Автомобильный бензин. Свойства, ассортимент, применение
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение......................
Требования к качеству автомобильных
бензинов......................
Физико-химические и эксплуатационные свойства автомобильных бензинов.............4
Технология производства автомобильных
бензинов......................
Транспортировка и хранение автобензинов..................
Порядок постановки на производство и сертификации автомобильных бензинов…..14
Введение
Автомобильный транспорт является основным потребителем нефтяного топлива. В настоящее время в мире эксплуатируется более 600 млн автомобилей, а в 2010 году их число, возможно, возрастет до 1 млрд. штук. Автомобильный парк России составляет лишь 3,5% от численности эксплуатируемых в мире автомобилей. В то же время это один из самых динамично развивающихся секторов мирового автомобильного рынка.
Суммарное мировое потребление моторных топлив составляет около 1,75 млрд.т/год, в том числе на долю автомобильных бензинов приходится более 800 млн.т/год.
Ассортимент и качество вырабатываемых и применяемых бензинов определяются структурой автомобильного парка страны, техническими возможностями отечественной нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также экологическими требованиями, которые в последнее время стали определяющими.
Отрицательное влияние выбросов автотранспорта на окружающую среду приводит к необходимости ужесточать нормы на состав отработавших газов автомобилей. Продукты сгорания бензинов, содержащиеся в отработавших газах автомобиля, поступают в атмосферу, загрязняя окружающую среду. С целью снижения вредных выбросов автомобилями их стали оборудовать каталитическими системами нейтрализации отработавших газов, что потребовало ужесточения требований к качеству применяемого бензина.
Совершенствование конструкции двигателей и автомобилей, повышение качества вырабатываемых и применяемых бензинов должно сопровождаться общим повышением культуры эксплуатации автомобильного транспорта.
Требования, предъявляемые к качеству современных автомобильных бензинов.
Требования, предъявляемые к качеству современных автомобильных бензинов, подразделяют на четыре группы:
1. От производителей автомобилей для обеспечения нормальной работы двигателя;
2. От производителей бензинов, обусловленные возможностями нефтеперерабатывающей промышленности;
3. Связанные с
4. Экологические.
Требования, которые предъявляют производители двигателей с искровым зажиганием к качеству применяемых бензинов: сжигание бензина в смеси с воздухом в камере сгорания должно происходить с нормальной скоростью без возникновения детонации на всех режимах работы двигателя в любых климатических условиях. Это требование устанавливает нормы на детонационную стойкость бензина.
Необходимо, чтобы бензин имел высокую теплоту сгорания, минимальную склонность к образованию отложений в топливной и впускной системах, а также нагара в камере сгорания. Продукты сгорания не должны быть токсичными и коррозионно- агрессивными.
Испаряемость бензинов должна обеспечивать приготовление горючей смеси при любых температурах эксплуатации двигателей. Это требование регламентирует такие свойства и показатели качества бензина, как фракционный состав, давление насыщенных паров, склонность к образованию паровых пробок.
Производство автомобильных бензинов осуществляется на сложном комплексе различных технологических процессов переработки нефти.
Требования к качеству вырабатываемых автобензинов, обусловленные техническими возможностями отечественной нефтепереработки, накладывают ограничения на показатели фракционного и углеводородного состава, содержание серы и различных антидетонаторов.
Условия массового производства требуют обеспечения возможности использования нефтяного сырья с возможно более широким варьированием по углеводородному и фракционному составам и содержанию различных сернистых соединений, что определенным образом влияет на установление норм в спецификациях на соответствующие показатели качества бензинов.
В целях увеличения выхода бензина из перерабатываемого нефтяного сырья производство заинтересовано в повышении температуры конца кипения, а эффективное использование бензина в двигателе возможно при определенном ограничении содержания высококипящих фракций.
Нормы на показатель детонационной стойкости устанавливаются на уровне, достижимом с использованием имеющихся технологических процессов, компонентов и присадок, допущенных к применению в составе бензинов.
Требования производителей автомобилей очень часто идут вразрез с требованиями нефтепереработчиков, и в этих случаях необходимо определить оптимальный экономически целесообразный уровень этих требований.
Примером такого компромисса является октановый индекс, характеризующий детонационную стойкость американских автобензинов.
Автомобилестроители США предлагали внести в спецификации оценку октанового числа бензина по исследовательскому методу, а нефтепереработчики - по моторному методу. В результате в спецификацию был внесен показатель, равный полусумме октановых чисел по исследовательскому и моторному методам.
Требования, связанные с транспортированием и хранением бензинов, обусловлены необходимостью сохранения их качества в течение нескольких лет. Автомобильный бензин с завода-изготовителя по существующим продуктопроводам, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом подается на крупные региональные перевалочные нефтебазы. С этих баз хранения бензин поступает на нефтебазы, снабжающие автозаправочные станции (АЗС), а далее автомобильными цистернами на АЗС.
Транспортирование, хранение и применение бензина непосредственно на автомобилях осуществляются в различных климатических условиях при температуре окружающего воздуха от - 50 до + 45 °С, при этом необходимо обеспечить нормальную работу двигателя.
Требования, связанные с транспортированием и хранением, регламентируют такие свойства автобензина, как физическая и химическая стабильность, склонность к потерям от испарения и образованию паровых пробок, растворимость воды, содержание коррозионно-агрессивных соединений и т. д.
Воздействие бензинов на окружающую среду при применении их на автомобильной технике связано с токсичностью соединений, попадающих в атмосферный воздух, воду, почву непосредственно из топлива (испарения, утечки) или с продуктами его сгорания.
Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработавшие газы, картерные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака. Для уменьшения выбросов вредных веществ современные автомобили оснащают каталитическими системами нейтрализации отработавших газов, позволяющими дожигать несгоревшие углеводороды и оксид углерода до С02, а оксиды азота — восстанавливать до азота.
Экологические свойства бензинов обеспечиваются ограничениями по содержанию отдельных токсичных веществ по групповому углеводородному составу по содержанию низкокипящих углеводородов, а также серы и бензола.
Физико-химические и эксплуатационные свойства автомобильных бензинов.
К основным характеристикам автомобильных бензинов относят: детонационную стойкость, испаряемость (фракционный состав и давление насыщенных паров), плотность, углеводородный состав.
Детонационная стойкость.
Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.
В качестве эталонного топлива стали применять химически чистые углеводороды — сильно детонирующий нормальный гептан и слабо детонирующий изооктан (2,2,4-триметилпентан) и их смеси, удовлетворяющие основным требованиям к эталонному топливу: постоянный состав и возможность получения идентичного качества; длительный срок хранения; антидетонационные свойства, охватывающие весь диапазон бензинов; близость условий сгорания в двигателе к условиям сгорания товарных бензинов.
В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», было принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим антидетонационным качествам испытуемому топливу.
Октановое число химически чистого нормального гептана принято за 0, а октановое число химически чистого изооктана — за 100. Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц.
Повышение детонационной стойкости бензина уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения рабочей смеси. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частицы нагара и т. п. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название калильного зажигания. Наиболее опасно преждевременное воспламенение (до момента подачи искры), так как оно приводит к снижению мощности, ухудшению экономичности, повышению риска возникновения детонации. Вероятность возникновения преждевременного воспламенения зависит от склонности топлива к образованию нагара в камере сгорания двигателя и свойств образующегося нагара. При сгорании бензинов, содержащих металлоорганические антидетонаторы и большое количество ароматических углеводородов, вероятность появления калильного зажигания и преждевременного воспламенения очень высока.
Испаряемость бензина.
Испаряемость бензина оценивает
Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления. По способу приготовления смеси топлива с воздухом различают двигатели карбюраторные, в которых состав топливовоздушной смеси в основном задается конструкцией карбюратора, и инжекторные (с впрыском), в которых состав смеси регулируется электронной системой в зависимости от состояния двигателя и условий его работы.
С испаряемостью бензина связаны такие характеристики двигателя, как пуск при низких температурах, вероятность образования паровых пробок в системе питания в летний период, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, а также износ цилиндро-поршневой группы и расход топлива.
Максимальную испаряемость можно контролировать одним из двух способов:
- максимальной температурой, при которой устанавливается отношение пар—жидкость, равное 20;
- индексом испаряемости или индексом паровых пробок (ИПП), который является функцией давления насыщенных паров и количества топлива в %, испарившегося при 70 °С.
ИПП=10ДНП + 7V70,
где ДНП — давление насыщенных паров, кРа,
V70 —количество топлива,
Последний способ регулирования максимальной испаряемости включен в ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р51866-2002.
Согласно этих спецификаций все автомобильные бензины по испаряемости подразделяются на 5 и 10 классов соответственно. Применение бензина того или иного класса определяется климатическими условиями, а также особенностями автотранспорта.
Вязкость и плотность.
Вязкость — один из важнейших показателей качества моторного топлива. От вязкости зависит надежность работы топливной аппаратуры, возможность использования топлива при низких температурах, противоизносные свойства, процесс испарения и сгорания топлива.
Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамическая вязкость измеряется в пуазах, а единицей климатической вязкости является стоке(см2/с).
Вязкость бензина зависит от его химического и фракционного состава. При увеличении содержания ароматических и нафтеновых углеводородов и утяжелении фракционного состава топлива его вязкость возрастает.
Вязкость автобензинов зависит от температуры, при которой они находятся. С понижением температуры и повышением давления вязкость бензинов возрастает.
В настоящее время вязкость автомобильных бензинов в спецификациях не нормируется. Для определения вязкости используют приборы, которые называются вискозиметры.
Плотность является как физической характеристикой бензина, так и эксплуатационным показателем: при пересчете объема и массы бензина на местах производства, потребления, при транспортировании, а также при определении топливной экономичности, запаса хода, установления конструктивных и регулировочных параметров узлов и агрегатов.
По плотности можно
В спецификациях на автобензины плотность нормировалась при температуре 20 °С, а в настоящее время осуществлен переход на нормирование при температуре 15 °С.
Наиболее быстро плотность бензина можно определить с помощью ареометра; наиболее точно и удобно — бикапиллярным пикнометром.
Химическая стабильность.
Химическая стабильность бензина характеризует его способность противостоять окислению и химическим изменениям при длительном хранении, транспортировании и применении в двигателе (в системе питания). Химическая стабильность бензинов прежде всего связана с наличием в их составе непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной склонностью к окислению. Наиболее склонны к окислению углеводороды, имеющие сопряженные двойные связи, особенно циклические. Для повышения химической стабильности автомобильных бензинов в их состав добавляют антиокислители и деактиваторы металлов.
Химическую стабильность характеризуют следующими показателями:
- индукционный период;
- содержание фактических смол;
- сумма продуктов окисления;
- кислотность.
Кислотность и содержание фактических смол характеризуют содержание в бензине конечных продуктов окисления на момент их определения. По ним можно судить о запасе качества бензина, т. е. о разнице между допустимым и фактическим содержанием продуктов окисления. Индукционный период и сумма продуктов окисления характеризуют скорость окисления бензинов в процессах хранения и применения.
Индукционный период — наиболее распространенный стандартный показатель стойкости бензина против окисления. Метод определения индукционного периода основан на определении времени, в течение которого бензин, находящийся в среде кислорода при повышенных давлении и температуре, практически не подвергается окислению.
Коррозионная активность и защитные свойства.
Автомобильные бензины должны быть химически нейтральными и не вызывать коррозию металлов емкостей, а продукты их сгорания — коррозию деталей двигателя. Коррозионная активность бензинов и продуктов их сгорания зависит от содержания общей и меркаптановой серы, кислотности, содержания водорастворимых кислот и щелочей, присутствия воды.
Эти показатели нормируют в спецификациях на автобензины.
Эффективным средством защиты от коррозии топливной аппаратуры и резервуаров для хранения является добавление в бензины специальных антикоррозионных присадок.
Совместимость с неметаллическими материалами: резинотехническими изделиями, уплотнениями, фильтрующими элементами и т.д.
Автомобильные бензины не должны оказывать отрицательного влияния на материалы, с которыми они контактируют в процессе изготовления, транспортирования, хранения и применения.
При воздействии бензинов на резины, уплотнения и другие материалы они могут набухать, растрескиваться, терять свои прочностные характеристики и разрушаться. Агрессивное воздействие топлива на резины и герметики в основном связано с вымыванием из них антиокислителя и дальнейшем разрушением, обусловленным образованием пероксидов при окислительных процессах, происходящих в самом топливе.
В связи с этим совместимость бензинов, содержащих оксигенаты, с резинотехническими материалами оценивают по результатам непосредственного их воздействия на резины.
Технология производства автомобильных бензинов.
Основным сырьем для производства автомобильных бензинов является нефть: около 25% нефти, добываемой в мире, перерабатывают в бензин.
Качество компонентов, используемых для приготовления тех или иных марок товарных автомобильных бензинов, существенно различается и зависит от технологических возможностей предприятия. Товарные бензины одной и той же марки, но выработанные на различных нефтеперерабатывающих заводах, имеют неодинаковый компонентный и фракционный составы, что связано с различием технологических процессов и перерабатываемого на них сырья на каждом конкретном нефтеперерабатывающем предприятии. Даже бензины одной марки, выработанные конкретным заводом в разное время, могут отличаться по компонентному составу в связи с проведением регламентных работ на отдельных технологических установках, изменением состава сырья и программы завода по выпуску продукции.
Однако во всех случаях должна соблюдаться технология получения товарных бензинов на данном предприятии, что является обязательным требованием стандартов и технических условий на автомобильные бензины.
Основными технологическими процессами производства автомобильных бензинов является каталитический риформинг и каталитический крекинг. Несмотря на ограничения по содержанию ароматических углеводородов, процесс каталитического риформинга по-прежнему остается определяющим процессом производства бензинов, так как он является основным источником высокооктановых компонентов, а также водорода для установок гидроочистки.
С целью улучшения эксплуатационных и экологических свойств автомобильных бензинов в их состав вводят моющие и многофункциональные присадки. Необходимость применения моющих присадок для обеспечения чистоты карбюраторов и впускной системы двигателей впервые возникла в США. Причиной этому послужило ужесточение норм на выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Как показала практика, многие автомашины, успешно прошедшие контроль по содержанию окиси углерода в отработавших газах на холостом ходу, после некоторого пробега не удовлетворяли нормам.
Было установлено, что причиной этого является образование осадков и отложений в системе. Эффективным способом борьбы с отложениями в карбюраторе и впускной системе является добавление к бензинам специальных моющих присадок. Впервые бензины с моющими присадками были разработаны фирмой «Шеврон» в 1954 г., но широкое распространение они получили с введением принудительной системы вентиляции картера. Требование по обязательному применению моющих присадок возникло после установки на двигателях инжекторных топливных систем нейтрализаторов ОГ, а также частичной рециркуляции ОГ, то есть возврата их во впускную систему двигателя.
Предотвращение загрязнения карбюратора с помощью моющих присадок позволяет сохранить заводские регулировки карбюратора и тем самым снизить расход бензина, уменьшить токсичность отработавших газов в процессе эксплуатации двигателя и сократить число ремонтов, связанных с регулировкой карбюратора.
При работе двигателей с принудительной системой вентиляции картера на бензинах без моющих присадок, нарушение работы карбюратора наблюдается через 12-15 тыс. км пробега, а при использовании бензина с моющими присадками длина пробега автомобиля возрастает до 32 тыс. км, то есть больше чем в 2 раза.
Необходимо отметить, что моющие присадки первого поколения, эффективно удаляя отложения из карбюратора, имеют существенный недостаток: они могут способствовать образованию отложений на впускных клапанах. Этим недостатком не обладают моющее-диспергирующие присадки для авиабензинов или присадки второго поколения.
Самыми совершенными являются присадки третьего и четвертого поколения или присадки, предотвращающие образование отложений в карбюраторе, на впускных клапанах, на форсунках и других критических деталях и узлах двигателя. Кроме того, присадки четвертого поколения уменьшают образование нагара в камере сгорания двигателя и тем самым — требования к антидетонационным свойствам бензина в процессе эксплуатации автомобиля.
Изменения, внесенные в конструкцию двигателя с целью снижения содержания вредных компонентов в отработавших газах, усиливают тенденцию образования отложений на впускном клапане. Поэтому значение этих присадок в последние годы заметно возросло. В США и ряде стран Европы применение моющих присадок становится обязательным.
Разработкой и производством моющих присадок занимаются такие фирмы, как «Shel l», «BASF», «Лубри-зол», «Этил» и др. В нашей стране разработаны и вырабатываются моющие присадки к втобензинам второго поколения «Афен» и «Автомаг». Проводятся работы по синтезу и отработке технологии получения моющих присадок третьего и четвертого поколения.
Ассортимент и качество вырабатываемых автомобильных бензинов.
В настоящее время в России вырабатывают следующие марки автомобильных бензинов: АИ-80 (А-76), АИ-92,АИ-95иАИ-98.
В соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия» осуществляется производство неэтилированных бензинов:
«Нормаль-80» с октановым числом по исследовательскому методу не менее 80 ед.;
«Регуляр-92» с октановым
«Премиум-95» с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95 ед.,
«Супер-98» с октановым числом по исследовательскому методу не менее 98 ед.,
Бензин «Нормаль-80» предназначен для использования на грузовых автомобилях с карбюраторными двигателями наряду с бензином А-76 по ГОСТ 2084-77.
Неэтилированный бензин «Регуляр-92» предназначен для применения на автомобилях взамен этилированного бензина АИ-93.
Автомобильные бензины «Премиум-95» и «Супер-98» предназначены в основном для зарубежных автомобилей, ввозимых в Россию.
Применение неэтилированных автомобильных бензинов, вырабатываемых по ГОСТ Р 51105-97, дает возможность обеспечить выполнение норм на выбросы Евро-2 автомобилями, оснащенными каталитическими нейтрализаторами отработавших газов.
В соответствии с ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия» вырабатывают неэтилированные автобензины марок: «Регуляр ЕВро-92», «Премиум Евро-95» и «Супер Евро-98».
Эти бензины предназначены для использования на автомобилях с бензиновыми двигателями, отвечающим требованиям Евро-3.
Климатические условия на территории России таковы, что повсеместное применение бензинов с одинаковой испаряемостью нецелесообразно и практически невозможно. Поэтому по ГОСТ 2084-77 бензины подразделяют на зимний и летний, по ГОСТ Р 51105-97 для более рационального использования бензины по предложению ОАО «АвтоВаз» имеют 5 классов испаряемости, а по ГОСТ Р 51866-2002 -10 классов испаряемости, для применения в различных климатических районах.
Перспективы развития производства товарных автомобильных бензинов связаны с увеличением доли выработки высокооктановых бензинов (92 ед. и выше по и. м.). Следует отметить, что повышение октанового числа на каждую единицу позволяет снизить расход топлива автомобилем на 1%, т. е. при применении автобензина АИ-92 взамен АИ-80 экономия бензина составит 12%.
Однако это не значит, что, если в двигатель, работающий на бензине А-76, залить бензин АИ-92, то получим указанную экономию. Наоборот, двигатель будет перегреваться, и могут прогореть клапана.
В ближайшее время следует ожидать расширения ассортимента присадок к бензинам (прежде всего моющих) и повышение их эффективности, что позволит снизить вредные выбросы с отработавшими газами и повысить надежность работы и долговечность эксплуатации автомобилей.
Транспортировка и хранение автобензинов.
Прежде чем попасть непосредств
- изменения, связанные с химическими процесс сами в бензине;
- изменения, являющиеся следствием испарения из его состава низкокипящих углеводородов;
- изменения, вызванные появлением в бензине посторонних веществ;
- загрязнение механическими примесями и водой;
- случайное смешение с остатками других нефтепродуктов в трубопроводах и емкостях и др.
Поэтому главной задачей лиц, занимающихся хранением и транспортированием автобензинов, является обеспечение сохранности количества и качества автобензинов при всех проводимых операциях.
- Автомобильный генератор
- Автомобильный генераторы
- Автомобильный дизайн 50-х годов в Америке
- Автомобильный кондиционер
- Автомобильный кран
- Автомобильный маркетинг
- Автомобильный парк вооруженных сил РФ
- Автомобильные пластичные смазки
- Автомобильные подьемники
- Автомобильные свечи зажигания
- Автомобильные смазочные материалы. Автомобильные пластические смазки, требования к ним
- Автомобильные топлива
- Автомобильные топлива
- Автомобильные шины
