Состав и виды бензина

Вопреки распространённому мнению, бензин не является моновеществом с чёткой структурой. На самом деле это смесь углеводородов, имеющая, в зависимости от марки и названия, и разное молекулярное строение. Свойства разных марок, состав  бензина под разными торговыми названиями обусловлены именно этим.

Коротко о производстве – «откуда что берётся»

Чтобы получить это топливо, с сырой нефтью (которая является основным сырьём для производства бензина, хотя производить его можно и из сланцев, и даже из каменного угля, но эти способы дороже) проделывают различные  манипуляции, например, низкотемпературная (риформинг) и высокотемпературная (крекинг) обработка сырья. Полученный в результате этих разных методов бензин затем смешивается в уже товарную форму. Таким образом, состав бензина многокомпонентен. Упрощённо процесс создания этого топлива выглядит так:

1. Атмосферно-вакуумная перегонка с получением самого легко извлекаемого бензина.
2. Извлечение серы и солей, которые значительно ухудшают качество бензина. Российская нефть, кстати, очень богата серой, поэтому на мировых рынках ценится даже ниже азербайджанской, например. Исключение – сахалинская нефть с большим количеством лёгких фракций.
3. Отправка оставшихся нефтяных фракций частично на вторичную перегонку, частично – на каталитический крекинг. Из вторичной перегонки фракции идут на каталитический риформинг.
4. В результате крекинга оставшихся тяжёлых фракций при нагреве (иногда до 700⁰С) рвутся молекулярные цепочки, и образуется вторичный бензин. Если при низкотемпературном процессе выход бензина из сырой нефти не превышает 20%, то в результате высокотемпературного крекинга бензина из нефти можно получить уже до 70%.
5. Тяжёлые нефтяные фракции из процессов атмосферно-вакуумной перегонки, из вторичной перегонки и из каталитического риформинга поступают на участок «газофракционирующая установка». Из неё, а так же с установки каталитического крекинга, идут компоненты в смесь, которая и является собственно бензином. А из смеси затем уже выделяют сорта и классы АИ-92, АИ-95, Евро-3 и т.д.

Маркировка бензина

Какие химические свойства бензина используются при его продаже потребителям? Для работы бензина в качестве моторного топлива важны:

1. Испаряемость.
2. Воспламеняемость и, как следствие – способность к горению.
3. Образованию отложений (нагара) – которых должно быть как можно меньше.
4. Коррозионная активность.
5. Способность к детонации.

Маркировка бензинов из продающихся на заправках в России сейчас такова: АИ-92, АИ-95 и АИ-98. Выпускаемые раньше для грузовых траков А-72 и АИ-80 в соответствии с переходом на евростандарты сняты с производства из-за их большого количества токсичных веществ, входящих в состав бензина и в продуктах выхлопа.

Что же означают буквы «А» и «И» в названии топлива?

Метод определения октанового числа – моторный, обозначается литерой «А», и/или исследовательский, обозначаемый «И». При моторном методе измеряют детонационные свойства воздушно-бензиновой взрывоопасной смеси, поступающей из карбюратора или инжекторов в камеру сгорания, притом на нормальных режимах работы мотора. При исследовательском – на предельных, форсированных или просто повышенных оборотах и нагрузках. Так как исследования проводятся обоими методами, маркировка бензинов использует обе литеры – «АИ»

Октановое число – что это?

Теперь о сути самого термина. Так как состав бензина в основном – это смесь изооктана и гептана с их разной способностью к детонации в камерах сгорания двигателей, то замер этой их способности к детонации в момент воспламенения и измеряют на специальном двигателе для испытаний бензиновой смеси.

При этом если превалирует изооктан – возрастает детонация. Если гептан – детонация падает до нуля, но возрастает температура горения, что идёт к износу всех деталей, содержащих силикон и резину (сальники), они твердеют и крошатся; прогорают клапана и стенки цилиндров. В большинстве случаев (кроме специальных) октановое число совпадает с процентом содержания в бензине изооктана.

Экологические требования к топливу

Природа Земли – равновесная система взаимодействия растительного и животного мира, притом как на суше, так и в океане. Загрязнение её ведет к гибели многих живых существ, а значит и к оскудению многообразия генофонда планеты. А именно так – в планетарном масштабе, — нужно мыслить, если человечество хочет выжить и сохранить всё многообразие природы. Но!

Продукты сгорания нефти, особенно без должной степени очистки по параметрам, принятым международными правилами в последнее время, в больших количествах смертельно опасны для окружающей среды. Впрочем, токсичны не только продукты сгорания, но и сама нефть и все её производные и антидетонационные присадки. Например, тетраэтилсвинец. Или наличие в бензине углеводородов с двойными связями, что характерно в составе бензина вторичной возгонки после каталитического крекинга нефти.

Впрочем, экологические требования к топливам ужесточаются из года в год, что служит хоть какой-то гарантией чистоты окружающей среды. Даже бьющие по карману потребителя налоги за содержание и покупку автомобилей со старыми экологическими нормами также способствуют сбережению природы.

Особо стоит остановиться на бензинах класса «Евро» под маркировкой 3, 4 ,5 и 6. Это бензины особой экологической чистоты, при сгорании которых выделяется на 10-12% меньше угарного и углекислого газов, понижено в полтора – два раза содержание бензола (его там 1,00 % макс.), серы – 1,00 ррм не более, ароматических углеводородов – 42, 35, 35 и 24 % соответственно, наличие моющих присадок – обязательно, а выбросы окислов азота уменьшены на 5,0 у Евро3, 3,2 – у Евро4, 2,0 – у Евро5 и 0,46 у Евро6.

Россия также не остаётся в стороне от общемирового тренда: компанией «Лукойл» выпущен бензин ЭКТО100. Топливо прошло экспертизу швейцарской компании Intertek и получило высокую оценку по классу экологичности. По отзывам потребителей, если на крышке бензобака обозначено, что топливо должно быть не ниже АИ95, а ездили на АИ98, то свойства бензина ЭКТО100 таковы, что заправка им только улучшила характеристики работы мотора.

Сезонный бензин

Среди водителей имеет хождение стойкий миф о том, что в сильные холода (минус 20 градусов и ниже) следует заливать в бензобак бензин с более низким, на одну ступень, чем рекомендовано, октановым числом. Например, АИ-92 вместо «родного» АИ-95.Чем мотивируют? Более низкой температурой воспламенения, а значит – его надёжностью загораться в цилиндрах двигателя в сильный мороз.

Ну, хорошо. Залили вы 10 литров АИ-92 вместо рекомендованного АИ-95 при холоде на улице в минус 20. А в течение дня мороз спал до минус 10, свойства бензина другие, отличающиеся от расчётных – и зазвенели клапана и цилиндры от «вдруг» возникшей детонации! Замена мотора потом обойдётся несопоставимо дороже копеечной экономии.

Тем более, что такую замену можно делать, если в инструкции по эксплуатации вашей машины прямо сказано, что такая замена топлива на с более низким октановым числом вообще допустима.

Мало кто знает, что все крупные компании производят бензин в зависимости от времени года, так существует зимний и летний его состав, именно для целей более надежной работы двигателя в разные времена года.

Так что, выбирая топливо для зимних поездок, стоит обратить внимание не на октановое число, а на такой показатель, как «давление насыщенных паров» — ДНП, измеряемого в килопаскалях (кПа). Чем выше ДНП, тем лучше воспламеняемость воздушно-бензиновой смеси.

Для зимнего бензина степень упругости смеси вместо 80 кПа должна быть 90-100 кПа.

Обычный, «летний», бензин, превращается в «зимний» добавлением бутана. Если технология смешивания произведена верно, на выходе получится легко воспламеняемая в морозы смесь.

Но многие ли заправочные станции заморачиваются такой заботой о потребителе? Крупные, брендовые – да. Удар по их престижу  может обернуться многомиллионными убытками, особенно, если после грамотной экспертизы и распиаренной в СМИ историей автомобилист докажет убытки по вине автозаправочного гиганта. С  мелких же производителей, зачастую, взятки гладки. Закроют его керосиновую лавочку – он возродится под другим названием и под другой фамилией. Любимой тёщи, например. А теперь представьте такую же манипуляцию с названием и сменой фактического владельца у бренда «Лукойл»?

Другие показатели. Октан – это ещё не всё!

С соотношением изооктана и гептана, влияющим на антидетонационные качества бензина, вроде всё ясно. От чего же ещё зависит эффективность сгорания топлива под названием «бензин»?

У сложных углеводородов, входящих в его состав, разная степень испаряемости и закипания, а эти показатели напрямую влияют на работу мотора. Качество бензина как раз и зависит от соотношения фракций, закипающих при разной температуре. Различия в составе всех АИ и Евро, таким образом, обусловлены процентным соотношением легко-  и трудно- закипаемых фракций.

Для чего вводятся такие фракции в состав бензина? Если не вдаваться в тонкости термодинамики и процентного химического состава топлива, то картина складывается следующая:

• Закипающие при низкой температуре (от 27⁰С) служат для первичного воспламенения при пуске холодного двигателя;
• Кипящие до 100⁰С – для стабильной работы мотора при движении;
• Кипящие до 200 градусов на конечной стадии движения и при выключении мотора – чтобы он не продолжал работать даже при выключении зажигания за счёт того, что части двигателя раскалены (калильное зажигание).

Кроме того, различаются также и виды бензинов. Они бывают этилированные и неэтилированные. Вторые – без этилсвинцовых добавок. Но главное, пожалуй, отличие видов бензинов – это авиационные и автомобильные.

Коротко об авиационном бензине

Авиационный бензин – это топливо, используемое для поршневых авиационных двигателей. Не для реактивных самолётов – там в качестве топлива используют авиационный керосин.

Особенность авиационного двигателя, в отличие от автомобильного, в том, что в большинстве случаев используется принудительный впрыск топлива в цилиндры двигателя.

Маркировка авиабензинов производится, в отличие от автомобильных АИ,  литерой «Б». На данный момент в России взамен ранее выпускавшихся бензинов Б-91-115 и Б-95-139  разработан и пошёл в серию универсальный бензин Б-92, в котором отсутствует показатель «сортность на богатой смеси», что позволило наряду с нормальной работой  на всех режимах расширить ресурсы двигателей и значительно уменьшить содержание в бензине тетраэтилсвинца.

Кроме топливного Б-92 в России выпускается и авиационный Б-70, но используют его чаще всего в качестве бензинового растворителя в производстве и для бытовых нужд.

Послесловие

Если использовать не нефтяные ресурсы в качестве источника для получения топлива, то перспективы как экологии, так и самого наличия топливно-энергетического комплекса выглядят не столь удручающе, как это есть на сегодняшний момент.

В качестве альтернатив могут быть использованы технологии переработки сжиженных газов, растительных масел из ряда непищевых сортов, спирты на основе этилового, но главное – водород, не оставляющий после себя СО и СО2.

Отдельное направление – создание экономичных  и компактных аккумуляторов и электродвигателя, работающего в паре с ними.

Пока что идёт химическое совершенствование бензинов, ужесточение экологических требований к ним, но, как следствие – увеличение цены. Что вкупе с увеличением численности народонаселения планеты и доступ всё большего числа людей всех континентов к благам цивилизации, к которым, несомненно, относится и всеобщая автомобилизация – перспективы отрасли остаются неопределёнными.