Справочная

" - 1 2 4 b N O S А Б В Г Д Е Ж З И К Л м Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э

БЕНЗИНЫ

БЕНЗИНЫ (франц. benzine, от араб. любан джави — яванское благовоние),смеси разл. углеводородов, выкипающие в пределах 30-205 °С. В состав бензинов,кроме углеводородов (парафиновых, олефиновых, нафтеновых и ароматических),могут входить примеси-серо-, азот- и кислородсодержащие соединения. Бензиныготовят смешением компонентов, получаемых в осн. переработкой нефти — прямойперегонкой (т.наз. прямогонный бензин), а также крекингом, риформингом, коксованиеми др. Применяют гл. обр. в кач-ве горючего для двигателей внутр. сгоранияс принудительным воспламенением (карбюраторных и с непосредственным впрыском).Небольшие кол-ва бензинов используют как р-рители и промывочные жидкости (см.Бензины-растворители).

Т-ра замерзания бензинов ниже — 60 °С, т. всп. ниже 0°С. При концентрациипаров бензинов в воздухе 74-123 г/м3 образуются взрывчатые смеси./images/enc2/002486.jpg(низшая) 41-44 МДж/кг; Ср 2,0-2,1 кДж/(кг*К);/images/enc2/002487.jpg0,50-0,65 мм2/с (20°С); плотн. 0,700-0,780 г/см3(20 °С); среднее значение коэф. диффузии для паров бензинов при атмосферном давлениии 20 °С 9,1 мм2/с. Осн. эксплуатац. характеристики бензинов, применяемыхкак горючее, — испаряемость, горючесть, воспламеняемость, хим. стабильность,склонность к образованию отложений, коррозионная активность.

Испаряемость в наиб. мере определяется фракционным составом и давлениемнасыщ. паров. По этим показателям бензинв могут существенно различаться, тогдакак показатели, влияющие на испаряемость (напр., коэф. диффузии паров,вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность), как правило,для всех бензинов очень близки. От фракционного состава и давления насыщ. паровбензинов зависят скорость прогрева двигателя, износ его деталей, расход горючего,а также такие эксплуатац. характеристики, как возможность пуска двигателяпри низких т-рах, склонность к образованию паровых пробок в системе питания,приемистость (см. ниже). Применение бензинов с большим содержанием низкокипящихфракций облегчает пуск двигателя, но вызывает образование паровых пробок:при работе двигателя в летнее время года бензин может нагреться до т-ры, прик-рой образуется настолько много паров низкокипящих углеводородов, чтомассовая производительность бензонасоса снизится, бензовоздушная смесьрезко обеднится и потеряет способность воспламеняться от искры зажигания.Кроме того, использование очень "легких" бензинов приводит к обледенению карбюраторапри низких т-рах, увеличению потерь горючего от испарения при хранениии транспортировке.

В СССР производятся автомобильные бензины зимнего и летнего видов, различающиесяпо содержанию низкокипящих фракций, и авиационные бензины. Последние предназначеныдля поршневых двигателей самолетов и содержат относительно мало низкокипящихуглеводородов, чтобы исключить возможность образования паровых пробок приполете на разной высоте (см. табл.).

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА И ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХПАРОВ БЕНЗИНОВ

Показатель
Автомобильные бензины
Авиационные бензины
летние
зимние
Т-ра начала перегонки, не ниже, °С
35
не нормируется
40
Т-ра (°С), при к-рой перегоняются: 10% продукта
70
55
75-82
50% продукта
115
100
105
90% продукта
180
160
145
Т-ра конца кипения, не выше, °С
195
185
180
Давление насыщ, паров при 38°С, кПа
<66,7
66,7-93,3
29,3-46,0

Экономичность работы двигателя и износ его деталей зависят от т-ры,при к-рой перегоняется 90% бензина, и т-ры конца кипения. При высоких значенияхэтих т-р тяжелые фракции бензина не испаряются во впускном трубопроводе двигателяи поступают в цилиндры в жидком виде. Жидкая часть испаряется в камересгорания не полностью и через замки поршневых колец и зазоры протекаетв картер двигателя. При этом часть бензина не сгорает, что снижает экономичностьдвигателя. Кроме того, тяжелые фракции смывают со стенок цилиндра масло,увеличивая трение и приводя к износу трущихся деталей. Снижение указанныхт-р улучшает эксплуатац. св-ва бензина, но приводит к значит. перерасходу горючего.

Сгорание бензовоздушных смесей в двигателях — сложная совокупность процессов,развивающихся в условиях быстро изменяющихся т-р, давлений и концентрацийреагирующих в-в. Скорость распространения фронта пламени при норм. сгоранииот 15 до 60 м/с. Осн. причина нарушения процесса — появление детонации,возможностьк-рой определяется способностью углеводородов бензинов окисляться в паровой фазес образованием пероксидов. При повышении концентрации последних выше нек-рогокритич. значения происходит взрывной распад с послед. самовоспламенением.При этом появляется детонационная волна (скорость 2000-2500 м/с), в результатечего двигатель перегревается, быстрее изнашивается, дымность отработанныхгазов увеличивается.

Мера детонационной стойкости бензинов, т.е. способности нормально сгоратьв двигателе при разл. условиях, — октановое число, равное содержанию(в % по объему) изооктана в его смеси с н-гептаном, при к-ром эта смесьэквивалентна по детонационной способности испытуемому топливу в стандартныхусловиях испытаний. Для авиац. бензинов используют также такой показатель, каксортность, к-рый характеризует возможное увеличение мощности (в %) стандартногоодноцилиндрового двигателя при переводе его с технич. изооктана на данныйбензин при той же степени сжатия в отсутствие детонации. Равномерность распределенияоктановых чисел по фракциям имеет большое значение, особенно при переменныхрежимах работы двигателя, в частности при разгоне автомобиля. Если низкокипящиефракции бензина менее стойки к детонации, чем высококипящие, то при каждом изменениирежима работы двигателя в течение какого-то времени в камерах сгораниянаблюдается детонация.

Из углеводородов, входящих в состав бензинов, наименьшая детонационная стойкостьу норм. парафинов. Октановое число у парафинов и олефинов возрастает суменьшением длины цепи и увеличением степени разветвленности. Лучшие детонационныесв-ва у тех олефинов, у к-рых двойная связь располагается ближе к центрууглеродной цепи. Среди диенов более высокая детонационная стойкость у углеводородовс сопряженными двойными связями. Стойкость нафтенов выше, чем у нормальныхпарафинов, но ниже, чем у ароматич. углеводородов с тем же числом углеродныхатомов в молекуле. Уменьшение длины боковой цепи, увеличение ее разветвленностиприводит к повышению октановых чисел нафтенов. Ароматич. углеводороды обладаютвысокой детонационной стойкостью, к-рая увеличивается с уменьшением длиныбоковой цепи, повышением ее разветвленности, увеличением числа двойныхсвязей и симметрично расположенных алкильных групп.

Бензиновые фракции прямой перегонки сернистых нефтей с концом кипения180-200°С содержат 60-80% парафиновых слабо разветвленных углеводородови имеют октановые числа в пределах 40-50 (редко — ок. 70). Бензины термич. крекингахарактеризуются большей детонационной стойкостью (октановые числа 65-70)благодаря высокому содержанию непредельных углеводородов; их добавляюттолько в автомобильные бензины. Еще более высокие октановые числа имеют бензины каталитич.крекинга, что связано гл. обр. с повышенным содержанием в них ароматич.и изопарафиновых углеводородов. Такие бензины часто используют в кач-ве базовыхдля приготовления товарных высокооктановых бензинов. Высокая детонационная стойкостьбензинов каталитич. риформинга (октановые числа 77-86 по моторному методу и 83-96по исследовательскому) объясняется большим содержанием ароматич. углеводородови парафинов и олефинов разветвленного строения. У бензинов платформинга, содержащихдо 70% ароматич. углеводородов, детонационная стойкость велика, но распределенапо фракциям неравномерно.

Для улучшения детонационной стойкости базовых бензинов применяют высокооктановыекомпоненты (алкилат, алкилбензол и др.). Перспективно применение метил-трет-бутиловогоэфира — нетоксичной жидкости с октановым числом 117, не влияющей на др.эксплуатац. характеристики бензинов при содержании менее 11%. наиб. эффективныйспособ повышения детонационной стойкости — добавление антидетонаторовмоторных топлив. Смесь свинцового антидетонатора с т. наз. выносителямипродуктов сгорания — галогензамещенными углеводородами — наз. этиловойжидкостью. Этилированные бензины токсичны, их обязательно окрашивают.

Эффективность этиловой жидкости в повышении октановых чисел зависитот хим. состава бензинов. Св-во бензинов в той или иной мере повышать свою детонационнуюстойкость при добавлении антидетонаторов принято называть приемистостью.

Наиб. приемистость к свинцовым антидетонаторам у прямогонного бензина. Какправило, чем ниже детонационная стойкость бензина, тем выше его приемистость.Первые порции свинцовых антидетонаторов более эффективны, чем последующие.Допустимое содержание алкилсвинцовых антидетонаторов в авиац. бензинах в 3-4раза больше, чем в автомобильных.

При сгорании рабочей смеси в двигателе может произойти самопроизвольноевоспламенение независимо от времени подачи искры свечей зажигания. Этоявление, вызывающее нарушение норм. сгорания, наз. поверхностным воспламенением,или калильным зажиганием. Источниками его м. б. перегретые выпускные клапаны,свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара и т.д. Калильное зажиганиеделает сгорание неуправляемым, приводит к снижению мощности и экономичностидвигателя.

Калильная стойкость бензинов повышается с увеличением октановых чисел. Дляоценки склонности бензинов к калильному зажиганию приняты т. наз. смеси ТИБ -смеси изооктана с бензолом, содержащие тетраэтилсвинец. В этих смесях изооктанпринят за эталон, имеющий 100 условных единиц, а бензол — за эталон, имеющий0 единиц. За число ТИБ принимают состав такой эталонной смеси, применениек-рой устраняет калильное зажигание в стандартных условиях испытаний.

Большое значение имеет хим. стабильность бензинов. Реакционноспособные соед.,содержащиеся в бензинах, подвергаются окислению О2 воздуха с образованиемсмолистых в-в, нарушающих работу двигателя. Парафиновые, нафтеновые и ароматич.углеводороды в условиях хранения и транспортировки окисляются относительномедленно. наиб. склонны к окислению непредельные углеводороды. Наим. стабильныдиены с сопряженными двойными связями и производные бензола с двойнымисвязями в боковой цепи. Олефины с двойной связью в конце цепи окисляютсятруднее, чем со связью в середине цепи. Относительно легко окисляются циклоолефиныи олефины с разветвленной цепью. На окисление бензинов влияют примеси: серосодержащиесоед. в больших концентрациях ускоряют процесс, нек-рые кислородсодержащиесоед. — за медляют. Окисление бензинов имеет индукц. период; чем больше его длительность,тем бензин стабильнее.

Бензин термич. крекинга и коксования содержат большое кол-во реакционносиособныхнепредельных углеводородов и имеют низкую хим. стабильность. Более стабильныебензины получают с помощью каталитич. процессов. Однако бензины одноступенчатогокаталитического крекинга содержат много непредельных углеводородов и имеютневысокий индукц. период окисления. Бензины каталитич. риформинга, а также продуктыалкилирования, изомеризации, гидрирования прямогонного бензина почти не содержатнепредельных углеводородов и отличаются высокой стабильностью.

Наиб. эффективный и экономически выгодный способ повышения хим. стабильностибензинов — введение антиокислительных присадок, гл. обр. производных фенола,ароматич. аминов и аминофенолов. Эти соед. ингибируют цепное окислениеи тем самым увеличивают длительность индукц. периода (см. Присадки ктопливом).

Смолистые в-ва, образовавшиеся в результате окисления бензинов, при испаренииуглеводородов в карбюраторе оседают на стенках и превращаются в твердые,трудно удаляемые отложения, что мешает работе двигателя. Склонность бензиновк образованию смолистых отложений оценивают содержанием (в мг на 100 млгорючего) фактич. смол — продуктов, образующихся при выпаривании горючегов стандартных условиях испытаний. Содержание фактич. смол в авиац. бензинах недолжно превышать 4 мг/100 мл, в автомобильных — 15.

Склонность к образованию нагаров (твердых углеродистых отложений) вкамерах сгорания зависит от кол-ва и хим. св-в содержащихся в них ароматич.углеводородов и серосодержащих соед., а также от объема введенной этиловойжидкости.

Коррозионная активность бензинов обусловливается присутствием серо- и кислородсодержащихсоед., водорастворимых к-т и щелочей. Все серосодержащие соед. в то-пливахпо коррозионному воздействию на металлы принято делить на соед. "активнойсеры" и соед. "неактивной серы". К первой группе относят H2S,элементную серу и тиолы (меркаптаны), т.е. в-ва, к-рые могут взаимод. сметаллами при обычных т-рах. Показателями коррозионной активности бензинов служатобычно общее содержание серы (в %) и кислотность — кол-во мг КОН, необходимоедля нейтрализации 100 мл топлива. Общее содержание серы в автомобильныхбензинах не должно превышать 0,15%, в авиационных -0,05%, кислотность не более- 3 и 1 мг КОН/100 мл соответственно.

Бензин проникает в организм в осн. через легкие. Опасность отравления существуетна всех этапах его произ-ва, транспортировки и особенно при его использовании.ПДК паров от 100 до 300 мг/м3. При остром отравлении парамипоявляются головная боль, неприятные ощущения в горле, кашель, раздражениеслизистой оболочки глаз, носа, в тяжёлых случаях — головокружение, неустойчиваяпоходка, психич. возбуждение, замедление пульса, иногда — потеря сознания.При хронич. отравлении обычны жалобы на головную боль, головокружение,расстройство сна, раздражительность, повышенную утомляемость, похудание,боли в области сердца и др.

При острых отравлениях необходимы свежий воздух, кислород, сердечныеи успокоительные ср-ва. При попадании бензина в желудок принимают внутрь растит.масло (30-50 г). Лица, страдающие функциональными заболеваниями нервнойсистемы и эндокринных органов, к работе с бензином не допускаются.


===
Исп. литература для статьи «БЕНЗИНЫ»: Гурсев А. А., Применение автомобильных бензинов, М., 1972; Гуреев А.А., Жоров Ю. М., Смидович Е. В., Производство высокооктановыхбензинов, М., 1981. А. А. Гуресв.

Страница «БЕНЗИНЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.