Топливо. Состав, обозначение, октановое и цетановое числа.

основными видами топлива для автотранспорта остаются продук­ты переработки нефти - бензины и дизельные топлива. Эти топлива представ­ляют собой смеси углеводородов и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. В состав бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 2000С, а в состав дизельных топлив - углеводороды, выкипающие в пределах 180-3600С. Производство топлива включает комплекс технологических процессов пере­работки нефти и нефтепродуктов.

Автомобильный бензин — это легковоспламеняющаяся горючая жидкость, в состав которой входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С. Важнейшим свойством бензина является его способность в состоянии газообразной смеси воспламеняться и сгорать со скоростью распространения фронта пламени 25 — 35 м/с. В некоторых случаях процесс горения может приобрести взрывной, детонационный характер Способность бензина противостоять взрывообразному горению называется детонационной стойкостью. Она оценивается октановым числом. Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов: изооктана — октановое число 100, и нормального гептана с октановым числом, равным 0, которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за октановое число.

Одним из принципов классификации различных марок бензина является октановое число. Существуют два метода его определения: исследовательский)и моторный. Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский — при эксплуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью.

В России производятся автомобильные бензины пяти марок (ГОСТ 2084-77): А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95.. Буква «И» в маркировке указывает на применение исследовательского метода при определении октанового числа, цифры — октановое число. Бензин А-72 практически не вырабатывается из-за отсутствия техники, которая бы его потребляла. Наиболее велика в производстве доля бензина марок А-76, А-92, который вырабатывается по ТУ 38.001 165 — 97. Кроме перечисленных в ГОСТ 2084—77 в России производятся также автомобильные бензины марок А-80, А-96, АИ-98.

Бензин. Состав
Проблему увеличения октанового числа бензинов можно решить с помощью специальных добавок (их называют антидетонационными присадками). Так, добавление 0,82 г тетраэтилсвинца Pb(С₂Н₅)₄ к 1 кг изооктана увеличивает октановое число бензина до 110. Огромный недостаток данной присадки (этиловой жидкости) заключается в том, что при её сгорании образуются высокотоксичные соединения свинца, большая часть которых с выхлопными газами выбрасывается в атмосферу. Из-за этого во многих странах запрещено применять тетраэтилсвинец.
Сейчас основными добавками, увеличивающими октановое число бензинов, служат кислородсодержащие соединения — этиловый спирт, трет-бутиловый спирт (СН₃)₃СОН, метил-трет- бутиловый эфир (СН₃)₃СОСН₃, метил-трет-амиловый эфир С₂Н₅С(СН₃)_2ОСН₃. Октановые числа этих соединений высоки (например, у (СН₃)₃СОСН₃ оно равно 120), а токсичность их, а также продуктов их сгорания (вода и углекислый газ) низка.
Помимо октанового числа бензина, которое должно соответствовать классу двигателя, к топливу предъявляется ещё несколько важных требований. Прежде всего это его фракционный состав — содержание в бензине отдельных фракций с различными температурами кипения. От фракционного состава зависят условия пуска двигателя, длительность прогрева, полнота сгорания топлива.
При промышленном выпуске бензинов в них растворяют газообразные линейные и разветвлённые бутаны, которые не только обладают высокими октановыми числами, но и характеризуются высоким давлением насыщенных паров.
Ещё одно требование — химическая стабильность. Для увеличения стабильности в бензин при хранении добавляют специальные соединения — антиоксиданты. Их действие основано на замедлении процессов окисления за счёт превращения активных радикалов в малоактивные. При отрыве активным радикалом атома водорода от ОН-группы образуется неактивный радикал, прерывающий цепную реакцию окисления.
Сравните дорогие духи с их сложным неповторимым ароматом и характерно пахнущую маслянистую желтоватую жидкость, заливаемую в баки автомобилей на бензоколонках. На первый взгляд может показаться, что парфюмерный шедевр — это кропотливая филигранная работа, а бензин — всего лишь продукт крупнотоннажного химического производства. На самом же деле по сложности композиция обыкновенного бензина может потягаться с хорошими духами, а требования, предъявляемые современным обществом к качеству, экономичности, экологической чистоте бензина, стимулируют работу сотен химических лабораторий по всему миру. Настоящие исполины мировой нефтехимической промышленности — «Бритиш Петролеум», «Шелл», «Шеврон» — ежегодно тратят миллионы долларов на разработку более совершенных, безопасных для природы антидетонационных присадок, на поиск новых уникальных композиций топлива. А поскольку не за горами тот день, когда нефтяные запасы Земли истощатся, перед химиками стоит фантастическая по своей сложности задача — как с умом истратить то, что есть, а потом найти, чем это можно заменить.

Октановое число различных бензинов
Бензин прямой гонки 40—70
Бензин термического крекинга 70—75
Бензин каталитического крекинга 80—90
Бензин риформинга 80—90

Смесь тетраэтилсвинца с выносителем называется этиловой жидкостью. Бензин, содержащий этиловую жидкость, называется этилированным. Чтобы предупредить отравление им, этилированный бензин окрашивают в различные цвета.

Для питания двигателей внутреннего сгорания применяются жидкие и газообразные виды топлива. Наибольшее распространение получило жидкое топливо - бензин для карбюраторных двигателей и дизельное топливо для дизелей. Показателем воспламеняемости дизельных топлив является цетановое число, характеризующее склонность дизельного горючего к термическому распаду, окислению и самовоспламенению. Чем оно больше, тем легче самовоспламеняется горючее.

Цетановое число определяется на специальной установке путем сравнения воспламеняемости испытуемого дизельного горючего с эталонными горючими. Последние представляют собой смеси различного со-става из цетана С₁₆ Н₃₄ , самовоспламеняемость которого принята за 100 (цетановое число 100) и альфа – метилнафталина С₁₀ Н₇ СН₃ , само-воспламеняемость которого принята за ноль (цетановое число 0).

Жидкие топлива имеют цетановое число 40 – 50, октановые числа бензинов составляет 60 – 98, а для авиационных бензинов они близки к 100. Кроме изооктана в качестве антидетонаторов применяют ацетон с тетраэтиловым свинцом (он ядовит).

Дизельные топлива. Это топливо применяется для дизелей.

Основными свойствами дизельного топлива являются температура самовоспламенения, температура застывания и вязкость.

Температурой самовоспламенения называется температура, до которой необходимо нагреть смесь дизельного топлива с воздухом, чтобы начался процесс ее горения. Эта температура равна примерно 300—350 С. О самовоспламеняемости дизельного топлива судят по цетановому числу. Чтобы определить цетановое число, дизельное топливо сравнивают с эталонными топливами, цетановое число которых заранее известно.

Цетановое число находится в пределах 40—45 единиц. С повышением цетанового числа процесс сгорания протекает более плавно, двигатель работает более экономично и не так жестко.

Для повышение цетановых чисел дизельных топлив к ним добавляют специальную присадку — изопропил-нитрат.

Температура застывания дизельного топлива оказывает влияние на работу дизеля: чем она ниже, тем надежнее работает дизель, так как при застывании топливо превращается в желеобразную массу и подача его из топливных баков в цилиндры двигателя становится невозможной. Температура застывания дизельного топлива должна быть на 10—15° С ниже температуры окружающего воздуха в районе его эксплуатации.

Выпускают следующие марки дизельного топлива: Л — летнее, 3— зимнее, А — арктическое.