позволяет получить высокооктановые бензиновые компоненты (алкилат) из непредельных углеводородных газов. В основе процесса лежит реакция соединения алкена и алкана с получением алкана с числом атомов углерода, равным сумме атомов углерода в исходных соединениях. По сути это реакция, обратная крекингу, так как в результате получаются вещества с более длинными цепочками молекул и большей молекулярной массой. Впоследствии алкилат смешивают с низкооктановыми бензиновыми фракциями, получая на выходе облагороженный бензин.

Изомеризация

Изомеризация — процесс получения изоуглеводородов, то есть углеводородов с более разветвленными цепочками атомов углерода, из углеводородов нормального строения. Например, если молекула пентана представляет собой цепочку из пяти расположенных друг за другом атомов углерода, то изопентан — это цепочка из четырех атомов углерода с ответвлением, образованным пятым атомом углерода. Изомеризация позволяет повысить октановое число смеси и используется для облагораживания бензина.

Молекула пентана и молекула изопен-тана (справа)

Siemens и Porsche выпустят синтетическое топливо. Оно годится для Ф1

Идея синтетического топлива как альтернативы электромобилям впервые стала обретать реальные очертания. Немецкие концерны Porsche и Siemens Energy объявили о строительстве химического завода, который будет расположен в Чили.

Речь идет о топливе, которое буквально делается из воды и воздуха. Чили выбрана как страна с хорошими условиями для ветряных электростанций. Их экологически-чистая электроэнергия будет питать химическое производство. Океанскую воду на заводе станут разлагать на водород и кислород. Затем предприятие станет поглощать углекислый газ из атмосферы.

С помощью все той же экологичной электроэнергии планируется синтезировать водород (H) и углекислый газ (CO2) в метанол (Ch4OH). Этот простейший спирт сам по себе может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Однако выгоднее подвергнуть его дополнительному преобразованию и получению синтетического бензина. Эту технологию партнерам предоставит нефтяная компания ExxonMobil.

При сжигании синтетического топлива в атмосферу выбрасываются углекислый газ и водяной пар ровно в том количестве, в каком они поглощается при производстве в Чили. Таким образом никакого вреда окружающей среде не наносится, что делает синтетическое топливо реальной альтернативой электромобилям.

Уже в 2022 году завод выпустит первые 130 тысяч литров синтетического бензина. В 2024 году его мощности достигнут 55 миллионов литров в год, а к 2026 году 550 миллионов литров.

Главным покупателем нового бензина должен стать как раз Porsche, который инвестирует в завод 20 миллионов долларов. Теоретически, машины, работающие на таком бензине можно будет выпускать и продавать даже после запрета автомобилей, использующих ископаемое топливо (полученные из нефти бензин или дизель).

Напрямую стороны об этом не говорят, но с 2025 года на синтетическое топливо должна перейти Формула 1. Завод Porsche и Siemens будет первым предприятием, промышлненно выпускающим подобный продукт и, не исключено, что к 2025 году он продолжит быть монополистом.

Таким образом, у Формулы 1 может не остаться иного выбора кроме как закупать бензин именно чилийского производства. Напомним, что только за время одной гонки болиды сжигают 2 тысячи литров, а с учетом пятничных тренировок и субботней квалификации эта цифра увеличивается в несколько раз. Годовая потребность Формулы 1 в гоночном топливе превышает сотню тысяч литров.

Объяснение бензина — октановое число в глубине

Что такое октан?

В последние годы производители автомобилей требуют или рекомендуют бензин премиум-класса (высокооктановое топливо) для использования в большем количестве моделей своих автомобилей. Также увеличилась разница в ценах между премиальным и более низким октановым числом. В результате все больше людей интересуются, что такое октановое число и что означают эти числа октанового числа на бензонасосах.

  • Обычное (топливо с самым низким октановым числом — обычно 87)
  • Midgrade (топливо со средним октановым числом — обычно 89–90)
  • Premium (топливо с самым высоким октановым числом — обычно 91–94)

У некоторых компаний разные названия этих марок бензина, например, неэтилированный, супер- или супер-премиум, но все они относятся к октановому числу.

Бензонасос с указанием различных марок бензина и октанового числа на желтых этикетках

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Большое число на желтой этикетке с октановым числом бензонасоса означает минимальное октановое число. (R + M) / 2 Метод, указанный на этикетке, относится к используемому методу определения октанового числа, где R — октановое число по исследовательскому методу, а M — октановое число двигателя.

Из 18 изомеров нормального октана (C8h28) октан получил свое название от 2,2,4-триметилпентанового соединения, которое обладает высокой устойчивостью к самовоспламенению.Этому изооктану было присвоено эталонное значение 100 для целей тестирования. Чрезвычайно нестабильная молекула нормального гептана (C7h26) является эталонным топливом с нулевым октановым числом.

Как октановое число влияет на мой автомобиль?

Двигатели

предназначены для сжигания топлива в условиях контролируемого горения . Пламя начинается у свечи зажигания и горит по всему цилиндру, пока не сгорит все топливо в цилиндре. Для сравнения, самовозгорание , также называемое самовоспламенением , детонация или детонация , происходит, когда повышение температуры и давления от первичного сгорания вызывает воспламенение несгоревшего топлива.Это неконтролируемое вторичное сгорание приводит к резкому скачку давления в цилиндре и возникновению детонации.

Конкуренция между преднамеренным (контролируемым) и непреднамеренным (самопроизвольным) сгоранием приводит к неравномерному распределению энергии от горящего топлива, что может вызвать повреждение и создать высокое давление на поршень двигателя, прежде чем он войдет в рабочий такт (часть цикла). когда движение поршня генерирует мощность).

Нормальное сгорание в цилиндре бензинового двигателя

Источник: Общая химия: принципы, закономерности и приложения , 2011 (защищено авторским правом)

Самовозгорание в цилиндре бензинового двигателя с детонацией в двигателе

Источник: Общая химия: принципы, закономерности и приложения , 2011 (защищено авторским правом)

Прерывание в цилиндре двигателя

Источник: Общая химия: принципы, закономерности и приложения , 2011 (защищено авторским правом)

До того, как широко использовалось электрическое компьютеризированное зажигание, детонация возникала обычно и могла вызвать серьезные повреждения двигателя.Большинство современных двигателей имеют датчики детонации. При обнаружении компьютер задерживает начальную искру, что приводит к контролируемому сгоранию в момент, когда сжатие не достигает своей наивысшей точки. Хотя это устраняет детонацию, это может привести к снижению эффективности работы двигателя.

Подобное нежелательное состояние называется преждевременным зажиганием, когда топливо воспламеняется само до того, как искра воспламенит его. Современные компьютеры двигателя минимизируют это состояние, управляя синхронизацией клапанов и впрыском топлива; однако этот механизм управления также может приводить к снижению топливной экономичности или снижению выбросов.

Как измеряется октан?

Стандартным способом определения октанового числа является двигатель для определения октанового числа. Этот тест аналогичен способу определения массы объекта путем сравнения его с объектами (эталонами) известной массы на весах. Первичные эталонные топлива (PRF) с точно известным октановым числом образуются путем объединения изооктана, гептана и других хорошо известных стандартов, таких как толуол. Эти PRF используются для фиксации данного образца топлива для определения давления, при котором наблюдаются аналогичные интенсивности детонации.Это измерение производится путем регулировки высоты цилиндра двигателя с октановым числом, которая изменяет степень сжатия / давление в двигателе до тех пор, пока детонация не достигнет определенного уровня интенсивности.

(R + M) / 2, которое вы видите на этикетке, относится к среднему октановому числу по исследовательскому методу ( R ON) и моторному октановому числу ( M ON). Для определения RON топливо проверяется на холостом ходу двигателя с низкой температурой воздуха и низкой частотой вращения двигателя. Для определения MON топливо проверяется в более напряженных условиях, связанных с более высокой температурой воздуха и скоростью двигателя.

Исторически RON и MON определялись на отдельных испытательных машинах, специально сконфигурированных для каждого испытания. Текущие разработки (см. Изображение ниже) позволяют одному и тому же движку выполнять оба теста. Несмотря на эту гибкость, многие тестеры по-прежнему предпочитают использовать более одной машины, каждая из которых специально настроена и откалибрована для выполнения тестов RON или MON.

Двигатель для проверки октанового числа

Последнее обновление: 18 ноября 2020 г.

бензин | Определение, использование и факты

Бензин , также обозначается как бензин , также называемый газом или бензином , смесь летучих, легковоспламеняющихся жидких углеводородов, получаемых из нефти и используемых в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.Он также используется в качестве растворителя масел и жиров. Первоначально побочный продукт нефтяной промышленности (керосин был основным продуктом), бензин стал предпочтительным автомобильным топливом из-за его высокой энергии сгорания и способности легко смешиваться с воздухом в карбюраторе.

Бензин сначала производился путем дистилляции, когда просто отделялись летучие, более ценные фракции сырой нефти. Более поздние процессы, предназначенные для увеличения выхода бензина из сырой нефти, расщепляли большие молекулы на более мелкие с помощью процессов, известных как крекинг.Термический крекинг с использованием тепла и высокого давления был введен в 1913 году, но после 1937 года был заменен каталитическим крекингом, применением катализаторов, которые облегчают химические реакции с образованием большего количества бензина. Другие методы, используемые для улучшения качества бензина и увеличения его поставок, включают полимеризацию, преобразование газообразных олефинов, таких как пропилен и бутилен, в более крупные молекулы в диапазоне бензина; алкилирование, процесс объединения олефина и парафина, такого как изобутан; изомеризация, превращение углеводородов с прямой цепью в углеводороды с разветвленной цепью; и риформинг с использованием тепла или катализатора для перестройки молекулярной структуры.

Подробнее по этой теме

переработка нефти: Бензин

Автомобильный бензин или бензин должен соответствовать трем основным требованиям. Он должен обеспечивать равномерный режим горения, легко запускаться в холодную погоду, …

Бензин — это сложная смесь сотен различных углеводородов. Большинство из них насыщены и содержат от 4 до 12 атомов углерода на молекулу.Бензин, используемый в автомобилях, в основном кипит от 30 ° до 200 ° C (от 85 ° до 390 ° F), смесь регулируется в зависимости от высоты и времени года. Авиационный бензин содержит меньшие доли как менее летучих, так и более летучих компонентов, чем автомобильный бензин.

Антидетонационные характеристики бензина — его способность противостоять детонации, которая указывает на то, что сгорание паров топлива в цилиндре происходит слишком быстро для повышения эффективности — выражаются в октановом числе. Добавление тетраэтилсвинца для замедления горения было начато в 1930-х годах, но было прекращено в 1980-х годах из-за токсичности соединений свинца, выделяемых с продуктами сгорания.Другие добавки к бензину часто включают детергенты для уменьшения образования отложений в двигателе, противообледенительные агенты для предотвращения остановки двигателя из-за обледенения карбюратора и антиоксиданты (ингибиторы окисления), используемые для уменьшения образования «смол».

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В конце 20 века рост цен на нефть (и, следовательно, на бензин) во многих странах привел к увеличению использования бензина, который представляет собой смесь 90 процентов неэтилированного бензина и 10 процентов этанола (этилового спирта).Бензохол хорошо горит в бензиновых двигателях и является желательным альтернативным топливом для определенных применений из-за возобновляемости этанола, который можно производить из зерна, картофеля и некоторых других растительных веществ. См. Также нефть.

Центр данных по альтернативным видам топлива: основы этанольного топлива

Этанол — это возобновляемое топливо, которое производится из различных растительных материалов, известных под общим названием «биомасса». Более 98% бензина в США содержит этанол, обычно E10 (10% этанола, 90% бензина), который насыщает топливо кислородом, что снижает загрязнение воздуха.

Этанол также доступен в виде E85 (или гибкого топлива), который может использоваться в транспортных средствах с гибким топливом, предназначенных для работы на любой смеси бензина и этанола до 83%. Другая смесь, E15, одобрена для использования в легковых автомобилях 2001 модельного года и более новых.

Сделать этанол доступным в качестве автомобильного топлива необходимо в несколько этапов:

  • Сырье для биомассы выращивается, собирается и транспортируется на предприятие по производству этанола.
  • Сырье превращается в этанол на производственном предприятии, а затем доставляется на топливный терминал или конечному потребителю по железной дороге, грузовиком или баржей.
  • Этанол смешивается с бензином на топливном терминале для получения E10, E15 или E85, а затем доставляется грузовиком на заправочные станции. E15 поступает либо непосредственно с терминала, либо через насос-блендер из резервуаров E10 и E85 на станции.

Свойства топлива

Этанол (CH 3 CH 2 OH) — прозрачная бесцветная жидкость. Он также известен как этиловый спирт, зерновой спирт и EtOH (см. Поиск по свойствам топлива). У этанола одна и та же химическая формула, независимо от того, произведен ли он из сырья на основе крахмала или сахара, такого как кукурузное зерно (поскольку это в первую очередь в Соединенных Штатах), сахарный тростник (как в основном в Бразилии) или из целлюлозного сырья (например, древесной щепы или растительных остатков).

У этанола более высокое октановое число, чем у бензина, что обеспечивает превосходные свойства смешивания. Требования к минимальному октановому числу бензина предотвращают детонацию двигателя и обеспечивают управляемость. Бензин с более низким октановым числом смешивают с 10% этанолом, чтобы получить стандартное октановое число 87.

Этанол содержит меньше энергии на галлон, чем бензин, в разной степени, в зависимости от процентного содержания этанола в смеси. Денатурированный этанол (98% этанола) содержит примерно на 30% меньше энергии, чем бензин на галлон.Влияние этанола на экономию топлива зависит от содержания этанола в топливе и от того, оптимизирован ли двигатель для работы на бензине или этаноле.

Энергетический баланс этанола

В США 94% этанола производится из крахмала кукурузного зерна. Для превращения любого исходного сырья в этанол требуется энергия. Этанол, произведенный из кукурузы, демонстрирует положительный энергетический баланс, а это означает, что процесс производства этанольного топлива не требует больше энергии, чем количество энергии, содержащееся в самом топливе.

Целлюлозный этанол улучшает энергетический баланс этанола, поскольку исходное сырье является либо отходами, побочными продуктами другой отрасли (древесина, растительные остатки), либо специальными культурами, такими как просо и мискантус, с меньшими потребностями в воде и удобрениях по сравнению с кукурузой. Когда биомасса используется для преобразования непищевого сырья в целлюлозный этанол, количество энергии ископаемого топлива, используемой в производстве, сокращается еще больше. Еще одно преимущество целлюлозного этанола заключается в том, что он приводит к более низким уровням выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла.

Для получения дополнительной информации об энергетическом балансе этанола загрузите следующие документы:

Бензин — Energy Education

Рис. 1. Бензонасос с пятью октановыми числами, представленными пятью разными числами на насосе. [1]

Бензин , также известный как бензин [2] — это энергоемкое вторичное топливо, которое можно рассматривать как энергетическую валюту. Он используется для питания многих тепловых двигателей, а самое главное, он используется в качестве топлива для значительной части автомобилей.Бензин производится, когда сырая нефть разлагается на различные нефтепродукты в процессе фракционной перегонки. Готовый продукт по трубопроводам поступает на АЗС.

Бензин необходим для работы большинства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. По этой причине бензин является одним из наиболее широко используемых нефтепродуктов. Бензин составляет около половины всех используемых нефтепродуктов. Напротив, дизельное топливо составляло ~ 20%, а керосин (или авиакеросин) ~ 8%. [3] Цена на бензин сильно различается по всему миру, и это влияет на стоимость эксплуатации транспортного средства.Кроме того, мировая экономика все больше связана с добычей нефти и ценами, что влияет на нашу жизнь далеко не только на то, сколько стоит заполнить полный бак газа. [4]

Состав

Точный химический состав бензина зависит от его марки или октанового числа, но в целом это смесь горючих углеводородов. Это октановое число описывает качество топлива, и это значение основано на соотношении двух соединений в бензине — в частности, изооктана , , соединения с той же химической формулой, что и октан, но с немного другой структурой и свойствами. и нормальный гептан . [5] Чем выше количество октанового числа в топливе, тем больше октановое число и тем выше качество топлива. Это более высокое качество топлива гарантирует, что воспламенение топлива произойдет вовремя в результате искры от свечи зажигания, а не раньше в результате сжатия поршня.

В последнее время бензин смешивают с биотопливом, известным как этанол. В Канаде бензин с октановым числом 87 может содержать до 10% этанола, так как это самый высокий процент этанола, на котором может работать обычный автомобильный двигатель. [6]

Кроме того, особый состав бензина приводит к высокой плотности энергии. Эта высокая плотность энергии делает бензин таким ценным топливом, поскольку относительно небольшой объем топлива может обеспечить большое количество полезной энергии.

Плотность энергии (МДж / л) 34,2 [7]
Плотность энергии (кВтч / галлон) 36,1 [8]
Удельная энергия (МДж / кг) 44.4 [9]

Воздействие на окружающую среду

Сгорание бензина является значительным источником антропогенного углекислого газа, или CO 2 . Как и в случае сгорания любого ископаемого топлива, образование этого углекислого газа отрицательно влияет на климат Земли и способствует глобальному потеплению и изменению климата. Общее количество углекислого газа, которое выделяется при сжигании бензина, зависит от массы используемого топлива. Таким образом, автомобиль, который использует меньше бензина, будет производить меньше выбросов в окружающую среду.Это обуславливает необходимость разрабатывать автомобили с максимальной топливной экономичностью, чтобы сэкономить деньги и ограничить выбросы. Повышение топливной эффективности (миль на галлон транспортного средства) одновременно экономит деньги и снижает выбросы. Например, за 10-летний период вождение автомобиля с расходом 30 миль на галлон вместо автомобиля с расходом 24 миль на галлон позволяет сэкономить более 4000 долларов на топливе, если предположить, что стоимость топлива статична и составляет 1,20 доллара за литр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *