Бензин: топливо, свойства и применение¶
Бензин (от фр. benzine, в свою очередь от лат. benzoe — бензойная смола) — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 205 °C, получаемая в результате перегонки нефти и её дальнейшей переработки. Относится к классу нефтепродуктов, используется преимущественно в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, а также как растворитель в лакокрасочной промышленности.
¶Химический состав и производство
Бензин представляет собой сложную смесь, состоящую из более чем 100 индивидуальных углеводородов. Основу составляют алканы (парафины) с числом атомов углерода от 4 до 12, циклоалканы (нафтены), ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) и непредельные углеводороды (алкены). Точный состав зависит от исходной нефти и технологии переработки.
Сырьём для производства бензина служит нефть. Основные технологические процессы получения товарного бензина включают:
- Прямую перегонку нефти — атмосферную дистилляцию, при которой отбирают фракции, выкипающие в диапазоне температур 30–180 °C. Такой бензин (прямогонный) имеет низкое октановое число и требует облагораживания.
- Каталитический крекинг — процесс расщепления тяжёлых нефтяных фракций (вакуумного газойля) в присутствии катализатора при температуре 500–550 °C. Даёт высокооктановый компонент бензина.
- Каталитический риформинг — процесс ароматизации бензиновых фракций, позволяющий получать компоненты с высоким октановым числом (95–100) и ароматическими углеводородами.
- Изомеризацию — превращение нормальных алканов в их разветвлённые изомеры для повышения октанового числа.
- Алкилирование — соединение изобутана с олефинами для получения высокооктановых компонентов.
Товарный бензин получают компаундированием (смешением) различных компонентов с добавлением присадок.
¶Октановое число
Ключевой характеристикой бензина является октановое число — показатель, определяющий детонационную стойкость топлива. Детонация — это аномальное сгорание топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя, сопровождающееся взрывной волной, стуком и повышенным износом. Октановое число измеряется в условных единицах: для нормального гептана (легко детонирует) принято значение 0, для изооктана (2,2,4-триметилпентана, детонирует с трудом) — 100.
Различают два основных метода определения октанового числа:
- Исследовательский метод (Research Octane Number, RON) — моделирует умеренные условия нагрузки.
- Моторный метод (Motor Octane Number, MON) — моделирует жёсткие условия (высокая температура, большая нагрузка).
В России маркировка бензина осуществляется по исследовательскому методу: АИ-92, АИ-95, АИ-98, где цифра указывает октановое число. Для сравнения, в США и Канаде используется среднее арифметическое двух методов (AKI), поэтому американский бензин «premium» с маркировкой 91 соответствует российскому АИ-95.
¶Классификация и марки
В Российской Федерации действует ГОСТ 32513-2013, согласно которому выпускаются следующие марки автомобильных бензинов:
| Марка | Октановое число (ИМ) | Назначение |
|---|---|---|
| АИ-80 | 80 | Устаревшая марка для техники прошлых поколений |
| АИ-92 | 92 | Наиболее массовое топливо для инжекторных двигателей |
| АИ-95 | 95 | Для современных двигателей с высокой степенью сжатия |
| АИ-98 | 98 | Для форсированных двигателей, спортивных автомобилей |
По экологическому классу бензины делятся на К2–К6 в зависимости от содержания серы, бензола, ароматических углеводородов и других показателей. С 2016 года в России запрещён оборот топлива ниже класса К5.
¶Физико-химические свойства
Бензин — легковоспламеняющаяся бесцветная или слегка желтоватая жидкость с характерным запахом. Основные физические показатели:
- Плотность — 700–780 кг/м³ (зависит от фракционного состава).
- Температура кипения — начало 30–40 °C, конец 180–205 °C.
- Температура застывания — ниже −60 °C, что обеспечивает эксплуатацию в зимних условиях.
- Температура вспышки — ниже −40 °C, бензин относится к легковоспламеняющимся жидкостям 1-го класса опасности.
- Теплота сгорания — около 44 МДж/кг (низшая).
- Растворимость в воде — практически не растворяется, образует плёнку на поверхности.
Важным эксплуатационным свойством является фракционный состав, определяющий испаряемость топлива. Лёгкие фракции обеспечивают запуск холодного двигателя, тяжёлые — полноту сгорания и отсутствие разжижения масла.
¶Применение
Основное применение бензина — топливо для поршневых двигателей внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием: легковых и грузовых автомобилей, мотоциклов, снегоходов, мотоблоков, маломерных судов и бензогенераторов. Также бензин используется:
- как растворитель в лакокрасочной промышленности (уайт-спирит, нефрас — разновидности бензиновых растворителей);
- для обезжиривания поверхностей в машиностроении и электронике;
- в качестве топлива для авиационных поршневых двигателей (авиационный бензин имеет особую маркировку и повышенные требования к испаряемости);
- в быту — для заправки зажигалок, очистки деталей (бензин «Калоша», или нефрас-С2-80/120).
¶Экологические аспекты и безопасность
Сгорание бензина в двигателе сопровождается выбросами углекислого газа, оксидов азота, угарного газа и несгоревших углеводородов. Для снижения токсичности выхлопа применяются каталитические нейтрализаторы, требующие использования неэтилированного топлива. В прошлом для повышения октанового числа применялся тетраэтилсвинец, однако в большинстве стран мира, включая Россию, производство этилированного бензина запрещено с начала 2000-х годов из-за высокой токсичности свинца.
Современные бензины содержат моющие, антиокислительные и антикоррозионные присадки. В ряде стран (Бразилия, США) распространено добавление биоэтанола — до 10–27 %, что снижает зависимость от ископаемого сырья и уменьшает выбросы парниковых газов.
Ввиду высокой летучести и пожароопасности бензин требует соблюдения мер безопасности при хранении и транспортировке: он должен храниться в герметичных ёмкостях вдали от источников огня, а работы с ним проводятся при хорошей вентиляции. Пары бензина тяжелее воздуха и способны образовывать взрывоопасные смеси.
¶Интересные факты
- Впервые бензин был получен в середине XIX века как побочный продукт перегонки нефти для производства керосина и долгое время считался отходом, который уничтожали.
- Октановое число бензина можно повысить добавлением ароматических углеводородов, однако их содержание ограничено экологическими нормами из-за канцерогенности бензола.
- В России бензин марки АИ-92 занимает около 60 % рынка автомобильного топлива, хотя в странах Европейского союза основным является бензин с октановым числом 95.
- Существует «сухой» бензин (нефрас), не содержащий ароматических углеводородов, который применяется в химической промышленности и для промывки деталей.