Основные требования к автомобильным бензинам. Роль отдельных углеводородов в обеспечении эксплутационных и экологических свойств бензина.

Бензины — топлива, выкипающие в интервале температур 28— 215 "С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.

В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобиль­ные и авиационные.

Основными показателями бензина являются детонационная стой­кость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических тре­бований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензи­нах ароматических углеводородов и сернистых соединений.

ДЕТОНАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ

Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500—2500 м/с, вместо обычных 20— 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонацион­ная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов.

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО

Октановое число — условный показатель, характеризующий стой­кость бензинов к детонации и численно соответствующий детонацион­ной стойкости модельной смеси изооктана и «-гептана.

Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а «-гептана — за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А-76) октановое число измеря­ется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяется на специальных установках путем сравнения характе­ристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с «-гептаном. Испытания проводят в двух режимах: жестком (частота вращения коленчатого вала 900 об/мин, температура всасываемой смеси 149 °С, переменный угол опережения зажигания) и мягком (600 об/мин, температура всасываемого воздуха 52 "С, угол опережения зажигания 13 град.). Получают соответственно моторное (ОЧМ) и иссле­довательское октановые числа (ОЧИ). Разность между ОЧМ и ОЧИ на­зывается чувствительностью и характеризует степень пригодности бен­зина к разным условиям работы двигателя. Считают, что ОЧИ лучше характеризует бензины при движении автомобиля в городских услови­ях, а ОЧМ — в условиях высоких нагрузок и скоростей при форсиро­ванном режиме работы двигателя. Среднее арифметическое между ОЧМ и ОЧИ называют октановым индексом и приравнивают к дорож­ному октановому числу, которое нормируется стандартами некоторых стран (например, США) и указывается на бензоколонках как характе­ристика продаваемого топлива.

При производстве бензинов смешением фракций различных про­цессов важное значение имеют так называемые октановые числа смеше­ния (ОЧС), которые отличаются от расчетных значений. Октановые числа смешения зависят от природы нефтепродукта, его содержания в смеси и ряда других факторов. У парафиновых углеводородов ОЧС выше действительных на 4 единицы, у ароматических зависимость бо­лее сложная. Различие может быть существенным и превышать 20 пун­ктов. Октановое число смешения важно также учитывать при добавле­нии в топливо оксигенатов.

ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ

Фракционный состав бензинов характеризует испаряемость топли­ва, от которой зависит запуск двигателя, распределение топлива по ци­линдрам двигателя, полнота сгорания, экономичность двигателя. характеризует пусковые свойства. При температуре ниже предельных значений в системе питания двигателя могут образовываться паровые пробки, а при более высоких температурах запуск двигателя затруднен. В США пусковые свойства бензина характеризуют количеством топли­ва, выкипающего до 70 °С. Температура выкипания 50 % (об.) бензина характеризует скорость перехода двигателя с одного режима работы на другой и равномерность распределения бензиновых фракций по ци­линдрам. Температура выкипания 90 % (об.) фракций и конца кипения влияет на полноту сгорания топлива и его расход, а также на нагарообра-зование в камере сгорания в цилиндре двигателя. В ГОСТ Р 51105—97, который действует с 01.01.99 г., фракционный состав бензина определя­ется при температуре выкипания 70, 100 и 180 °С (по аналогии с требо­ваниями к бензинам в США).

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ

Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость. По фракционному составу бензина рассчитывают индекс испаряемости (см. далее).

Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают, как пра­вило, до 30 % (об.) легких компонентов (фр. н.к. — 62 °С, изомеризата, алкилата и др.). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается также добавлением бутана. В летних бензинах обычно содержится 2— 3 % (об.) бутана, в зимних — до 5—8 % (об.).

ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ

В процессе хранения, транспортирования и применения бензинов возможны изменения в их химическом составе, обусловленные реакци­ями окисления и полимеризации. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообра-зованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели содержания фактических смол, индукционного периода окисления. Высокой химической стабильностью обладают компонен­ты, не содержащие алкенов, — прямогонные бензины, бензины катали­тического риформинга, алкилаты и изомеризаты. В бензинах коксова­ния, термического и каталитического крекинга, напротив, содержатся в достаточном количестве алкены, которые легко окисляются с образова­нием смол. Для повышения химической стабильности к топливам, со­держащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки: я-оксидифениламин, ионол (2,6-дя-трет-бутил-я-крезол), антиокислитель ФЧ-16, древесносмоляной антиокис­литель и др.

СОДЕРЖАНИЕ СЕРНИСТЫХ И АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (серо­водород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этих веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, ди­сульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (S0₂, S0₃), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижает­ся мощность, ухудшается экологическая обстановка.

Наибольшую опасность для людей представляют ароматические уг­леводороды, особенно бензол и полициклические ароматические угле­водороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. В связи с этим в последних нормативных документах ограничено допустимое содержание серы, бензола и арома­тических соединений в бензинах.

В настоящее время в России выпускаются бензины в соответствии с ГОСТ 2084—77 и новым ГОСТ Р 51105—97, который отвечает совре­менным экологическим требованиям, а также по техническим услови­ям, вырабатываемым для конкретных НПЗ.

ИНДЕКС ИСПАРЯЕМОСТИ

Индекс испаряемости (ИИ) бензина характеризует испаряемость бензина и его склонность к образованию паровых пробок при опреде­ленном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившего­ся бензина при температуре 70° С. Индекс испаряемости рассчитывают по формуле

ИИ = 10ДНП + 7К₇₀,

где ДНП — давление насыщенных паров, кПа; К₇₀ — объем испарившегося бензина при температуре 70 "С, %.

В соответствии с ГОСТ Р 51105—97 в настоящее время вырабаты­ваются только неэтилированные бензины (свинца не более 0,01 г/дм). В зависимости от октанового числа, определенного по исследовательс­кому методу, выпускаются пять марок бензинов: «Нормаль-80» — пред­назначен для использования на грузовых автомобилях наряду с бензи­ном А-76; «Регуляр-91», «Регуляр-92» — предназначены для эксплуа­тации автомобилей взамен этилированного А-93; «Премиум-95» и «Супер-98» — полностью отвечают европейским требованиям, конку­рентоспособны на нефтяном рынке и предназначены в основном для зарубежных автомобилей, эксплуатируемых в России (см. табл. 5.2).

На экспорт выпускаются следующие марки автомобильных бензи­нов: А-80, А-92, А-96 и АИ-98. Числовые значения в марках бензинов указывают на октановое число, определяемое по исследовательскому методу. По моторному методу октановые числа этих бензинов должны быть не менее 76, 83, 85 и 88 пунктов соответственно. Для всех экспор­тных бензинов повышены требования к температурам выкипания 50 % бензинов (не выше 120 °С) и концу кипения (не выше 215 °С), ужесто­чены нормы по содержанию серы (не выше 0,05 % мае.) и изменен ряд других показателей.

2.Определить линейную скорость движения паров (w) в колонне, если объем паровой фазы в данном сечении 4 м/с², диаметр колонны 5 м. Сопоставить с допустимой линейной скоростью для данной колонны.

Для вакуумных колонн 3-3,5 м/с

Для атмосферных 1,5-2 м/с

Для колонн работ.под давление 0,5-0,8 м/с

F=υ_пар/ω

F=πd²/4

(вроде надо перевести υ_пар м³/с, так как получается большое число)