 |
Октановое число некоторых углеводородов
|
|
|
|
| Углеводород | Октановое число |
| Алканы | |
| СН4 (метан) | |
| С2Н6 (этан) | |
| С6Н14 (гексан) | |
| н-С8Н18 (нормальный октан) | Меньше 0 |
| i - С8Н18 (изооктан) | 100 (стандарт) |
| i - С4Н10(изобутан) | |
| Алкены | |
| С2Н2(ацетилен) | |
| С3Н8(пропилен) | |
| Ароматические углеводороды | |
| С6Н6 (бензол) | |
| С6Н5СН3(толуол) |
Как можно видеть, линейные алканы имеют очень низкие октановые числа, за исключением первых газообразных гомологов. Алкены, арены и разветвленные алканы (изоалканы) имеют высокие значения октанового числа.
Бензины с высоким октановым числом (92 и выше) содержат 25-35% алкенов и 30-40% ароматических углеводородов.
Бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга отличаются по своим детонационным свойствам. Часто бензины производятся из смеси компонентов каталитического крекинга и риформинга.
Для повышения октанового числа бензинов применяется тетраэтилсвинец (антидетонатор), но в настоящее время он запрещен во всех развитых странах, и недалеко то время, когда и в России не будет производства этилированных бензинов. Известны и другие антидетонаторы (марганцевый антидетьнатор, метилтретбутиловый эфир МТБЭ или его смесь с трет-бутанолом, ароматические амины). Детонационную стойкость повышают также некоторые эфиры, спирты, металлорганические соединения.
По ГОСТу 2084-77 в России производится несколько марок автомобильных бензинов: А-72, А-76 неэтилированный и этилированный, АИ-91, А-92 неэтилированный и этилированный, АИ-95 и АИ-98. Каждая марка
Дизельное топливо
Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов с температурой начала и конца выкипания 180 и 360°С соответственно. Это топливо применяется в дизельных двигателях внутреннего сгорания, в которых оно загорается путем самовоспламенения при сжатии топливовоздушной смеси. В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных отсутствует система зажигания. Поэтому, в противоположность бензинам, дизельное топливо должно легко самовоспламеняться. Это свойство характеризуется цетановым числом, которое связано с периодом задержки и температурой самовоспламенения. Чем они меньше, тем выше цетановое число. Происходит этот термин от названия углеводорода цетан - С16Н34, который имеет цетановое число 100. Высокой способностью к самовоспламенению обладают линейные углеводороды с большим числом групп СН2, а также ароматические и циклические углеводороды с длинными боковыми парафиновыми цепями.
|
|
|
Для получения дизельного топлива достаточно перегонки нефти.
Содержание серы по ГОСТ 305-82 не должно превышать 0,2%. По своим свойствам дизельное топливо делится на летнее, зимнее и арктическое. Учитываются такие характеристики, как вязкость, температура застывания и помутнения. В летнем виде топлива содержится много парафиновых углеводородов, которые уже при -5°С могут выделиться в твердом виде и вызвать засорение топливной системы. Начало выделения парафиновых углеводородов называется температурой помутнения. Для летнего топлива она равна -5°С, для зимнего -25°С, а для арктического не нормируется. Температура застывания для летнего равна -10°С, для зимнего -35°С, а для арктического -55°С.
Для снижения выбросов дыма с дизельное топливо добавляют антидымные присадки, которые снижают не только дымность, но и токсичность отработавших газов на 30-50%.
Керосин
Керосин представляет собой смесь углеводородов, преимущественно С9 – С16. Они выкипают в пределах 110 - 320°С. Кроме углеводородов керосин содержит сернистые, азотистые и кислородные соединения. Содержит в основном алифатические углеводороды (20-60% в зависимости от способа переработки нефти), нафтеновые (20-50%), бициклические ароматические (5-25%) и ненасыщенные (до 2%). Получают керосин перегонкой нефти, а при необходимости используют гидрирование и очистку.
|
|
|
В настоящее время керосин применяют как реактивное топливо (авиационный керосин). В двигателях летательных аппаратов он одновременно выполняет роль смазки. Керосин также является компонентом ракетного топлива. Окислителем является жидкий кислород или азотная кислота. Технический керосин применяется в промышленности при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, для резки металлов. В бытовых целях в качестве топлива осветительный керосин потерял свое значение.
Керосин также является ценным химическим сырьем для получения этилена, пропилена и ароматических углеводородов, а также растворителем в лакокрасочной промышленности.
Мазут
Мазут широко применяется для отопления паровых котлов и промышленных печей, в судовых двигателях, в газовых турбинах, в мартеновских печах. Он отличается повышенным содержанием серы (до 3,2%) и асфальтенов. Известно около 10 марок мазута (флотский, топочный, крекинг-мазут и др.), каждый из которых имеет свои особенности состава и свойств.
Газообразное топливо
Природный газ
Любопытно, что двигатель, работающий на газе, был изобретен раньше бензинового, и запатентован в тридцатые годы 19 столетия. В то время бензин еще не был известен. Первый двигатель на бензине создан Даймлером спустя почти 50 лет. Тем не менее, пока наибольшее применение на автомобильном транспорте имеет жидкое топливо.
Природный газ является важнейшим видом топлива, имеющим огромные преимущества перед жидким, и тем более перед твердым топливом:
при сгорании он не образует золы, дыма и сажи;
легко добывается и транспортируется;
себестоимость добычи значительно ниже, чему других видов топлива;
производительность труда при добыче газа примерно в 5 раз выше, чем при добыче нефти, и в 30 раз выше, чем при добыче угля;
практически не содержит балласта;
не требует сложной переработки и подготовки;
при необходимости легко очищается от примесей сернистых соединений;
имеет высокую теплоту сгорания;
|
|
|
не содержит серы;
процесс горения легко регулируется;
установки для сжигания природного газа имеют простое устройство и высокий КПД;
использование природного газа позволяет значительно интенсифицировать работу топок, печей и котлов и соответственно снизить стоимость оборудования и уменьшить его габариты;
природный газ имеет высокую жаропроизводительность, что позволяет эффективно применять его в качестве технологического и энергетического топлива;
достаточно просто резервируется в подземных газохранилищах.
Кроме этого, природный газ является ценным сырьем для производства целого ряда важных продуктов, таких как сажи, водорода, метанола и других спиртов, формальдегида, ацетилена и многих других.
В некоторых странах, в том числе США, природный газ является одним из основных видов топлива. Начиная с начала прошлого века, когда доля газового топлива в общем балансе достигала менее 1%, его роль постоянно возрастает.
Мировые разведанные запасы превышают 140 трлн м3. Только в России имеется несколько сотен месторождений природного газа, и геологические запасы оцениваются в 100 трлн т. Наиболее крупные запасы сосредоточены в Тюменской области. Встречаются месторождения и в Сибири, и в европейской части России.
Природный газ большинства месторождений не содержит сернистых соединений, но в некоторых месторождениях может содержаться до 5% сероводорода.
Большинство добываемого газа содержит в качестве балласта азот и углекислый газ (до 5% каждого, но обычно меньше).
Углеводородный состав природного газа зависит от того, на какой глубине расположено газовое месторождение. При глубине 1000-1300 метров содержание метана может достигать 99%, этана 0,5%, а содержание более тяжелых алканов составляет доли процента. Такие газы называют сухими природными газами. На такие газы приходится более половины всего добываемого природного газа.
Газы, добываемые с больших глубин, также в основном состоят из метана, однако они содержат значительно большее количество его гомологов (от этана до гексана) и даже более тяжелых алканов. Пропан, бутан, пентан, гексан и более тяжелые жидкие углеводороды отделяются от метана в виде конденсата. Содержание газового конденсата может составлять до 20% от объема природного газа с больших глубин. Из полученного конденсата вырабатывают сжиженные газы (пропан и бутан), и выделяют другие углеводороды. Месторождения такого типа называют газоконденсатными. После отделения конденсата природный газ несколько отличается от сухих природных газов более высоким содержанием гомологов метана и соответственно несколько более высокой теплотой сгорания.
|
|
|
Применение природного газа на автомобильном транспорте не представляет большого интереса. Он может быть использован в сжатом виде (до 200-250 атм), но его концентрация в сжатом состоянии примерно на порядок меньше, чем концентрация жидкого топлива (бензина или сжиженного газа). Поэтому для заправки природным газом, которой хватило бы на то же расстояние, что и при заправке бензином, требуется в несколько раз больше (по объему) сжатого природного газа, чем бензина. При этом сжатый газ должен храниться в толстостенных тяжелых баллонах, что существенно увеличивает вес автомобиля. Более перспективным для этих целей является сжиженный газ.
Попутный нефтяной газ
Как и природный газ, попутный нефтяной газ в основном состоит из метана и его гомологов. Однако он содержит значительно больше этана, пропана, бутана и пентана. Поэтому имеет значительно более высокую теплоту сгорания, чем природный газ. Попутный нефтяной газ содержит также азот, небольшое количество углекислого газа, а из месторождений с сернистой нефтью газ содержит и сероводород.
В настоящее время из-за нерентабельности добычи большая часть нефтяного газа сжигается непосредственно на месторождениях нефти. В России ежегодно добывается более 25 млрд м3 нефтяного газа. По некоторым данным, до 6 млрд м3 его сжигается в факелах. Затраты на его добычу в несколько раз выше, чем затраты на добычу природного газа. Поэтому из-за его низкой закупочной цены в настоящее время его производство убыточно. Например, убытки только компании "Лукойл" в Западной Сибири в 2000 г составили более 400 млн. рублей. Тем не менее, более 80% добываемого попутного нефтяного газа утилизируется на разные нужды. Остальной газ сжигается на месторождениях.
ГЛАВА 6
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Из более чем 200 загрязнителей воздуха, на которые установлены нормы предельно допустимых концентраций (ПДК), следует выделить пять основных, связанных с горением топлива:
Твердые частицы
|
|
|
Оксиды серы SO2
Оксиды азота NO, NO2
Оксид углерода СО
Оксид углерода СО2
Углеводороды
Эти вещества определяют до 90-98% валовых выбросов вредных веществ в крупных городах и промышленных регионах. Для большинства регионов характерно следующее весовое соотношение этих веществ в атмосферу: оксид углерода около 50%, оксиды серы около 20%, твердые частицы 16-20%, оксиды азота 6-8% и углеводороды 2-5%.
К очень опасным веществам следует отнести также и бенз(а)пирен, который в выбрасывается в очень незначительном количестве по сравнению с перечисленными веществами, но является крайне токсичным веществом.
|
|
|
