Детонационная стойкость горючего
От качества бензина зависит работа двигателя внутреннего сгорания, которая осуществляется следующим образом. Смесь паров бензина с воздухом засасывается в цилиндр и сжимается поршнем. Сжатая смесь поджигается искрой. Углеводороды, входящие в состав смеси, сгорают. Образующиеся газы двигают поршень, совершая работу. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем больше мощность двигателя. Однако при максимальном сжатии смеси некоторые углеводороды сгорают со взрывом. Происходит удар взрывной волны о поршень, о чем свидетельствует стук в двигателе. Такое взрывное сгорание, называемое детонацией, приводит к преждевременному износу двигателя. Детонацию в основном вызывают углеводороды нормального (неразветвленного) строения. Углеводороды с разветвленной углеродной цепью, а также непредельные и особенно ароматические углеводороды допускают значительное сжатие паров бензина с воздухом.
Детонационную стойкость углеводородов и их смесей (бензин) количественно можно охарактеризовать октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость к детонации. Детонационная стойкость нормального гептана
Н3С—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН3
условно принята за 0, а изооктана
CH3
|
H3C–CH–CH2–C–CH3
| |
CH3 CH3
принята за 100. Октановое число бензина численно равно такому процентному содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 96, то это означает, что он допускает такое же сжатие своих паров в цилиндре без детонации, как и смесь из 96% изооктана и 4% нормального гептана.
Бензин прямой перегонки содержит много углеводородов нормального строения, поэтому у него невысокое октановое число (50–65). Такой бензин непригоден для непосредственного использования. Детонационную стойкость бензина можно повысить, добавляя к нему антидетонаторы, например тетраэтилсвинец (ТЭС) или этиловую жидкость. Однако он очень ядовит: вызывает поражение нервной системы и другие тяжелые хронические заболевания. Поэтому при работе с этилированным бензином (содержащим 0,5% ТЭС) следует избегать попадания его на кожу и особенно вдыхания паров. «Этилированный бензин — яд» — серьезное предупреждение каждому, кто работает с таким бензином. Чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают в сине-фиолетовый цвет. Применение ТЭС в качестве антидетонатора приводит к тому, что ежегодно в атмосферу выбрасывается около 200 000 т свинца, который загрязняет не только воздух, но и почву и водоемы.
Существуют ли другие антидетонаторы, не обладающие столь сильным токсичным действием? В последнее время все более широко применяется новый высокоэффективный антидетонатор — марганец-органическое соединение С5Н5Мn(СО)5, не обладающее токсичным действием. Увеличить октановое число бензина можно введением изооктана, бензола, этилового спирта и некоторых других веществ.
Автомобильный бензин имеет октановое число меньше 100, например А-72, А-96. Для авиационных двигателей применяют бензин с более высоким октановым числом, например Б-120.
Лигроин, содержащий в своем составе углеводороды с С8—С14 и керосин (смесь углеводородов С12—С18), используют как горючее для тракторов. Керосин применяют в качестве горючего для реактивных самолетов и ракет.
Дизельная фракция нефтеперегонки — топливо для дизельных двигателей. Мазут представляет собой смесь высококипящих углеводородов. Из мазута путем перегонки под уменьшенным давлением получают смазочные масла. Перегонка под уменьшенным давлением необходима потому, что при температуре свыше 350°С (при этой температуре перегоняются углеводороды мазута) начинается разложение углеводородов. Уменьшение давления позволяет вести перегонку мазута при значительно меньшей температуре, без разложения углеводородов. Остаток от перегонки мазута называют гудроном. Из гудрона получают битум. Эти продукты используются в дорожном строительстве. Мазут применяется и как котельное топливо.
Нефти различных месторождений сильно отличаются друг от друга по фракционному составу. Встречаются легкие нефти, состоящие в основном из бензиновых и керосиновых фракций. Так, например, быстринская нефть (Западная Украина) отгоняется на 75% до 300°С. Во многих нефтях СНГ содержание светлых фракций (выкипающих до 300°С) составляет в среднем 30–50%. Наряду с легкими нефтями, встречаются и тяжелые, почти не содержащие легких дистиллятов. К ним относятся, например, катанглийская (о. Сахалин), ярегская (Ухта) и др., в которых не более 9–12% фракций, выкипающих до 300°С, и практически нет бензиновых фракций.